前言
我公司2006年初购进一台原苏联生产的T6160镗床,在多次转运过程中致使电气元件及部件大量丢失或损坏,其中发电机组、交磁扩大机组、电气控制柜、按钮站、直流电动机等均丢失或损坏,根据上述设备现有状况,提出三种电气改造方案如下:
a.采用直流传动控制系统,用V5系统对设备进行改造,经预算改造费用为6.5~7万元;
b.采用PLC一变频器控制系统,用PLC做中央数据处理,用普通变频器做调速,经预算改造费用为4—4.5万元;
c.采用性能先进的变频器一继电器控制系统,用变频器做中央数据处理及调速,用继电器做控制执行元件,经预算改造费用为2.5—2.8万元。
T6160镗床对伺服系统的要求是:调速范围宽(100:1);速度控制精度高(在整个调速范围,起制动及运行过程要求运行稳定);定位准确(当快速进给后定位时间短、定位行程快,从而可提高加工效率)。
针对上述特点,比较三种方案,考虑到现有维修电工的实际能力,我们选择了方案三,用性能先进的西门子MicroMaster440变频器驱动一般异步电动机,对T6160镗床的原直流伺服系统实施改造,实现镗床的主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后左右及上工作台旋转移动实现交流变频无级调速。
1 交流变频器无极调速系统的设计
1.1 西门子MicroMaster440变频器(7.5 kW)是多功能全数字式性能先进变频器,它主要负责整个系统的中央数据处理及调速,它和交流驱动电动机、调速电位器(航空精调电位器)、制动电阻等一起构成典型的开环无极调速控11制系统。
1.2 由于原T6160镗床由三台4.2 kW 直流电机驱动,分别驱动主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后、左右及上工作台旋转移动。根据T6160镗床的工作特点,三台电机只允许一台工作,故本台T6160镗床选用台变频器即可满足工作。为弥补低速运行时电动机发热和低速运行时电动机功率减小,通过计算将三台4.2 kW 直流电机更换为7.5 kW 交流异步电动机(Y160M1-4型,7.5 kW、380 V、1 450 r/min);更换理由是为满足T6160镗床的无级调速。
1.3 由于选用一台变频器拖动三台7.5 kW 交流异步电动机,且三台电动机都要求调速,使控制回路线路更加复杂,为简化操作和降低操作难度,在控制回路设计中选用一个组合转换开关切换三台电动机,并用继电器作连锁保护,降低了操作难度,满足设备的工艺要求。
1.4 根据T6160镗床的工作要求,在设计电气线路时,变频器有两种工作状态,即低速运行和高速运行状态,低速运行和高速运行通过转换开关一继电器自由切换,从而满足了T6160镗床的自动走刀(低速运行)及快速移动(高速运行)。通过变频器外制调速电位器(10圈航空精调电位器)即低速电位器前端串联调节固定电阻、高速电位器后端串联调节固定电阻,实现电动机低速无级调速(0~7.5 Hz;0~225 r/min)和电动机高速无级调速(25~50 Hz;750~1 500 r/min),从而满足T6160镗床自动走刀(低速运行)及快速移动(高速运行)的工作要求。
1.5 变频器制动电阻的加入可以满足电动机快速停止和电动机制动,从而解决了电动机惯性运行,满足了设备的工艺要求。
1.6 转速表是由一块正负10 V的直流电压表改制的,通过变频器内部参数设定使外部D/A端子输出0~ 20mA电流,0~20mA电流的输出与变频器频率输出成正比,通过对直流电压表表盘改制,并在电压表两端并联一个适当电阻,使电压表转换为转速表,并将转速表安装在悬挂按钮站上端,使操作工及时观察到转速情况。
2 运行效果及试运行思路
运行时,在无PG矢量控制的条件下,其调速范围是100:1,即在50 Hz的条件下,其最低运行频率是0.5 Hz,加之对应电动机输出端有减速齿轮,最低速度是15 r/min,完全满足T6160镗床设备的工艺要求,实现了变频无级调速的效果。当在无PG矢量控制的条件下,最低运行频率0.5 Hz,对应电动机最低速度是15 r/min时,如果试车发现存在停车不稳定和低速运行速度不稳定等问题,可以在变频器上加入PG速度控制卡,在电动机后轴上加入脉冲编码器,由脉冲编码器输出信号反馈到变频器上的PG速度控制卡,使之构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。使系统变为有PG矢量控制系统,在磁通矢量控制方式下,其调速范围可以达到1000:1,变频器的输出频率刚好为0.05Hz,此时对应于电动机最低速度,完全满足T6160镗床设备工艺要求。
经过改造,在不加PG矢量控制的条件下组成的交流变频器无极调速系统,结构简单,操作习惯与同类设备基本相同,经试车未发现停车不稳定和低速运行速度不稳定等现象,动作可靠。
3 结束语
3.1 采用变频调速系统方案,全部投资仅为2.8万元。节约直接投资费用1.7—4.2万元。
3.2 采用原直流传动系统,每小时实际功耗约16.2kW,而改造后交流变频调速系统仅每小时实际功耗约2.5 kW 到3.5 kW,按0.6:TrJkwh计算,每台班工作14 h(两班),全年按300个台班计算,每天节约电费约f 16.2~3.5)X 14×0。6=106.68元,年节约电费约106.68 X 350=32 004元。
通过以上改造,经济实用的实现了老式原苏联产设备的国产化改造。经过2年的使用,大大降低了故障率和使用成本,效果良好。
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