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赵国强 摘要:本文主要介绍了采用英国欧陆公司生产的590P全数字直流调速器和日本三菱PLC改造八米龙门刨床传动电控系统中改造难题的处理过程。通过对590P全数宇直流调速器部分功能巧妙置换使用，达到了解决八米龙门刨床低速切削速度不稳难题，从而使该台刨床电气传动改造更加精益求精。 关键词:八米龙门刨床;低速切削;零速检测;不减速换向。 1八米龙门刨床传动电控改造概述 BQ2031 A八米龙门刨床是我国武汉重型机床厂60年代研发生产出的一种大型龙门刨床的主导产品，并在1992年经历了一次电控更新改造，使用了V57数模混合控制晶闸管可逆直流调速电柜作为主控系统，该系统由于沿用半导体分立元件，接插件“翻板”结构，柜体庞大，热稳定性差，且经常出现接触不良问题，致使整个传动系统的故障率高，更为头疼的是该系统大量使用模拟元件电路组成的电路板，受现场环境条件(气温、灰尘、信号干扰)等诸多因素影响较大，致使这些模拟电路信号极易产生漂移和失真，尤其是其速度、电流调节器的PID参数全靠几个电位器互相配合细调才能达到最佳效果，调试时都必须使用示波器监视波形才能完成，调试步骤繁琐，维护极为麻烦，一旦系统失调，要经过反复试验才能满足需求，以至于该电控系统存在致命性“缺陷”，那就是低速性能差，电机运行到低速50 r/min左右，工作台床身就出现抖动，无法满足刨台对该刨床对大型加工件的刨磨加工的工艺要求。 2006年11月，我公司承接了山东莱芜钢铁集团机械厂的一台BQ2031 A八米龙门刨床(3. 5 x 8 000mm)电控系统技术改造任务，该次改造方案的核心要点主要有: a.采用欧陆590+全数字直流调速器驱动工作台电机，取代原V57数模混合控制晶闸管可逆直流调速电控系统，并在工作台直流电动机尾部加装测速发电机，提高稳速精度; b.其电控逻辑部分采用三菱FX系列PLC取代以往的接触器一继电器控制方式，由PLC检测各路按钮、限位开关、直流调速器等信号，按照程序去控制各接触器及相关执行元件。 c将原工作台的机械动作的行程限位开关更换为电磁感应的接近开关，性能更趋稳定，且延长了其使用寿命。 此次技术改造已经成功的满足了该机床要求，调整的平滑性好，实现无级调速，有较低的静差度，既能快速起动和制动，又能保证机械冲击不致过大，系统稳定性很高，时间响应快，且能快速的实现提速、降速和平稳地调节速度，对于负载的波动和电网的波动有较强的抗干扰能力，良好地实现了慢速切入，稳速前进加工，慢速退刀，快速返回，点动调节等刨床的各种加工工艺要求。 2改造中所遇到技术难题 11月份BQZO31 A八米龙门刨床的电控系统技术改造非常成功，但在此次改造调试过程中，也遇到了一个较为棘手的技术难题:那就是该八米刨床一旦加工较长的大型工件时，刨床正常切削速度需要调整得较低，但慢速运行低到一定程度时，当进入前进减速状态后，工作台运行速度不降反升，这就会造成工件加工表而明显出现刨刀换速的划痕，影响加工工件质量，同时极易造成工作台超程越位停车的故障。 3技术问题分析 针对该八米龙门刨床工作台低速切削运行过程中所遇到这一技术难题，我们决定从龙门刨床的工作台自动循环运行的工作特点入手，展开深入的理论应用分析，从中找出问题原因，寻求进一步解决方案。 3. 1龙门刨床的自动刨削工作流程描述 在八米龙门刨床的床身右侧导轨下装有6个行程开关，它们分别是前进减速、前进换向、前进极限、后退减速、后退换向、后退极限，它们在不同的行程位置使相应的行程开关动作，自动改变工作台的动作状态(见表1) 。 BQZO31 A八米刨床的工作台正常进入自动刨削工件时的工作流程是(流程图见图)。 按下工作台前进按钮，主拖动电机启动进入调速状态后，将拖动工作台前进，在前进档块触碰到前进减速接近开关后，工作台进入慢速运行，减速前进慢行至前进换向接近开关后，主电机将由慢速减为零速，略有停顿后，迅速反向加速进入高速空载反向旋转，使工作台空载高速返回，直至后退档块触碰倒后退减速接近开关后，工作台后退减速至零速，略有停顿后，迅速反向加速至慢切入工作速度，慢切入的行程时间由PLC内部控制输出，当刨刀切入工件后，工作台由慢切入速度升至正常工进刨削速度，直至前进档块又一次触碰前进减速接近开关后，工作台再一次降入慢速运行状态，如此周而复始，自动往复循环工作，直至刨削工件完成，按下停}卜按钮后，方可停}卜此自动工作循环状态。 3. 2八米刨床的工作台如此往复循环工作过程中，其电控需要关注的关键点 a.慢速切入的降速目的是避免刨刀切入工件时崩裂工件，同时也为了减小刀具在切入时所承受的冲击，延长刀具的使用寿命; b.前进减速工作台进入慢速运行退出工件目的是在刨刀退出工件时，要防止将工件剥落，还有限制主电机在减速、反向过程中的冲击电流不致过大，从而减少了对机械传动部分的冲击，同时最主要目的还是给工作台运行反向前一个缓冲过程，不至于工作台以过高速度换向造成冲程越位，而造成飞车事故。 c.高速后退返程阶段的减速反向的目的是防止工作台在高速反向时返回速度较高且工作台的惯性大，很容易造成停车超程(即出现越位现象)，为了减小反向时因冲击力过大而引起的越位和对传动机构的冲击，还要求有一个减速过程，这样停车反向再次进入正常工作循环过程，就会既准确又易于操作。 这三个关键控制节点中，最为重要的是前进减速和后退返程减速具体控制过程，而欧陆590+系列直流调速器提供有470多个参数可供调整，以适应不同的使用场合和不同的负载需求，这些参数出厂时有一个预设值，使用时绝大部分参数可不予更改，只对个别参数加以调整和设定就可以了，要想实现上述两种减速功能，需要变更的主要参数有: 设置参数SETUP PARAMETERS 点动/慢速(放松)JOG/SLACK [253)拉紧1 TAKE UPl 29%调整前进减速设定) [254]拉紧2 TAKE UP2 -8%(调整后退减速设定) 而决定前进减速和后退返程减速的运行参数为拉紧1和拉紧2，其百分比设定是针对主电机的额定转速(Ne)而言的，如果前进减速(拉紧1)设定为29%表明直流调速器运行减速时，是从实际外部模拟电位器规定的实际运行速度(N,)降至额定转速的29 %的速度(29% x Ne)减速运行，同样道理，后退返程减速运行原理也是一样的，无非就是方向不同罢了。 3. 3造成该八米刨床的工作台前进减速后，速度不稳的主要原因分析 从以上分析不难发现造成八米刨床的工作台前进换向低速不稳的主要原因在于590+直流调速器的速度设定上，因为刨床的前进减速设定既要兼顾刨床加工短小工件高速运行减速，又要兼顾加工大型工件慢速减速运行的条件，而590+装置的减速设定就只有一个根据额定转速(Nr)的比例设定值(拉紧1)来规定这一减速速度，其设定值一旦预设不好，就会出现两种截然不同效果。 现象一 该值如果设定满足一般的低速切削减速要求时，刨床在高速减速时就会出现减速太猛，工作台由于惯性经常会出现越线超程冲过极限保护而停车，而如果低速减速设定值过低后，还会出现由于减速速度过小， 减速速度跑不起来，减速后未到换向点就停车了。 现象二: 该值如果设定满足一般的高速切削减速要求后，就会出现上而提到的低速切削的技术难题了，例如该刨床由于590+直流调速器的拉紧1设定为额定转速的29%的速度(29% x Ne)，而外部模拟电位器设定的实际运行速度如果小于拉紧1设定值(即N1< Ne x29 %)时，工作台在进入工件运行至正常低速刨削时，如遇到前进减速命令，就立刻会从设定运行速度(N,)跳转升速至拉紧1设定值速度(29% x Ne)下运行，工作台这时会有一个明显的不降反升的调速过程，其危害是显而易见的。 3. 4解决该八米刨床的技术难题的工作思路 既然590+直流调速器的前进减速的参数设置有这样局限性，依靠该装置的点动/慢速区的这几个参数来解决这一棘手问题显然是不可能的了，而唯一的前进减速的拉紧1的参数在八米龙门刨床工作台运行是不能满足高、低速兼顾的，而刨床的高速运行减速是非常重要的，这关系到工作台冲程严重事故的发生，所以，前进减速设定在完全满足高速切削减速要求下，进行具体设定后，刨床一旦进入到了低速切削运行时，我们可以分两种情况区别对待: a.当低速切削运行速度高于设定减速速度(N,>TAKE UP1)时，工作台实际运行轨迹一切照常，正常接收前进减速限位开关命令后，正常进入减速拉紧1的参数设定值，执行减速运行直至碰到反向限位开关后，及时执行反向高速返程命令; b.当低速切削运行速度小于设定减速速度(N,<TAKE UP1)时，工作台实际运行轨迹可以改变以往正常循环程序规定，可以在接收到前进减速限位开关命令后，不执行进入减速拉紧1的参数设定值运行状态，依然维持原先较为低速的外部模拟电位器设定的速度运行至前进换向限位开关处，直接执行反向高速返程命令。 从以上分析就引出了必须有检测主电机转速这一判据问题，而主电机转速反馈是通过测速电机直接返给590+装置的测速板，处理后被590+装置获取与使用的，而590+直流调速器的调速控制指令又是来源于三菱PLC程序命令的，既然速度检测通道不能直接给PLC处理，那么可不可以从590+装置上找到这样一种功能，它可以时时检测主电机实际运行速度，在 装置内设定一个速度判断点，一旦检测速度满足这一重要判据，就及时输出开关量信号给PLC，让其果断作出不减速(即屏蔽前进减速信号)运行命令，从而实现上述技术难题的解决，所以，我们重点工作便放在了挖掘欧陆590+直流调速器具体使用功能上了。 4“巧用”欧陆590+直流调速器解 决技术难题 “巧用”欧陆590+直流调速器中的这一“巧”字主要体现在将590+装置的零速检测功能通过“移花接木”的“巧用”上，590+直流调速器使用手册中有关静止章节中详细介绍到了静止控制模块使用过程，原控制功能是在零速运行时，如果调速器在零速域值以下时，静比逻辑将“使能”，然后电流环和速度环将停止，停止直流调速器转动，从而防止零速时轴的震动而引起变速箱的磨损。以下是其逻辑控制图和模块输入输出功能指示(见图2，图3) 。 从该控制逻辑模块说明文字中，我们了解到了它完全满足我们对590+直流调速器提出的特殊要求: a.来自速度环的速度反馈输入端口可以完全反映来自测速机的主电机实际转速信号，实现检测工作台低速运行速度判断的门槛问题; b.来自设定点的速度设定值输入端口可以完全满足检测主电机运行速度，并能及时反馈当该速度超过设定值时，及时输出信号报警给PLC做程序处理，满足我们对速度设定临界判据的目的; c..数字输出BS端口也完全满足判断完成后，开关量直接输出的需要。 由此，我们将590+直流调速器的零速检测功能巧妙转化成了前进减速预判功能，在装置参数设定上需要变更的主要参数有: 停止MIN DEMAND [011]静逻辑STANDSTILLLOGIC [012)零阀值ZERO THRESHOLD 30% 通过对590+直流调速器中零速检测速度设定，让这个速度略高于拉紧1的前进减速的速度设定，然后，将直流调速器上的BS数字输出端口接上一个继电器输出开关量信号给PLC输入端口，另外在 PLC编程上略作一些处理，就完全实现低速刨削屏蔽前进减速信号，保持速度稳定换向控制过程，具体改造策略实施见图4，图5 5实际改造应用效果 2006年m月，我们在对590+直流调速器的零速检测功能模块进行了各项功能试验，在完全满足使用需求情况下，在使用“莱钢”的BQZO3IA八米龙门刨床电控系统中，增添了这一低速刨削检测速度转换功能后，很好解决了该机床低速切削速度不稳技术难题，真正实现了“巧用”欧陆590+直流调速器的强大功能，使该八米刨床机械特性变硬，平稳性更好，大大提高工件切削表而质量，并广泛地获得了用户赞誉，设备使用至今一切正常，取得了良好社会效益。  |
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