萊蕪鳳普自控有限公司 劉彥偉 閻勇
濟南廣林科技有限公司 王保學
一、B2010A龍門刨床工況概述
龍(long)門(men)刨(pao)床(chuang)是(shi)機(ji)械(xie)化(hua)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)很(hen)高(gao)的(de)大(da)型(xing)機(ji)床(chuang)。龍(long)門(men)刨(pao)床(chuang)的(de)動(dong)力(li)及(ji)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)，尤(you)其(qi)是(shi)刨(pao)床(chuang)工(gong)作(zuo)台(tai)主(zhu)拖(tuo)動(dong)係(xi)統(tong)完(wan)全(quan)依(yi)靠(kao)電(dian)氣(qi)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)來(lai)執(zhi)行(xing)的(de)。B2010A龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調速係統，即電機擴大機---直流發電機---直流電動機組係統。如圖一所示。采用機械速比2:1和電氣調速範圍為10:1的機電聯合調速係統。
龍門刨床對電力拖動的技術要求---龍門刨床是頻繁往複運動的生產機械，它的工作方式為循環方式。前進行程是切削行程；後hou退tui行xing程cheng是shi不bu作zuo切qie削xue的de，隻zhi讓rang工gong作zuo台tai駛shi回hui為wei下xia一yi步bu切qie削xue作zuo準zhun備bei。運yun動dong示shi意yi圖tu如ru圖tu二er所suo示shi。實shi際ji工gong作zuo中zhong為wei了le提ti高gao勞lao動dong生sheng產chan效xiao率lv，輕qing載zai後hou退tui的de速su度du要yao大da於yu前qian進jin切qie削xue速su度du。由you於yu不bu同tong的de金jin屬shu材cai料liao和he不bu同tong的de加jia工gong工gong藝yi，必bi須xu要yao求qiu控kong製zhi係xi統tong具ju備bei：
工作台主拖動具有比較寬的調速範圍和較硬的機械特性；
工作台前進切削和後退的過程中運行平穩，不振蕩，速度能單獨地作無級調整，無須停車；
運行方向的改變要迅速、平滑、衝擊力小、動作反應快；
在低速範圍內切削力基本保持恒定狀態，靜差度小於3%；
前進與後退行程的末尾工作台自動減速，反向準確；
傳動效率高，耗電量小；
控製係統簡單，可靠安全，易於維修保養；
如圖二中，ab段（約12-15米/分）為刀具慢速切入工件，而後增加到可調速CD段進行前進切削，之後運行到設定行程開始減速為ef段，再經過換向行程控製，工作台由前進減速迅速製動並快速反向運行可調hi速度段後退，再後退至減速換向切換到前進行程。形成一個循環工作周期。
以上簡略敘述B2010A直流拖動係統過程，有助於對它的性能特點和工作情況能進步了解。
二、龍門刨床拖動係統的演變
1． 原係統存在的主要缺陷
我們知道龍門刨床這種A-G-M調速係統，它具有占地麵積大、噪聲汙染嚴重、尤其交流電動機拖
動發電機浪費電能很嚴重。從工作情況來看，直流電動機的功率並沒有得到充分利用，並且維護
保養較困難。目前許多在使用該係統工作的廠家都在想辦法解決以上問題。
2． 演變
從70年代至目前有極少部分采用晶閘管---直流電動機機組（V-M調速係統）。該係統低速時損
耗大、功率因數低、對電網汙染嚴重，而使用的還是直流電動機，維護保養困難的問題還是沒有
解決。
3． 飛躍
隨著科技進步，在電力電子技術和微電子技術方麵有了飛速發展，以及矢量控製技術的完善，使
得變頻調速技術日新月異，並且變頻調速發展空間愈加寬廣，涉及領域之多，其優越性為眾所周
知。為此廣大科技工作者致力於交流變頻調速技術的應用，龍門刨床的拖動方式在向變頻調速的
方向轉移，國外已有很多成功應用的實例。
三、EMERSON變頻器應用在B2010A龍門刨床上
1、選型
根gen據ju前qian述shu龍long門men刨pao床chuang直zhi流liu拖tuo動dong係xi統tong工gong作zuo要yao求qiu，對dui於yu取qu代dai直zhi流liu拖tuo動dong並bing超chao越yue直zhi流liu拖tuo動dong的de交jiao流liu變bian頻pin調tiao速su來lai說shuo，選xuan擇ze高gao性xing能neng可ke靠kao矢shi量liang型xing的de變bian頻pin器qi尤you其qi關guan鍵jian。通tong過guo查zha閱yue有you關guan資zi料liao及ji請qing教jiao有you關guan資zi深shen學xue者zhe（對此深表感謝），加之深入了解國內外同類變頻器，反複比較論證，我們從性價比上選擇了美國EMERSON公司出產的高性能矢量控製變頻器---TD3000係列產品。TD3000係列變頻器在性能上完全符合B2010A型xing龍long門men刨pao床chuang拖tuo動dong係xi統tong的de要yao求qiu。它ta通tong過guo對dui交jiao流liu電dian機ji磁ci通tong電dian流liu和he轉zhuan矩ju電dian流liu的de解jie耦ou控kong製zhi，實shi現xian了le轉zhuan矩ju的de快kuai速su響xiang應ying和he準zhun確que控kong製zhi，能neng以yi很hen高gao的de控kong製zhi精jing度du進jin行xing寬kuan範fan圍wei的de調tiao速su運yun行xing；而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控製方式。根據我們在實際應用中確實感到TD3000矢量控製變頻器穩定可靠，對於象龍門刨床這種從安全可靠性要求很高的大型設備，選用該矢量控製型變頻器非常合適。TD3000係列變頻器是美國EMERSON公司自主開發生產的高品質、多功能、低噪音的矢量控製通用變頻器。具有電機參數自動調諧、零伺服控製、速度控製和轉矩控製在線切換、轉速跟蹤、內置PLC、內置PID控製器、編碼器和給定及反饋信號斷線監測、掉載保護、內置PG接口、故障信號追憶、28種故障監控、豐富的I/O端子和多達十種的速度設定方式，能滿足各類負荷對傳動控製的要求。TD3000係列變頻器的優越性能主要體現在：
有速度傳感器矢量控製，調速範圍為1：1000，穩態控製精度0.05%；
低頻啟動轉矩10-100rpm時,200%額定轉矩；
啟動預勵磁,加快矢量控製快速響應；
動態轉矩響應小於150ms；
零伺服鎖定功能,可以保持零速時150%的轉矩輸出;
可靠的轉矩限定，防止頻繁跳閘；
功能豐富的對話式操作麵板，全係列LCD+LED顯示中英文可選；
參數的上傳拷貝和下傳複寫功能；
功能強大的後台調試監控軟件，可通過內置RS485接口組網監控。
電機、變頻係統選型：
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) 主拖動製動單元：兩台TDB-4C01-0300製動單元，兩隻10Ω、10KW製動電阻。
2. 控製原理
(1) 工作台主拖動用EMERSON TD3000變頻器驅動變頻調速電機,電機為中科院研製生產。該電機采用AUTOCAD輔助設計，充分考慮了正弦脈寬調製技術和矢量控製變頻器的特點，低頻時轉速平穩，無爬行現象，恒力矩調速範圍寬，代替A-G-M係統機組實現無級調速。由於我們針對的山東煤礦萊蕪機械廠B2010A型龍門刨床，機械上基本上不動,沒有增加銑削功能,如果橫梁垂直刀架機械剛性足，可以在機械上改造,配刨、銑變速箱來實現銑削功能。通過調試實現了機械刨削速度範圍3-80米/分，無級調速；速度還可降至1米/分左右，進行磨削加工。
(2) 工作台換向采用製動單元及製動電阻，製動速度快，從應用來看，TD3000變頻器在頻繁換向過程中速度降低快，動力製動迅速，由於換向時工作時間短，為抑製泵升電壓，采用了製動電阻進行能量釋放。
(3) 電氣控製係統采用由我們萊蕪鳳普自控有限公司自行研製的XH-120PLC可編程控製器來實現對主拖動變頻器及整個機床的電氣控製。優點是控功能強、速度快、易維護、便於改變程序。並且根據工藝情況編製故障，麵板顯示運行狀態、查找故障點簡單。
(4) 工作台的減速、換向控製采用龍門刨床高可靠性電子組合開關，無機械磨損、壽命長、無
故障工作時間在一萬小時以上，全密封、無維修、可防止使用中鐵屑引起誤動作。
3、龍門刨床簡要電氣.控製框圖 (如圖三)
四、EMERSON變頻器的特性應用
我們在調試變頻器過程中，重點針對工作台頻繁換向、快速響應等問題對於變頻器參數作了調整，僅舉幾例加以說明。
1、 注意變頻器與電機的自調諧過程：zaixuanzeshiliangkongzhifangshidiyiciyunxingqian，yidingyaojinxingdianjidezidongtiaoxiegongzuo，yibianhuodebeikongdianjidezhunquedianqicanshu。zhezhongguochengxiangdangyuduifuzaidiandongjizidongdijinxingyici“等效電路參數測定實驗” ，力求達到精確矢量控製。
2、 避免爬行：我們知道由於加工切削量不同、 工件重量不等、行程不一、高速運行等嚴重惡劣條件造成在運動中工作台慣性大，勢必會在減速與反向過程中會向原方向作一定距離的慣性運動。所以認真調整TD3000變頻器的有關參數，一定要準確控製加減速時間及製動的投入方式，否則將會出現越位等故障。
3、 換向運行的快速響應：應用TD3000變頻器在工作台拖動換向上要精心調整轉速調節器，使之適應工作要求，當比例增益P和積分時間I參數選取不當時，可能會在係統中產生振蕩或產生減速過電壓故障。這一點需要根據實際情況來調整。
4、 使電機獲得更好的起動性能：我們在調試過程中，將電機預勵磁功能參數作了調整，起動方式、起動頻率、正反轉死區、脈衝編碼器等參數作了調整，使之具有更好的響應速度。
五．應用情況及效果
根據應用，我們可以得出如下比較：
1． 工作方式：
在B2010A改造前，工作時，直流發電機組一直處於運行狀態，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。改造後，龍門刨床隻是在工作台運動時才消耗能量，並
且在輕載時變頻器自動節能。
2． 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。
改造後，同樣加工條件下，進線電流僅為15.5A。
3． 環境改善：
改造前，發電機組工作時噪音嚴重，可達80dB。
改造後，檢測噪音為70dB，大大改善了工作環境，利於操作工人的身心健康。
4． 占地麵積：
改造前，機組占地麵積大，現在改造後僅為原來的10%。
5． 機床維修：
改造前，機床維修量大，並且難以修理，特別是勵磁發電機不發電故障。
改造後，由於變頻器控製櫃集中，基本上不出大的故障。
6． 機床運行：
改造前，由於原B2010A機床年久失修，各處性能大不如最初，換向慣性大。
改造後，采用了先進的矢量控製，從性能、穩定性上超過原來，換向慣性小，反向快速響應。
7． 節電效益：
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26天，電費成本在
0.7元，全年可節約電費73500.34元，僅此一項一年左右時間即可收回投資。
關於艾默生網絡能源
艾默生網絡能源是Emerson所屬業務品牌(紐約證券交易所股票代碼：EMR)，是“關鍵業務全保障”的全球領導者，為客戶關鍵業務設施運行提供保障，是客戶定製、高適應性和可靠性解決方案的可信賴供應商。擁有業界最大的全球服務係統，為通信網絡、數據中心、醫療保健中心和工業設施提供全方位的、不斷創新的電源、精密製冷、連接和嵌入式產品和服務。
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總部位於美國聖路易斯市的Emerson（紐約證券交易所股票代碼:EMR）是一家全球領先的公司，該公司將技術與工程相結合，在網絡能源、過程管理、工業自動化、環境優化技術及家電和工具等領域為客戶提供創新性的解決方案。公司在2006財年的銷售額達201億美元。
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