森兰变频器在B2151龙门刨上的改造方案

• 关键词：森兰,变频器
• 摘要：原系统采用的是交流电动机带动同轴直流发电机，由直流发电机发出的电能再带动直流电动机的拖动结构。通过改变直流发电机磁场电压，调节其直流输出进而调节直流电动机运行速度。系统能量转换过程包括由交流电能转化为机械能（交流电动机）再转化为直流电能（直流发电机），最后转化为机械能（直流电动机），能量转换过程有三次，而每次能量转化必然存在能量的损失，并且能量的转换次数越多损失的能量也就越多。

一、电气改造方案

1、拆除两套机组、直流主传动电机、电控柜。

2、新做一台电控柜（2200×1000×650），内外喷塑，柜内顶部安装两盏日光灯，方便修理人员工作，柜内温度由两台控制箱温度调节机控制，以保证变频调速系统、可编程控制器的可靠工作。

3、变频调速系统的选择方案：方案采用国产第一品牌的森兰SB70G55变频器，它是采用目前世界上领先技术的“高性能变频器”，解决了机械冲击振动的问题，真正的电流矢量控制，可以使机床在高效率、高精度状态下运行。外接制动单元和制动电阻，能使电机在1.5s内停止；满足频繁快速启、停及正、反转；能够在工作行程中根据加工的要求，自动而平稳地变换速度；在正、反转换向时，有加减速过程，防止对机械部分的冲击和系统的电流冲击；可在零到额定转速范围内无级调速，而且运转平稳；系统有包括电机过热保护在内的许多保护功能。为保证调速精度和低速力矩，在变频电机的尾部加装高精度编码器，构成闭环矢量控制。

4、拆除主传动直流电机，安装一台新的55kW变频电机。经过计算，55kW的变频电机完全可以代替60kW的直流电机，满足龙门刨床的工作要求。重做电机与减速箱的联轴结及电机底座。

5、电气部分采用西门子公司生产的S7-226可编程控制器，扩充输入输出模块，使输入输出口各为58，备用输入输出接口至少各5个。同时，增加二路D/A数模转换模块，以便操作者能在人机界面触摸屏上根据显示的转速数值设置正、反向工作时的转速。

6、控制工作台往复运动的原机械限位开关，全部改用进口名牌施耐德电气公司生产的接近开关控制。

7、拆除旧的悬挂按钮站，重制一个新的按钮站，按钮站上包括人机界面、急停按钮及信号灯。按钮站内外喷塑。

8、工作台正、反转换向时，各增加一级减速功能，这样即可防止刀具对工件的损坏，也可大大减少换向噪声，减轻机械冲击，延长机械部分的使用寿命。

9、在保证生产要求的情况下，其他功能符合原机床的要求。

10、电气线路全部更换，限位开关更换新的。未更换的交流电机重新做试验、检修。

11、配合机械部分改造液压润滑系统。

12、机床与控制柜的连接线采用PVC管按规范要求安放。

二、B2151龙门刨改造优势对比

原系统的能量利用率较低，直流机组整流子易磨损，难维护。此次大修将原电控系统及交磁机组和直流电动机拆除，改用变频器拖动交流变频电机，驱动主工作台的运行。下面将从系统节能、系统可维护性、系统的运行性能三个方面来讨论改造后的系统比原系统存在的优势。

1.节能方面

1.1 原系统采用的是交流电动机带动同轴直流发电机，由直流发电机发出的电能再带动直流电动机的拖动结构。通过改变直流发电机磁场电压，调节其直流输出进而调节直流电动机运行速度。系统能量转换过程包括由交流电能转化为机械能（交流电动机）再转化为直流电能（直流发电机），最后转化为机械能（直流电动机），能量转换过程有三次，而每次能量转化必然存在能量的损失，并且能量的转换次数越多损失的能量也就越多。

改造后的系统采用交流变频器拖动电机工作，其工作直接由电能转化为机械能，光其在能量转换过程中损耗的能量就比原系统节省了三分之二。

1.2 原系统开机启动后交流电动机以及直流发电机就一直处在启动运转位置，空载损耗较大。同时，交磁机组调速模式在直流电动机制动运行时，大部分的能量转化为热能消耗在机组各个电机中，直接导致能量利用率较低。

使用变频调速系统后，工作台不运行电机就不消耗任何能量，系统待机损耗大大减少。

2.维护方面

2.1 原系统机组存在直流电动机和直流发电机，二者的整流子和炭刷经常需要维护，同时直流电机损坏率高，维修周期长，费用也较高。

改造后系统选用鼠笼式异步电动机，该电动机使用周期长，维修费用较低。

2.2 原电气控制柜采用分立继电器控制，控制电路节点多，线路复杂，发生故障后定位难，排查难。

改造后系统采用PLC可编程控制器控制，外围电路简单，使系统故障率大大降低，减少维护工作量。

控制系统配置工业触摸屏作为人机对话接口，提供全中文图形化操作界面，在触摸屏上有完整的故障显示、诊断和记录，并且整个系统的各个节点状况可记录，随时可以察看。

2.3 原系统采用的行程开关，可靠性不高，节点接触面很容易由于老化、机械磨损而导致节点动作反应不够准确，使系统发生故障，所以必须经常检查各个行程开关的节点状况。

改造后的系统采用的是高性能无触点电感式接近开关，不会存在节点的老化和磨损，使系统的可靠性大大提高，且无需更换。

3.性能方面

3.1改造后系统采用专用的交流变频调速电机，使用高性能的矢量控制变频器调速，实现了数字化调速，比较原系统的模拟直流调速系统，调速精度大大提高，同功率下输出力矩更大，使工作台运行更加平稳，输出的刨削力度更大。

3.2 系统控制采用PLC（可编程控制器），配合数字变频器，通过精心编制的软件，实现对加减速的智能控制，能根据不同的速度设定最佳加减速时间，使换向更加平稳，无冲击，延长机械传动系统寿命，满足工件的各种工艺要求。

三、B2151龙门刨床变频改造说明

某厂B2151龙门刨床是三零五厂于70年代初生产的6米刨床。

1、电机

龙门刨共有7台电机。MG为主工作台拖动变频电动机（55kW/6P）；FL为主工作台变频电机风机电动机（550W）；MC为垂直刀架电动机（2.2kW）；MY为侧刀架电动机（2.2kW）；MH为横梁升降电动机（5.5kW）；MR为润滑泵电动机（250W）；MJ为横梁夹紧放松电动机（750W）。

2、主工作台控制：

主工作台由变频器带动变频电机进行拖动运行。工作台的运动动作有步进、步退、前进、后退等，由安装在床身侧的8个限位（前进及后退各4个）接近开关来控制。步进、步退操作为按下运行，松开即停止运行，且步进、步退不受油压及各限位接近开关的限制（可自由设置），此种工况是针对于用户检修油路及工作台下其它设备而设置。

按下前进、后退操作按钮时，工作台按已设定的速度进行自动运行。当工作台限位杆接触到第一个限位接近开关时，工作台按已设定的预减速速度进行减速。接触到第二个限位接近开关时，工作台减速。接触到第三个限位接近开关时，PLC给出停止指令，同时换向进行逆向运行。工作台运行时，如果越位接触到第四个极限安全限位接近开关，PLC程序将让工作台强制性停止或换向（按触摸屏设置），以防止工作台冲出去。

如果要求工作台停止运行，可按停止按钮即可断开工作台控制电路，工作台便制动停车。此时变频器直流母线上电压通过制动单元将能量回馈给电网。

工作台在运行过程中，若润滑油泵电机回路或工作台电机回路故障，工作台会在切削过程走完此一行程，在前进末了或后退时才能停止。设置这个保护环节的目的是在切削过程中发生故障突然停机，会造成刀具损坏，或影响加工工件的表面质量。因此发生故障后，让它在后退末了时停机。

3、润滑油泵控制

工作台运行时需加以润滑，所以工作台在开动时必须开动润滑油泵，在电控柜上，润滑泵控制开关共有三个工作位置，向左位置为﹤自动运行﹥，中间位置为﹤零位﹥，向右位置为﹤连续运行﹥。工作台不工作而需要润滑泵运行时，将此开关置于﹤连续﹥位置，工作台自动工作时，此开关置于﹤自动﹥位置。

油泵电机工作后，润滑泵上油，至一定压力时，压力开关接点接通，为工作台自动工作准备条件。

4、横梁控制回路

横梁运动有上升、下降移动，横梁放松、夹紧动作。

横梁动作在PLC程序中与工作台运动有联锁，只有在工作台停止工作时，才能操作横梁运动。反之，只有当横梁运动已停止且已夹紧时，工作台才能操作运行。

需要横梁作上下移动动作时，按下相应操作按钮，此时横梁夹紧放松电机运行，横梁逐渐放松，当碰到放松行程开关后，横梁放松夹紧电机停止，然后横梁作上下移动。当上下移动到位或碰到横梁上升限位行程开关或下降限位行程开关后，横梁停止运行。横梁夹紧电机动作，将横梁逐渐夹紧。横梁放松夹紧电机采用变频器传动，当夹紧力矩达到设定力矩时，横梁放松夹紧电机自动停止运行。此时，工作台才能操作运行。

横梁下降时，当下降按钮松开后，横梁电机尚有回升动作以消除丝杆与螺母间隙。此时将逆向上升运行一段时间，然后停止夹紧。此时间由用户在触摸屏上可自由设置。

5、抬刀控制电路

电控柜上有3个刀架抬刀开关，在工作台运行中需要哪个刀架抬刀，可将相应抬刀转换开关置于﹤开﹥位置。刨床采用直流电磁铁抬刀，工作台后退时，PLC程序将让抬刀接触器接通，然后经过全桥整流模块，给抬刀线圈加上直流电压，抬刀动作。当工作台前进时，抬刀线圈断电。

6、刀架控制电路

刀架的控制有快速移动和自动进给两种工作状态。当装在进给箱上的快速移动与自动进给转换手柄放在﹤快速移动﹥位置时，在悬挂按钮站上操纵相应操作按钮，刀架按所需要的方向作快速移动。刀架电动机只有一个运动方向，刀架运动方向的改变是靠机械来实现的。

当自动工作时，手柄应放在﹤自动进给﹥位置，保证工作台自动工作时不能进行快速移动。工作台后退末了，刀架电动机得电使刀架进刀。前进换后退时，电动机短时反向运动，使进刀机构复位，准备下一次进刀。悬挂按钮站上，刀架及横梁的按钮边为按下工作，松开停止状态。

7、触摸屏的操作及显示

触摸屏操作时只需用手指轻触屏的表面即可。触摸屏可显示及设置各种工艺参数、运行状态等，用户可根据显示进行操作设置、查询。