本文介紹了早期的由發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)的龍門刨床或單臂刨床現(xiàn)存的問題，并簡(jiǎn)述了針對(duì)該種類型的刨床改造方式：采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置組合先進(jìn)的PLC控制方式，著重強(qiáng)調(diào)了改造后的節(jié)能降耗所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益以及改造后的其它特點(diǎn)。
一、龍門刨床電氣改造的必要性
隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，產(chǎn)于上個(gè)世紀(jì)七、八十年代的龍門刨床的電器控制線路已經(jīng)十分落后，而且老化嚴(yán)重，故障頻繁，維修非常困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，能耗大，同時(shí)噪音也很大，污染嚴(yán)重。經(jīng)過多年的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)老式龍門刨床的電氣控制線路進(jìn)行了徹底的技術(shù)改造，將發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)控制的龍門刨床改造成為全數(shù)字智能化的電氣控制系統(tǒng)。
上個(gè)世紀(jì)七、八十年代的龍門刨床工作臺(tái)一般是由一臺(tái)60KW直流電機(jī)拖動(dòng)。該直流電機(jī)參數(shù)為：60KW,220V,305A,1000RPM,勵(lì)磁為220V,4.11A。該直流電機(jī)電源采用電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī)提供(簡(jiǎn)稱K-F-D系統(tǒng))，采用調(diào)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流方式來(lái)改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。原來(lái)整個(gè)電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用電器元件也比較多，加之使用時(shí)間長(zhǎng)，故障頻繁。我公司綜合以往改造經(jīng)驗(yàn)，B2010A、B2012A、B2012Q、 B2151、B2152、B2016A、BJ2020、B20125Q等10余種型號(hào)的龍門刨床及單臂刨床都很適合全數(shù)字智能化控制的電氣系統(tǒng)改造。
二、早期龍門刨床的特點(diǎn)：
1、刨床的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)是由交流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)及交磁擴(kuò)大機(jī)組成。K-F-D控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)容量要求高，機(jī)械傳動(dòng)能耗大，傳輸效率低。
各電機(jī)基本參數(shù)見下表：
2、改造前的龍門刨床電控系統(tǒng)存在的問題及缺點(diǎn)：
⑴ 設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，電器元件嚴(yán)重老化，故障率頻繁，維修費(fèi)用高，已不能滿足目前生產(chǎn)加工的需要;
⑵ 由于采用的是交直流電動(dòng)機(jī)組，其效率只有0.5~0.68，并且能耗高;
⑶主傳動(dòng)及控制部分中間環(huán)節(jié)較多，不但增加了維護(hù)工作量，也使整個(gè)系統(tǒng)可靠性大大降低。
⑷工作臺(tái)換向及減速靠機(jī)械式限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)，減速及換向時(shí)撞擊聲音大，且整個(gè)電控系統(tǒng)附帶有各種電阻、繼電器多，故障點(diǎn)多，低速時(shí)速度不穩(wěn)，換向不穩(wěn)定，常會(huì)出現(xiàn)爬行、越位等故障;
⑹ 工作臺(tái)調(diào)速范圍小，精度(D≤30)，加工工件的表面質(zhì)量差;
⑺占地面積大，噪音高。
三、龍門刨床改造方式及改造后的特點(diǎn)：
1 .龍門刨工作臺(tái)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的改造：
改造后的龍門刨床工作臺(tái)直流電機(jī)采用英國(guó)歐陸公司生產(chǎn)的590+/380A直流調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)，完全取代直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的無(wú)級(jí)調(diào)速、自動(dòng)減速、換向以及撞到極限限位后停車等動(dòng)作。歐陸590+是具有較高水平的全微機(jī)化工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，輸出電流范圍在15A~2400A，該產(chǎn)品還具有控制、監(jiān)控、保護(hù)和串行通訊的功能。
590+直流調(diào)速裝置還有一系列可供用戶隨意設(shè)定的參數(shù)，這些參數(shù)有些來(lái)自外部，如速度給定、轉(zhuǎn)矩給定、速度反饋以及電機(jī)的各種特性參數(shù)等，同時(shí)配備I/O接口，以及P3串行通訊接口，可以方便的與上位機(jī)聯(lián)接通訊，以滿足各種參數(shù)設(shè)置以及與其他裝置通訊的需要。
2.用PLC實(shí)現(xiàn)龍門刨床的其他電器動(dòng)作的自動(dòng)控制：完成龍門刨床自動(dòng)進(jìn)刀、抬刀、落刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、各刀架快速移動(dòng)以及工作臺(tái)的加速、減速、換向等各種動(dòng)作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
3. 工作臺(tái)行程限位開關(guān)更換為電磁感應(yīng)的接近開關(guān)：性能更穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間快，而且使用壽命更比原來(lái)的行程開關(guān)更長(zhǎng)久。
4.在直流電機(jī)尾端加裝測(cè)速發(fā)電機(jī)后：實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高控制及定位精度。
5、使用效率：
由歐陸 590+和PLC相互配合進(jìn)行改造后的龍門刨床控制系統(tǒng)最低速度可達(dá)5rpm，最高為1500rpm，從起步到全速只需8秒時(shí)間，甚至更短時(shí)間。從全速到減速換向，可在12秒時(shí)間內(nèi)完成，且換向平穩(wěn)無(wú)沖擊，不會(huì)發(fā)生振蕩、爬行、越位等現(xiàn)象，同時(shí)可以恒轉(zhuǎn)矩切削，因而大大提高加工精度及效率。通過懸掛按鈕箱能完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、自動(dòng)等功能。加工長(zhǎng)度范圍由懸掛按鈕站和工作臺(tái)上的可以滑動(dòng)的擋鐵完成行程設(shè)置，并可以通過PLC的記憶功能來(lái)保存，電氣柜上有各種報(bào)警指示，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無(wú)故障、免維護(hù)運(yùn)行。
四、龍門刨床電氣改造后經(jīng)濟(jì)效益分析
使用歐陸 590+直流調(diào)速裝置和 PLC結(jié)合控制后，節(jié)能效果十分明顯，改造周期短。因此，將先進(jìn)的直流調(diào)速裝置應(yīng)用到龍門刨床的工作臺(tái)調(diào)速中，無(wú)疑是一種很大的技術(shù)革新，可以帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。
以下是我公司對(duì)某廠B220型龍門刨床改造前后的測(cè)試實(shí)例：
其主傳動(dòng)部分(工作臺(tái))采用直流發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，功率60KW，是主要能耗。其余功耗如橫梁升降和刀架的進(jìn)給等較小可忽略不計(jì)。經(jīng)改造后，電費(fèi)成本、工藝性能、工作環(huán)境及電網(wǎng)干擾等均得到顯著改善。
1、 測(cè)試參數(shù)：
有功功率、三相電流、三相電壓、功率因素、噪音強(qiáng)度、工作臺(tái)的進(jìn)給速度等
2、 改造前后測(cè)試相關(guān)參數(shù)：
3、 結(jié)論分析：
⑴技術(shù)數(shù)據(jù)
⑵老式控制系統(tǒng)與新式控制系統(tǒng)的效果對(duì)比見下表：
⑶所產(chǎn)生效益
①直接經(jīng)濟(jì)效益
原發(fā)電機(jī)組在多年生產(chǎn)、制造及用戶使用中測(cè)定，其起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)容量要求高，且空載電流達(dá)80-100安，在工作間隔時(shí)間(調(diào)整、裝卸工件時(shí)間)，這些電能被白白浪費(fèi)。改用新型數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)后，這個(gè)空載電流完全可以節(jié)省下來(lái)，且工作間隔時(shí)間越長(zhǎng)節(jié)電效果越明顯。按計(jì)算，節(jié)約功率為△P：
U2=380V;△I取其空載電流中間值
90A;COSΦ取0.40
則△P=1.732×380×90×0.4=24kW
每小時(shí)節(jié)電24度，按每天工作間隔時(shí)間三小時(shí)、全年按310天計(jì)算：
年節(jié)電：W=24×3×310=22320kWh
拆除交磁發(fā)電機(jī)后，每小時(shí)可節(jié)約電能約3kW，按每天兩班制計(jì)算:
年節(jié)電：W=3×16×310=14880 kWh
另外，采用新型數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，可以省去了由多臺(tái)電機(jī)之間電能傳遞而造成的效率損失，其數(shù)值為所需加工零件電能的6-10%，按一般性加工時(shí)，每天省去的傳動(dòng)效率損耗為80度，全年節(jié)電即為24800度。
以上三項(xiàng)合計(jì)，全年節(jié)電可達(dá)6萬(wàn)多度，若每度按0.6元計(jì)算，全年節(jié)電約為4萬(wàn)余元。
②提高了機(jī)床的電氣自動(dòng)化程度，大大降低了機(jī)床的故障率和維修費(fèi)用,年節(jié)約成本約1萬(wàn)余元.
③占地面積小，無(wú)噪聲。除此外，拆除后的發(fā)電機(jī)組還可以再利用，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
4.改造后的龍門刨控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：
⑴ 該數(shù)字直流傳動(dòng)裝置能耗低，效率高。工作間隔無(wú)損耗，大大節(jié)約電能，其效率可達(dá)到0.95以上，而直流發(fā)電機(jī)組只有0.7左右;
⑵起動(dòng)電流小(起動(dòng)電流I≤1.5Ie)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小;
⑶調(diào)速性能高。590+是一種高精度傳動(dòng)裝置，以其自身的優(yōu)點(diǎn)使整個(gè)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)的精度、調(diào)速范圍、快速性能有了很大的改善，提高了加工能力及其加工質(zhì)量;
⑷ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。與交磁擴(kuò)大機(jī)組相比，全數(shù)字可逆直流調(diào)速裝置可減少70KW直流發(fā)電機(jī)一臺(tái)，55 KW交流電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，交磁放大機(jī)一套，同時(shí)大大減少了占地面積，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積縮小;
⑸ 其它動(dòng)作均由PLC實(shí)現(xiàn)，電器元件少，簡(jiǎn)單直觀。用可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)維護(hù)也十分方便，減少運(yùn)行成本;
⑹ 裝機(jī)水平高，具有完善的保護(hù)功能。系統(tǒng)具有良好的保護(hù)和監(jiān)控功能，PLC有自身的輸入/輸出監(jiān)控指示燈，而全數(shù)字直流調(diào)速裝置則更有良好的保護(hù)監(jiān)控功能，具有故障存儲(chǔ)記憶，自適應(yīng)參數(shù)優(yōu)化等多種功能;
⑻ 改造后，由于取掉了交流機(jī)組，因而可無(wú)噪音運(yùn)行。
結(jié)論:早期由發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)的龍門刨床和單臂刨床都很適合上述電氣改造方式。改造后，不僅能耗大大降低，使用效率也得到很大提高。用戶僅需要投資幾萬(wàn)元，經(jīng)過一兩年的時(shí)間就可以收回成本。
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