一、電氣改造方案

1、拆除兩套機(jī)組、直流主傳動(dòng)電機(jī)、電控柜。

2、新做一臺(tái)電控柜（2200×1000×650），內(nèi)外噴塑，柜內(nèi)頂部安裝兩盞日光燈，方便修理人員工作，柜內(nèi)溫度由兩臺(tái)控制箱溫度調(diào)節(jié)機(jī)控制，以保證變頻調(diào)速系統(tǒng)、可編程控制器的可靠工作。

3、變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇方案：方案采用國(guó)產(chǎn)第一品牌的森蘭SB70G55變頻器，它是采用目前世界上領(lǐng)先技術(shù)的“高性能變頻器”，解決了機(jī)械沖擊振動(dòng)的問(wèn)題，真正的電流矢量控制，可以使機(jī)床在高效率、高精度狀態(tài)下運(yùn)行。外接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，能使電機(jī)在1.5s內(nèi)停止；滿足頻繁快速啟、停及正、反轉(zhuǎn)；能夠在工作行程中根據(jù)加工的要求，自動(dòng)而平穩(wěn)地變換速度；在正、反轉(zhuǎn)換向時(shí)，有加減速過(guò)程，防止對(duì)機(jī)械部分的沖擊和系統(tǒng)的電流沖擊；可在零到額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；系統(tǒng)有包括電機(jī)過(guò)熱保護(hù)在內(nèi)的許多保護(hù)功能。為保證調(diào)速精度和低速力矩，在變頻電機(jī)的尾部加裝高精度編碼器，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制。

4、拆除主傳動(dòng)直流電機(jī)，安裝一臺(tái)新的55kW變頻電機(jī)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，55kW的變頻電機(jī)完全可以代替60kW的直流電機(jī)，滿足龍門(mén)刨床的工作要求。重做電機(jī)與減速箱的聯(lián)軸結(jié)及電機(jī)底座。

5、電氣部分采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-226可編程控制器，擴(kuò)充輸入輸出模塊，使輸入輸出口各為58，備用輸入輸出接口至少各5個(gè)。同時(shí)，增加二路D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，以便操作者能在人機(jī)界面觸摸屏上根據(jù)顯示的轉(zhuǎn)速數(shù)值設(shè)置正、反向工作時(shí)的轉(zhuǎn)速。

6、控制工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的原機(jī)械限位開(kāi)關(guān)，全部改用進(jìn)口名牌施耐德電氣公司生產(chǎn)的接近開(kāi)關(guān)控制。

7、拆除舊的懸掛按鈕站，重制一個(gè)新的按鈕站，按鈕站上包括人機(jī)界面、急停按鈕及信號(hào)燈。按鈕站內(nèi)外噴塑。

8、工作臺(tái)正、反轉(zhuǎn)換向時(shí)，各增加一級(jí)減速功能，這樣即可防止刀具對(duì)工件的損壞，也可大大減少換向噪聲，減輕機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械部分的使用壽命。

9、在保證生產(chǎn)要求的情況下，其他功能符合原機(jī)床的要求。

10、電氣線路全部更換，限位開(kāi)關(guān)更換新的。未更換的交流電機(jī)重新做試驗(yàn)、檢修。

11、配合機(jī)械部分改造液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。

12、機(jī)床與控制柜的連接線采用PVC管按規(guī)范要求安放。

二、B2151龍門(mén)刨改造優(yōu)勢(shì)對(duì)比

原系統(tǒng)的能量利用率較低，直流機(jī)組整流子易磨損，難維護(hù)。此次大修將原電控系統(tǒng)及交磁機(jī)組和直流電動(dòng)機(jī)拆除，改用變頻器拖動(dòng)交流變頻電機(jī)，驅(qū)動(dòng)主工作臺(tái)的運(yùn)行。下面將從系統(tǒng)節(jié)能、系統(tǒng)可維護(hù)性、系統(tǒng)的運(yùn)行性能三個(gè)方面來(lái)討論改造后的系統(tǒng)比原系統(tǒng)存在的優(yōu)勢(shì)。

1.節(jié)能方面

1.1 原系統(tǒng)采用的是交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同軸直流發(fā)電機(jī)，由直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能再帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變直流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓，調(diào)節(jié)其直流輸出進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度。系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程包括由交流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（交流電動(dòng)機(jī)）再轉(zhuǎn)化為直流電能（直流發(fā)電機(jī)），最后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)），能量轉(zhuǎn)換過(guò)程有三次，而每次能量轉(zhuǎn)化必然存在能量的損失，并且能量的轉(zhuǎn)換次數(shù)越多損失的能量也就越多。

改造后的系統(tǒng)采用交流變頻器拖動(dòng)電機(jī)工作，其工作直接由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，光其在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中損耗的能量就比原系統(tǒng)節(jié)省了三分之二。

1.2 原系統(tǒng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后交流電動(dòng)機(jī)以及直流發(fā)電機(jī)就一直處在啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)位置，空載損耗較大。同時(shí)，交磁機(jī)組調(diào)速模式在直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，大部分的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗在機(jī)組各個(gè)電機(jī)中，直接導(dǎo)致能量利用率較低。

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，工作臺(tái)不運(yùn)行電機(jī)就不消耗任何能量，系統(tǒng)待機(jī)損耗大大減少。

2.維護(hù)方面

2.1 原系統(tǒng)機(jī)組存在直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)，二者的整流子和炭刷經(jīng)常需要維護(hù)，同時(shí)直流電機(jī)損壞率高，維修周期長(zhǎng)，費(fèi)用也較高。

改造后系統(tǒng)選用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)使用周期長(zhǎng)，維修費(fèi)用較低。

2.2 原電氣控制柜采用分立繼電器控制，控制電路節(jié)點(diǎn)多，線路復(fù)雜，發(fā)生故障后定位難，排查難。

改造后系統(tǒng)采用PLC可編程控制器控制，外圍電路簡(jiǎn)單，使系統(tǒng)故障率大大降低，減少維護(hù)工作量。

控制系統(tǒng)配置工業(yè)觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話接口，提供全中文圖形化操作界面，在觸摸屏上有完整的故障顯示、診斷和記錄，并且整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)狀況可記錄，隨時(shí)可以察看。

2.3 原系統(tǒng)采用的行程開(kāi)關(guān)，可靠性不高，節(jié)點(diǎn)接觸面很容易由于老化、機(jī)械磨損而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)動(dòng)作反應(yīng)不夠準(zhǔn)確，使系統(tǒng)發(fā)生故障，所以必須經(jīng)常檢查各個(gè)行程開(kāi)關(guān)的節(jié)點(diǎn)狀況。

改造后的系統(tǒng)采用的是高性能無(wú)觸點(diǎn)電感式接近開(kāi)關(guān)，不會(huì)存在節(jié)點(diǎn)的老化和磨損，使系統(tǒng)的可靠性大大提高，且無(wú)需更換。

3.性能方面

3.1改造后系統(tǒng)采用專(zhuān)用的交流變頻調(diào)速電機(jī)，使用高性能的矢量控制變頻器調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化調(diào)速，比較原系統(tǒng)的模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速精度大大提高，同功率下輸出力矩更大，使工作臺(tái)運(yùn)行更加平穩(wěn)，輸出的刨削力度更大。

3.2 系統(tǒng)控制采用PLC（可編程控制器），配合數(shù)字變頻器，通過(guò)精心編制的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)加減速的智能控制，能根據(jù)不同的速度設(shè)定最佳加減速時(shí)間，使換向更加平穩(wěn)，無(wú)沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)壽命，滿足工件的各種工藝要求。

三、B2151龍門(mén)刨床變頻改造說(shuō)明

某廠B2151龍門(mén)刨床是三零五廠于70年代初生產(chǎn)的6米刨床。

1、電機(jī)

龍門(mén)刨共有7臺(tái)電機(jī)。MG為主工作臺(tái)拖動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)（55kW/6P）；FL為主工作臺(tái)變頻電機(jī)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)（550W）；MC為垂直刀架電動(dòng)機(jī)（2.2kW）；MY為側(cè)刀架電動(dòng)機(jī)（2.2kW）；MH為橫梁升降電動(dòng)機(jī)（5.5kW）；MR為潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)（250W）；MJ為橫梁夾緊放松電動(dòng)機(jī)（750W）。

2、主工作臺(tái)控制：

主工作臺(tái)由變頻器帶動(dòng)變頻電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)運(yùn)行。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作有步進(jìn)、步退、前進(jìn)、后退等，由安裝在床身側(cè)的8個(gè)限位（前進(jìn)及后退各4個(gè)）接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制。步進(jìn)、步退操作為按下運(yùn)行，松開(kāi)即停止運(yùn)行，且步進(jìn)、步退不受油壓及各限位接近開(kāi)關(guān)的限制（可自由設(shè)置），此種工況是針對(duì)于用戶檢修油路及工作臺(tái)下其它設(shè)備而設(shè)置。

按下前進(jìn)、后退操作按鈕時(shí)，工作臺(tái)按已設(shè)定的速度進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)工作臺(tái)限位桿接觸到第一個(gè)限位接近開(kāi)關(guān)時(shí)，工作臺(tái)按已設(shè)定的預(yù)減速速度進(jìn)行減速。接觸到第二個(gè)限位接近開(kāi)關(guān)時(shí)，工作臺(tái)減速。接觸到第三個(gè)限位接近開(kāi)關(guān)時(shí)，PLC給出停止指令，同時(shí)換向進(jìn)行逆向運(yùn)行。工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)，如果越位接觸到第四個(gè)極限安全限位接近開(kāi)關(guān)，PLC程序?qū)⒆尮ぷ髋_(tái)強(qiáng)制性停止或換向（按觸摸屏設(shè)置），以防止工作臺(tái)沖出去。

如果要求工作臺(tái)停止運(yùn)行，可按停止按鈕即可斷開(kāi)工作臺(tái)控制電路，工作臺(tái)便制動(dòng)停車(chē)。此時(shí)變頻器直流母線上電壓通過(guò)制動(dòng)單元將能量回饋給電網(wǎng)。

工作臺(tái)在運(yùn)行過(guò)程中，若潤(rùn)滑油泵電機(jī)回路或工作臺(tái)電機(jī)回路故障，工作臺(tái)會(huì)在切削過(guò)程走完此一行程，在前進(jìn)末了或后退時(shí)才能停止。設(shè)置這個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)的目的是在切削過(guò)程中發(fā)生故障突然停機(jī)，會(huì)造成刀具損壞，或影響加工工件的表面質(zhì)量。因此發(fā)生故障后，讓它在后退末了時(shí)停機(jī)。

3、潤(rùn)滑油泵控制

工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)需加以潤(rùn)滑，所以工作臺(tái)在開(kāi)動(dòng)時(shí)必須開(kāi)動(dòng)潤(rùn)滑油泵，在電控柜上，潤(rùn)滑泵控制開(kāi)關(guān)共有三個(gè)工作位置，向左位置為﹤自動(dòng)運(yùn)行﹥，中間位置為﹤零位﹥，向右位置為﹤連續(xù)運(yùn)行﹥。工作臺(tái)不工作而需要潤(rùn)滑泵運(yùn)行時(shí)，將此開(kāi)關(guān)置于﹤連續(xù)﹥位置，工作臺(tái)自動(dòng)工作時(shí)，此開(kāi)關(guān)置于﹤自動(dòng)﹥位置。

油泵電機(jī)工作后，潤(rùn)滑泵上油，至一定壓力時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)接點(diǎn)接通，為工作臺(tái)自動(dòng)工作準(zhǔn)備條件。

4、橫梁控制回路

橫梁運(yùn)動(dòng)有上升、下降移動(dòng)，橫梁放松、夾緊動(dòng)作。

橫梁動(dòng)作在PLC程序中與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)有聯(lián)鎖，只有在工作臺(tái)停止工作時(shí)，才能操作橫梁運(yùn)動(dòng)。反之，只有當(dāng)橫梁運(yùn)動(dòng)已停止且已夾緊時(shí)，工作臺(tái)才能操作運(yùn)行。

需要橫梁作上下移動(dòng)動(dòng)作時(shí)，按下相應(yīng)操作按鈕，此時(shí)橫梁夾緊放松電機(jī)運(yùn)行，橫梁逐漸放松，當(dāng)碰到放松行程開(kāi)關(guān)后，橫梁放松夾緊電機(jī)停止，然后橫梁作上下移動(dòng)。當(dāng)上下移動(dòng)到位或碰到橫梁上升限位行程開(kāi)關(guān)或下降限位行程開(kāi)關(guān)后，橫梁停止運(yùn)行。橫梁夾緊電機(jī)動(dòng)作，將橫梁逐漸夾緊。橫梁放松夾緊電機(jī)采用變頻器傳動(dòng)，當(dāng)夾緊力矩達(dá)到設(shè)定力矩時(shí)，橫梁放松夾緊電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。此時(shí)，工作臺(tái)才能操作運(yùn)行。

橫梁下降時(shí)，當(dāng)下降按鈕松開(kāi)后，橫梁電機(jī)尚有回升動(dòng)作以消除絲桿與螺母間隙。此時(shí)將逆向上升運(yùn)行一段時(shí)間，然后停止夾緊。此時(shí)間由用戶在觸摸屏上可自由設(shè)置。

5、抬刀控制電路

電控柜上有3個(gè)刀架抬刀開(kāi)關(guān)，在工作臺(tái)運(yùn)行中需要哪個(gè)刀架抬刀，可將相應(yīng)抬刀轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于﹤開(kāi)﹥位置。刨床采用直流電磁鐵抬刀，工作臺(tái)后退時(shí)，PLC程序?qū)⒆屘У督佑|器接通，然后經(jīng)過(guò)全橋整流模塊，給抬刀線圈加上直流電壓，抬刀動(dòng)作。當(dāng)工作臺(tái)前進(jìn)時(shí)，抬刀線圈斷電。

6、刀架控制電路

刀架的控制有快速移動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)給兩種工作狀態(tài)。當(dāng)裝在進(jìn)給箱上的快速移動(dòng)與自動(dòng)進(jìn)給轉(zhuǎn)換手柄放在﹤快速移動(dòng)﹥位置時(shí)，在懸掛按鈕站上操縱相應(yīng)操作按鈕，刀架按所需要的方向作快速移動(dòng)。刀架電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，刀架運(yùn)動(dòng)方向的改變是靠機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)自動(dòng)工作時(shí)，手柄應(yīng)放在﹤自動(dòng)進(jìn)給﹥位置，保證工作臺(tái)自動(dòng)工作時(shí)不能進(jìn)行快速移動(dòng)。工作臺(tái)后退末了，刀架電動(dòng)機(jī)得電使刀架進(jìn)刀。前進(jìn)換后退時(shí)，電動(dòng)機(jī)短時(shí)反向運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)刀機(jī)構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備下一次進(jìn)刀。懸掛按鈕站上，刀架及橫梁的按鈕邊為按下工作，松開(kāi)停止?fàn)顟B(tài)。

7、觸摸屏的操作及顯示

觸摸屏操作時(shí)只需用手指輕觸屏的表面即可。觸摸屏可顯示及設(shè)置各種工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等，用戶可根據(jù)顯示進(jìn)行操作設(shè)置、查詢。