西门子直流调速器在磨床上的应用

张瑜　马铭　鲁蓓

摘 要：文章论述了西门子直流调速器在轧辊磨床上的应用，详细地说明了磨床电气控制系统功能、组成和实现，对西门子PLC及直流调速器的构成、性能及其功用进行了较为详细地分析说明，对软硬件的具体实现给出了有关说明。最后指出，轧辊磨床使用调速器进行控制系统改造是一种运行可靠、控制效果显著使用的数字化控制系统。

关键词：磨床；S7-200；直流调速器；数字化

前言

BE-760S型外圆磨床是高精度外圆磨床，主要用于热轧工作辊的磨削。由于设备已经使用多年，目前电气元件老化严重，使用可控硅进行调速系统的稳定性越来越差、参数漂移较大，稳速性能很差，故障越来越多，维修成本逐年加大，其控制精度也越来越差，导致了轧辊精度无法满足要求，严重的制约了生产的有效进行和轧制产品精度。

原来的控制系统采用晶体管元件所构成的的逻辑电压、电流双闭环自动控制系统。随着电子电力技术的发展、计算机控制技术的进步，数控技术正在发生翻天覆地的变化。数控系统已实现了向超薄化、超小型、智能化、网络化方向发展，这些都为磨床的改造提供了技术支持和强有力的保障。因此，为了达到优化完善电气控制系统，方便操作、提高生产率，提高设备控制性能的目的，我们对磨床电气控系统的改造已显得尤为迫切。

1 电气控制的功能及要求

磨床的的控制要求

（1）主轴电机为单向运行，需要转速的范围为40～1800rpm/min，调速比为9：1，电机的启停操作及速度调节都是在磨床可移动的操作箱上操作。

（2）机台的运行要求：油泵运行且压力正常；保留原有的过电流、限位保护，及运行方式；磨床的控制主要是实现低速、快速、爬行速度时的往复左右行走；左、右自动切换必须有保护；台床具有左、右寸动运行功能；调速范围为40～1800rpm/min调速比9：1。

（3）砂轮电机运行的先决条件为油泵正常运行，在油泵运行的情况下，且油压正常；运行为单向运行方式，当电枢电流超过额定电流的120%时采取弱磁调速；砂轮台运行方式有高速前进、后退，前冲和后冲，砂轮需实现自动给进。

（4）砂轮根据轧辊的形状不同，可选择曲面背隙补偿开关是否加入运行，可使砂轮工作中与辊面接触均匀。

（5）系统采用西门子全数字直流调速器及PLC构成的全数字直流调速系统实现。

（6）改造后实现原系统的所有功能，同时操作方式应与原来的方式保持一致。

（7）直流调速器满足电控系统的静、动态调速的性能要求，电机的过载能力为电机额定电流的2.5倍。

（8）系统应该具有故障自动查询诊断功能，有自动显示故障类型的功能。

（9）各个系统的安全保护设施要全面，包括：过电压、欠电压、过电流、失磁、缺相、互锁、限位等。

2 电气控制系统的组成及控制原理

2.1 控制系统的组成

BE-760S型轧辊磨床由一个旋转主轴，及平移台床、砂轮及其它辅助机构组成。其中轧辊旋转主轴传动、砂轮传动和台床移动传动为直流传动；其他如：液压泵、油冷却泵、纸过滤机等均为交流电机。

磨床的操作主要由以下组成：

（1）台车的手动往返动操作及其自动往返运行；（2）主轴的无级调速控制；（3）砂轮机进给方式、横向移动和台车的联动等调速控制；（4）油冷却泵、液压泵、纸过滤机等交流电机传动的控制和保护；（5）砂轮快速进给的运行、制动控制及保护；（6）轧辊旋转主轴、砂轮、台床移动三台直流电机运行的电枢电压、电流；励磁的电压、电流以及其他的速度由仪表显示。

2.2 控制原理

磨床的三台直流电机采用西门子全数字直流控制装置进行控制，对其主轴、砂轮、台车进行运行速度控制，运行速度的给定采用电位计给定，PLC根据运行控制逻辑对三台直流电机进行启动、停止等进行逻辑控制，以满足系统的运行速度精度和性能等要求；在三台直流电机中，为了满足系统运行的性能要求，砂轮采用由测速机测得的速度信号进行速度反馈，轧辊旋转主轴和台床移动电机采用电枢电压反馈；交流电机根据原控制要求，由PLC进过中间继电器进行逻辑控制，通过采用继电器节点使交流接触器得电动作这种方式，简化了控制，减少了所需节点的数量，降低了成本及故障。

采用西门子S7-200，主要由他完成系统的逻辑控制，即按照原来磨床的控制要求，完成各个电机的启动、调速，制动，停车，等一系列动作，完成各个交流电机的启动、运行、停止等操作；PLC在完成上述的各项输入信号的采样、程序运行，输出控制的基础上，PLC还可以对故障进行实时监控，并与西门子触摸屏TD200搭配，对所有的故障进行显示和查询，方便对设备进行检修维护。PLC控制系统与各个设备通过采用profibus通讯网络进行连接，通profibus过进行数据交换，这样不但可以大大减少设备间的布线，降低工程成本和安装周期，而且了数据的传输增加了可靠性，减少了设备运行时的故障。

2.3 硬、软件的实现

该系统中选用的PLC为S7-200，PLC类型为CPU226，该CPU自身带有24个数字输入点和16个数字输出点，还有6个高速计数模块，还可外接7个扩展模块，13K字节的存储空间，用来存储程序和数据，通讯采用串口通讯形式。

3 改造成果及结论

3.1 应用效果

轧辊磨床电气控制系统进行更新以后，设备运行良好稳定，改造后的效益主要反映在以下两个方面：

（1）电气改造以后，系统平稳、运行可靠，设备基本上已实现免维护运行，设备运行故障率非常低。基本解决了原老旧分离元件的采购困难的问题，备件的消耗费用可节约生产成本约20000每年。

（2）系统改造后，轧辊的加工精度有了明显的提高，加工速度有了很大的进步，确保了轧辊供应的的连续性，提高了产品的精度。从以上情况来看，对轧辊磨床电控系统的改造更新有着非常重要的意义，由西门子直流调速器及S7-200构建的数字化系统是一种应用广泛、运行可靠、控制效果显著的数字化控制系统，值得广泛推崇。

3.2 结论

轧辊磨床电气控制系统中，S7-200作为主控制器用来控制轧辊磨床的全部动作，用直流调速器进行机床各直流电机的调速控制，通过对调速器各个参数的设置，使其调速控制电机的启动、停止更加的平稳。在控制柜上安装有电枢电压、电流、励磁电流、电机的速度指示表，使用TD200触摸屏进行设备运行的监控，设备故障的报警。这些使磨床电气控制结构有效的简化，减少了干扰源，大幅提高了控制系统的抗干扰能力。从运行实际情况来看，该电气控制系统运行可靠平稳、控制效果良好。由西门子直流调速器及S7-200构建的数字化系统是一种值得广泛推崇使用的数字化控制系统，可为此类工作方式的设备的进行改造提供新的方法和思路，它具有显著的实际意义和显著地经济效益。

参考文献

[1]SIMOREG 6RA24直流调速系统[Z].

[2]张进秋.可编程控制器原理及应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.