技術(shù)頻道

      森蘭變頻器在龍門銑床上的應(yīng)用

      關(guān)鍵詞:龍門銑床的變頻調(diào)速,變頻器容量計(jì)算,變頻器參數(shù)設(shè)置
      . 概述
      龍門銑床是加工較大型工件的機(jī)加設(shè)備,其電器控制系統(tǒng)包括工作臺(tái)的主傳動(dòng)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的邏輯控制兩大部分。河南焦作邁科公司有一臺(tái)龍門銑床,從70年代至今使用了多年。龍門銑床的工作臺(tái)主傳動(dòng)采用直流可逆調(diào)速拖動(dòng)方式。早期的直流調(diào)速控制系統(tǒng)由分立元件構(gòu)成,使用了若干年以后,故障率明顯上升,維修工作量量不斷增大,故障停工工時(shí)急劇上升,已經(jīng)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)淘汰了,沒有可能對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)換新處理,進(jìn)行技術(shù)改造是必然的選擇。
      . 改造方案
      對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)改造,如果保留直流電機(jī),調(diào)速系統(tǒng)可用數(shù)字式可控硅直流調(diào)速系統(tǒng),如歐陸590A,西門子6RA70ABB DCS400等。這種方案的優(yōu)點(diǎn)就是利用原有的直流電機(jī),經(jīng)濟(jì)上比較省,但缺點(diǎn)也是明顯的,其缺點(diǎn)是直流電機(jī)較交流異步鼠籠電機(jī)的維護(hù)工作量大,特別是使用了多年的直流電機(jī),整流子磨損嚴(yán)重,維修花費(fèi)更多。另一種方案就采用交流調(diào)速系統(tǒng),將主傳動(dòng)直流電機(jī)換為交流異步鼠籠電機(jī),調(diào)速控制系統(tǒng)使用變頻器。這種方案的缺點(diǎn)是除需要變頻器外,還需要將直流電機(jī)換為交流電機(jī),改造的費(fèi)用相對(duì)高一些,但是,交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)量小,變頻器性能優(yōu)良,便于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。比較兩種方案的優(yōu)劣后,選擇用交流調(diào)速的改造方案。
      . 龍門銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程
      龍門銑床工作臺(tái)的拖動(dòng)屬于平穩(wěn)快速的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),工作臺(tái)的工作流程如圖1所示:
      1 龍門銑床工作臺(tái)工作流程圖
      圖中表示了銑床工作臺(tái)工作銑削行程和返回過程的變化。0~t1銑床工作臺(tái)空行程起動(dòng);t1~ t2銑床工作臺(tái)以穩(wěn)定速度n1運(yùn)轉(zhuǎn);t2~ t3銑床工作臺(tái)帶銑削負(fù)載加速;t3~ t4銑床工作臺(tái)以穩(wěn)定速度n2運(yùn)轉(zhuǎn);t4~ t5銑床工作臺(tái)減速;t5~ t6銑床工作臺(tái)保持n3速度條件下刀具離開工件;t6~ t7銑床工作臺(tái)減速到零;t7~ t10銑床工作臺(tái)反向加速到高速運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)后返回原加工位置,由此在重復(fù)上面所述的銑削循環(huán)。
      . 龍門銑床的變頻改造
      1. 變頻器的選型和容量的計(jì)算-
      變頻器的選型要根據(jù)交流電機(jī)的容量,交流電機(jī)的容量的選擇又要以直流電機(jī)為參考依據(jù)。原工作臺(tái)直流電機(jī)參數(shù)為:PN=18.5kWnN=1000r/min,與此相對(duì)應(yīng)的交流電機(jī)PN=18.5kWnN=970r/min,龍門銑床經(jīng)常工作在低速加工狀態(tài),為保證加工質(zhì)量,要求電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大,考慮到交流電機(jī)的機(jī)械特性,在選擇交流電機(jī)時(shí)適當(dāng)增大容量。本例交流電機(jī)選為22kW 6極鼠籠電機(jī)。
      電機(jī)容量確定后,可直接選擇變頻器的容量。龍門銑床工作臺(tái)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,要求起動(dòng)和低速力矩大,最好選用矢量控制變頻器,選用希望森蘭公司生產(chǎn)的SB61G變頻器。該變頻器采用先進(jìn)的無速度傳感器矢量控制算法,功能齊全,在各種行業(yè)中應(yīng)用自如。可以選擇V/f開環(huán)、V/f閉環(huán)、無PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可選用鍵盤和外部端子,功能端子的操作方式,并有RS485串行通訊口,便于與計(jì)算機(jī)組網(wǎng)控制。在設(shè)計(jì)中進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì),電磁兼容設(shè)計(jì),穩(wěn)定性分析等,具有非常優(yōu)良的性能。本例選用森蘭SB61G22KW變頻器。考慮到銑床工作臺(tái)返回行程時(shí)間比較短,慣性較大,需要配用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻,制動(dòng)電阻按100%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)配置30Ω5kW,考慮到制動(dòng)比較頻繁,適當(dāng)加大電阻的容量到10kW
      常規(guī)設(shè)計(jì)的自冷式交流異步電動(dòng)機(jī),在額定工況及規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi),是不會(huì)超過額定溫升的。但在變頻調(diào)速后自冷式交流異步電動(dòng)機(jī)在20Hz頻率以下運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子自帶風(fēng)扇的風(fēng)力減低,電機(jī)的散熱性能變差,如果在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載條件下長期運(yùn)行時(shí)電機(jī)會(huì)過熱。因此,對(duì)長期低速運(yùn)行的電機(jī)需加恒速風(fēng)扇降溫。加恒速風(fēng)扇的方法是將交流異步電動(dòng)機(jī)的尾罩卸下,在尾罩上挖一個(gè)與軸流風(fēng)機(jī)相適應(yīng)的圓孔,使其軸流風(fēng)機(jī)裝好后,所吹出的風(fēng)能全部到電機(jī)的后端蓋上,經(jīng)機(jī)殼導(dǎo)流片導(dǎo)流到電機(jī)機(jī)身的各個(gè)方向上,使之能對(duì)電機(jī)各個(gè)部分都能均勻冷卻。軸流風(fēng)機(jī)的電源用220V市電。
      2. 變頻器功能的設(shè)定
      從龍門銑床工作臺(tái)工作流程圖可見,工作臺(tái)的運(yùn)行速度有4段,即n1n2、n3和返回運(yùn)行速度。設(shè)SB61S22KW變頻器為多段速度控制方式,變頻器的多端頻率控制輸入端子為X1X2X3X4;多段速度的頻率值由所加工的工件決定,加、減速的時(shí)間,由功能代碼F009F010F631-F636決定.其控制信號(hào)取自銑床無觸點(diǎn)開關(guān),只要銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的位置,無觸點(diǎn)開關(guān)輸出信號(hào)送到變頻器相應(yīng)的輸入端口上,變頻器就加速、減速、反向或恒速運(yùn)行。
      3. PLC的應(yīng)用
      由于控制線路和低壓元器件老化,在對(duì)龍門銑床工作臺(tái)主傳動(dòng)變頻調(diào)速改造的同時(shí),對(duì)銑床的控制線路進(jìn)行改造。用PLC可大大的減少控制電路的復(fù)雜性,并可減低成本。PLC選用HOLLIAS-LEC G3 40點(diǎn)PLC,編程方式為梯形圖,比較簡單,不再贅述。
      . 后記
      我國70年代以前生產(chǎn)的機(jī)床,需要調(diào)速時(shí)采用變速箱機(jī)械換檔調(diào)速方式或采用直流調(diào)速方式。直流電源的獲得是使用交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī),發(fā)出的直流電驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。70年代后,可控硅整流器出現(xiàn)后,直流調(diào)速省去了交流電動(dòng)機(jī)帶直流發(fā)電機(jī)的環(huán)節(jié),效率大幅度的提高,運(yùn)行噪聲極大的下降。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和完善,變頻器的性能不斷的提高,而價(jià)格不斷下降,已逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。通過其外圍少數(shù)幾個(gè)端子,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床全范圍的控制,且變頻器內(nèi)部有較完善的保護(hù)功能,無需在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)考慮保護(hù)電路,既簡化了電路又降低了成本。
      通過對(duì)龍門銑床工臺(tái)拖動(dòng)系統(tǒng)的改造,使用了PLC和變頻器,用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng),簡化了設(shè)備的控制線路,故障率幾乎下降到零,實(shí)現(xiàn)了可靠快速、靈活的控制,使工件的銑削質(zhì)量和工作效率都有明顯的提高。

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