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欧瑞变频器及PLC在龙门刨床中的应用
欧瑞传动电气有限公司
摘要: 分析了龙门刨床主运动系统的特点,介绍了利用欧瑞变频器结合PLC对龙门刨床主运动系统进行改造的可行性分析及实现方法。
关键词: PLC|PAC 变频器 PLC 刨床
Abstract:
Key words :

1 引言
  龙门刨床作为机械工业中的主要工作机床之一,在工业生产中占有重要的地位。它主要用来加工大型工件的各种平面,斜面和槽。特别适宜于加工大型的、狭长的机械零件,如机床的床身、箱体、导轨等。应用非常广泛,具有多种控制要求。在机床电力拖动控制系统中,具有广范应用之处。

2 龙门刨床介绍
  国内龙门刨床主要采用的主传动系统有三种:
  一种是50年代的电机扩大机——发电机——电动机组(A——G——M)系统。
  第二种70年代改型的晶闸管——电动机组(V——M)系统,这两种系统的逻辑控制普遍采用继电器控制,故障率高,低速时损耗大,功率因数低,并且对电网和机械的冲击很大,维修麻烦。
  第三种是开关磁阻电动机系统,该系统造价较高,目前不太成熟。
  随着工业自动化的发展,变频器PLC在工厂设备中的广泛使用,异步电动机变频调速系统大量的用在工业设备上,用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上的各个缺点,提高了控制精度和加工质量,还大大节约了用电量。因为龙门刨床可改进方面较多,本文主要讲解工作台系统主电机部分电气改进方案。

3 龙门刨床的运动特性
  龙门刨的刨削过程是工件与刨刀相对运动。因此工作台与工件必须频繁地进行往复运动,切削加工只在工作行程中,返回行程只是空转。

4 主电机的选择
  A-G-M调速系统中,交流电动机在电能向机械能转化时,有20%~30%的效率损耗,而电动机带动直流发电机时直流发电机将机械能转化为电能时,又有20%~30%的损耗。所以终端实际功率大概为49~64%。而使用异步电动机变频调速系统后设备没有功率损失,所以一般认为可以用60%的功率的交流异步电动机。
  例如:一台老式A-G-M系统的刨床,配置为60KW-70KW-60KW。而采用交流异步电机后则可以使用37KW电动机。

5 变频设备的选择
  主电动机在工作时,由于其负载大速度快,所以在快速换向时因为制动会产生很大的反馈能量。如何吸收掉这些能量对整个加工有很大的影响。我们在改造时充分考虑到这个因素,对刨台的换向制动采用直流制动+减速制动来实现。实践证明:这样的组合制动方式,不仅简单可靠,而且造价很低。
  以37KW交流异步电动机为例,推荐选择欧瑞传动电气F1000系列F1000-G0450T3C变频器(变频器连续运行的场合,要求变频器额定输出电流大于或等于1.1倍的电机最大电流),配HFBU—DR0201制动单元及相应的制动电阻。如果想缩短减速时间提升工作效率则可以选择HFBU-DR0301制动单元。直流制动功能可以通过修改变频器参数进行设定。

6 PLC与变频器连接
  以下是刨台往返运动的PLC变频调速控制电路图(图略)。其中PLC采用西门子S7-200系列,变频器采用的是欧瑞传动F1000系列。

7 变频调速设备优势
  直流调速的设备缺点:
  1)效率低,因为机械传动装置较多,造成功率损失较大。  
  2)主传动及控制部分电气操作条件教多,不但增加了维护工作量,也使整个系统可靠性大大降低。  
  3)工作台调速范围小,精度低,加工工件的表面质量差。  
  4)占地面积大,噪音高。
  改进后变频调速系统不仅克服了以上缺点,还具有成本低,精度高,速比大,调试方便,维护简单,寿命长等优点。而且交流变频调速传动中的笼型异步电机结构简单、坚固耐用、运行可靠、维修方便、传动惯动量小、动态性能好,其单机容量、电压等级和最高转速等技术指标,均优于直流电机。避免了直流电机定期更换、维护电刷和换向器的问题。

8 节能方面
  改进后设备节电效果主要取决于三个方面。
  1)减少了机械损耗和多级传动损耗。
  2)避免了待机状态下的电机空转引起的损耗,达到了待机时零耗电。
  3)电机功率的降低极大程度的提高了节电效果。

9 结束语
  采用欧瑞传动F1000系列变频调速器以后,系统运行稳定、精度高、低频转矩大、可靠性强、噪声低、系统维护简单方便、调速范围宽,节能效果预计可达30%以上。而且更换不同的工作组件就可使刨床用于刨、铣一机两用。提高了加工精度,工作台的速度不随切削量的变化而变化,静差度小,能够很好地满足速度曲线的要求,提高加工质量与效率,延长了刀具的使用寿命。控制部分采用PLC,其功能更加强大、速度快、接点数少、可靠度更高。

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