龍門刨床變頻控制系統(tǒng)

　　目前國內(nèi)外龍門刨床采用的主傳動系統(tǒng)主要有三種形式：晶閘管-直流電動機系統(tǒng)（SCR-D系統(tǒng)）、直流發(fā)電機-直流電動機系統(tǒng)（F-D系統(tǒng)）和感應(yīng)電動機-電磁離合器系統(tǒng)（I-C系統(tǒng)）。SCR-D系統(tǒng)技術(shù)上已很成熟，但因為要實現(xiàn)正反運行，使得電路復(fù)雜程度大大增加，工作可靠性降低，價格較高。F-D系統(tǒng)有良好的控制性能，在刨床中大量采用，但其設(shè)備龐大，價格昂貴且效率不高。I-C系統(tǒng)依靠電磁離合器實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，離合器磨損嚴重，工作穩(wěn)定性欠佳且不便于調(diào)速，僅用于輕型龍門刨床。

　　1． 選型

　　根據(jù)前述龍門刨床直流拖動系統(tǒng)工作要求，對于取代直流拖動并超越直流拖動的交流變頻調(diào)速來說，選擇高性能可靠矢量型的變頻器尤其關(guān)鍵。在實際應(yīng)用中，我們從性價比上選擇了美國EMERSON公司出產(chǎn)的高性能矢量控制變頻器---TD3000系列產(chǎn)品。

　　TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A、B2025等型號龍門刨床拖動系統(tǒng)的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的調(diào)速運行；而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控制方式。

　　TD3000系列變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。具有電機參數(shù)自動調(diào)諧、零伺服控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制在線切換、轉(zhuǎn)速跟蹤、內(nèi)置PLC、內(nèi)置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監(jiān)測、掉載保護、內(nèi)置PG接口、故障信號追憶、28種故障監(jiān)控、豐富的I/O端子和多達十種的速度設(shè)定方式，能滿足各類負荷對傳動控制的要求。

　　TD3000系列變頻器的優(yōu)越性能主要體現(xiàn)在：

　　· 有速度傳感器矢量控制，調(diào)速范圍為1：1000，穩(wěn)態(tài)控制精度0.05%；

　　· 低頻啟動轉(zhuǎn)矩10-100rpm時,200%額定轉(zhuǎn)矩；

　　· 啟動預(yù)勵磁,加快矢量控制快速響應(yīng)；

　　· 動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)小于150ms；

　　· 零伺服鎖定功能,可以保持零速時150%的轉(zhuǎn)矩輸出;

　　· 可靠的轉(zhuǎn)矩限定，防止頻繁跳閘；

　　· 功能豐富的對話式操作面板，全系列LCD+LED顯示中英文可選；

　　· 參數(shù)的上傳拷貝和下傳復(fù)寫功能；

　　· 功能強大的后臺調(diào)試監(jiān)控軟件，可通過內(nèi)置RS485接口組網(wǎng)監(jiān)控。

　　電機、變頻系統(tǒng)選型：

　　1) 主拖動：55KW交流變頻電機，TD3000-4T0750G變頻器；

　　2) 垂直刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；

　　3) 左刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；

　　4) 右刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器

　　5) 主拖動制動單元：兩臺TDB-4C01-0300制動單元，兩只10Ω、10KW制動電阻。

　　2. 控制原理

　　(1) 工作臺主拖動用EMERSON TD3000變頻器驅(qū)動變頻調(diào)速電機。

　　由于我們針對的山東海天造紙機械有限公司B2010A型及B2025型龍門刨床，機械上基本上不動,B2025增加銑削功能,可以在機械上改造,配刨、銑變速箱來實現(xiàn)銑削功能。通過調(diào)試實現(xiàn)了機械刨削速度范圍3-80米/分，無級調(diào)速；速度還可降至0.2米/分左右，進行磨削加工。

　　(2) 工作臺換向采用制動單元及制動電阻，制動速度快，從應(yīng)用來看，TD3000變頻器在頻繁換向過程中速度降低快，動力制動迅速，由于換向時工作時間短，為抑制泵升電壓，采用了制動電阻進行能量釋放。

　　(3) 電氣控制系統(tǒng)采用SIENENS S7-200系列可編程控制器來實現(xiàn)對主拖動變頻器及整個機床的電氣控制。優(yōu)點是控制功能強、速度快、易維護、便于改變程序。并且根據(jù)工藝情況編制故障，面板顯示運行狀態(tài)、查找故障點簡單。

　　(4) 工作臺的減速、換向控制采用龍門刨床高可靠性接近開關(guān)，無機械磨損、壽命長、故障率底，全密封、無維修、可防止使用中鐵屑引起誤動作。

　　3．應(yīng)用情況及效果

　　根據(jù)應(yīng)用，我們可以得出如下比較：

　　· 工作方式：

　　在B2010A改造前，工作時，直流發(fā)電機組一直處于運行狀態(tài)，特別是在工作間隙、測量工件時等，白白消耗大量的空載能量。

　　改造后，龍門刨床只是在工作臺運動時才消耗能量，并且在輕載時變頻器自動節(jié)能。

　　· 進線電流：

　　在改造前，大刨切削45號鋼坯時，吃刀深度10 mm，進刀量為1 mm，檢測進線電流為50A。

　　改造后，同樣加工條件下，進線電流僅為15.5A。

　　· 環(huán)境改善：

　　改造前，發(fā)電機組工作時噪音嚴重，可達80dB。

　　改造后，檢測噪音為70dB，大大改善了工作環(huán)境，利于操作工人的身心健康。

　　· 占地面積：

　　改造前，機組占地面積大，現(xiàn)在改造后僅為原來的10%。

　　· 機床維修：

　　改造前，機床維修量大，并且難以修理，特別是勵磁發(fā)電機不發(fā)電故障。

　　改造后，由于變頻器控制柜集中，基本上不出大的故障。

　　· 機床運行：

　　改造前，由于原B2010A機床各處性能大不如最初，換向慣性大。

　　改造后，采用了先進的矢量控制，從性能上、穩(wěn)定性上超過原來，換向慣性小，反向快速響應(yīng)。

　　· 節(jié)電效益：

　　測量進線，按有功功率來算，每天二班倒，工作15小時，每月平均生產(chǎn)26天，電費成本在0.7元，全年可節(jié)約電費73500.34元，僅此一項一年左右時間即可收回投資。