張瑜　馬銘　魯蓓

摘 要：文章論述了西門子直流調(diào)速器在軋輥磨床上的應(yīng)用，詳細(xì)地說(shuō)明了磨床電氣控制系統(tǒng)功能、組成和實(shí)現(xiàn)，對(duì)西門子PLC及直流調(diào)速器的構(gòu)成、性能及其功用進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析說(shuō)明，對(duì)軟硬件的具體實(shí)現(xiàn)給出了有關(guān)說(shuō)明。最后指出，軋輥磨床使用調(diào)速器進(jìn)行控制系統(tǒng)改造是一種運(yùn)行可靠、控制效果顯著使用的數(shù)字化控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：磨床；S7-200；直流調(diào)速器；數(shù)字化

前言

BE-760S型外圓磨床是高精度外圓磨床，主要用于熱軋工作輥的磨削。由于設(shè)備已經(jīng)使用多年，目前電氣元件老化嚴(yán)重，使用可控硅進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來(lái)越差、參數(shù)漂移較大，穩(wěn)速性能很差，故障越來(lái)越多，維修成本逐年加大，其控制精度也越來(lái)越差，導(dǎo)致了軋輥精度無(wú)法滿足要求，嚴(yán)重的制約了生產(chǎn)的有效進(jìn)行和軋制產(chǎn)品精度。

原來(lái)的控制系統(tǒng)采用晶體管元件所構(gòu)成的的邏輯電壓、電流雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生翻天覆地的變化。數(shù)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了向超薄化、超小型、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，這些都為磨床的改造提供了技術(shù)支持和強(qiáng)有力的保障。因此，為了達(dá)到優(yōu)化完善電氣控制系統(tǒng)，方便操作、提高生產(chǎn)率，提高設(shè)備控制性能的目的，我們對(duì)磨床電氣控系統(tǒng)的改造已顯得尤為迫切。

1 電氣控制的功能及要求

磨床的的控制要求

（1）主軸電機(jī)為單向運(yùn)行，需要轉(zhuǎn)速的范圍為40～1800rpm/min，調(diào)速比為9：1，電機(jī)的啟停操作及速度調(diào)節(jié)都是在磨床可移動(dòng)的操作箱上操作。

（2）機(jī)臺(tái)的運(yùn)行要求：油泵運(yùn)行且壓力正常；保留原有的過(guò)電流、限位保護(hù)，及運(yùn)行方式；磨床的控制主要是實(shí)現(xiàn)低速、快速、爬行速度時(shí)的往復(fù)左右行走；左、右自動(dòng)切換必須有保護(hù)；臺(tái)床具有左、右寸動(dòng)運(yùn)行功能；調(diào)速范圍為40～1800rpm/min調(diào)速比9：1。

（3）砂輪電機(jī)運(yùn)行的先決條件為油泵正常運(yùn)行，在油泵運(yùn)行的情況下，且油壓正常；運(yùn)行為單向運(yùn)行方式，當(dāng)電樞電流超過(guò)額定電流的120%時(shí)采取弱磁調(diào)速；砂輪臺(tái)運(yùn)行方式有高速前進(jìn)、后退，前沖和后沖，砂輪需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給進(jìn)。

（4）砂輪根據(jù)軋輥的形狀不同，可選擇曲面背隙補(bǔ)償開關(guān)是否加入運(yùn)行，可使砂輪工作中與輥面接觸均勻。

（5）系統(tǒng)采用西門子全數(shù)字直流調(diào)速器及PLC構(gòu)成的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（6）改造后實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)的所有功能，同時(shí)操作方式應(yīng)與原來(lái)的方式保持一致。

（7）直流調(diào)速器滿足電控系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速的性能要求，電機(jī)的過(guò)載能力為電機(jī)額定電流的2.5倍。

（8）系統(tǒng)應(yīng)該具有故障自動(dòng)查詢?cè)\斷功能，有自動(dòng)顯示故障類型的功能。

（9）各個(gè)系統(tǒng)的安全保護(hù)設(shè)施要全面，包括：過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、失磁、缺相、互鎖、限位等。

2 電氣控制系統(tǒng)的組成及控制原理

2.1 控制系統(tǒng)的組成

BE-760S型軋輥磨床由一個(gè)旋轉(zhuǎn)主軸，及平移臺(tái)床、砂輪及其它輔助機(jī)構(gòu)組成。其中軋輥旋轉(zhuǎn)主軸傳動(dòng)、砂輪傳動(dòng)和臺(tái)床移動(dòng)傳動(dòng)為直流傳動(dòng)；其他如：液壓泵、油冷卻泵、紙過(guò)濾機(jī)等均為交流電機(jī)。

磨床的操作主要由以下組成：

（1）臺(tái)車的手動(dòng)往返動(dòng)操作及其自動(dòng)往返運(yùn)行；（2）主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速控制；（3）砂輪機(jī)進(jìn)給方式、橫向移動(dòng)和臺(tái)車的聯(lián)動(dòng)等調(diào)速控制；（4）油冷卻泵、液壓泵、紙過(guò)濾機(jī)等交流電機(jī)傳動(dòng)的控制和保護(hù)；（5）砂輪快速進(jìn)給的運(yùn)行、制動(dòng)控制及保護(hù)；（6）軋輥旋轉(zhuǎn)主軸、砂輪、臺(tái)床移動(dòng)三臺(tái)直流電機(jī)運(yùn)行的電樞電壓、電流；勵(lì)磁的電壓、電流以及其他的速度由儀表顯示。

2.2 控制原理

磨床的三臺(tái)直流電機(jī)采用西門子全數(shù)字直流控制裝置進(jìn)行控制，對(duì)其主軸、砂輪、臺(tái)車進(jìn)行運(yùn)行速度控制，運(yùn)行速度的給定采用電位計(jì)給定，PLC根據(jù)運(yùn)行控制邏輯對(duì)三臺(tái)直流電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止等進(jìn)行邏輯控制，以滿足系統(tǒng)的運(yùn)行速度精度和性能等要求；在三臺(tái)直流電機(jī)中，為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的性能要求，砂輪采用由測(cè)速機(jī)測(cè)得的速度信號(hào)進(jìn)行速度反饋，軋輥旋轉(zhuǎn)主軸和臺(tái)床移動(dòng)電機(jī)采用電樞電壓反饋；交流電機(jī)根據(jù)原控制要求，由PLC進(jìn)過(guò)中間繼電器進(jìn)行邏輯控制，通過(guò)采用繼電器節(jié)點(diǎn)使交流接觸器得電動(dòng)作這種方式，簡(jiǎn)化了控制，減少了所需節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，降低了成本及故障。

采用西門子S7-200，主要由他完成系統(tǒng)的邏輯控制，即按照原來(lái)磨床的控制要求，完成各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速，制動(dòng)，停車，等一系列動(dòng)作，完成各個(gè)交流電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等操作；PLC在完成上述的各項(xiàng)輸入信號(hào)的采樣、程序運(yùn)行，輸出控制的基礎(chǔ)上，PLC還可以對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與西門子觸摸屏TD200搭配，對(duì)所有的故障進(jìn)行顯示和查詢，方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)。PLC控制系統(tǒng)與各個(gè)設(shè)備通過(guò)采用profibus通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，通profibus過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這樣不但可以大大減少設(shè)備間的布線，降低工程成本和安裝周期，而且了數(shù)據(jù)的傳輸增加了可靠性，減少了設(shè)備運(yùn)行時(shí)的故障。

2.3 硬、軟件的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)中選用的PLC為S7-200，PLC類型為CPU226，該CPU自身帶有24個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，還有6個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊，還可外接7個(gè)擴(kuò)展模塊，13K字節(jié)的存儲(chǔ)空間，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，通訊采用串口通訊形式。

3 改造成果及結(jié)論

3.1 應(yīng)用效果

軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行更新以后，設(shè)備運(yùn)行良好穩(wěn)定，改造后的效益主要反映在以下兩個(gè)方面：

（1）電氣改造以后，系統(tǒng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠，設(shè)備基本上已實(shí)現(xiàn)免維護(hù)運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行故障率非常低?；窘鉀Q了原老舊分離元件的采購(gòu)困難的問題，備件的消耗費(fèi)用可節(jié)約生產(chǎn)成本約20000每年。

（2）系統(tǒng)改造后，軋輥的加工精度有了明顯的提高，加工速度有了很大的進(jìn)步，確保了軋輥供應(yīng)的的連續(xù)性，提高了產(chǎn)品的精度。從以上情況來(lái)看，對(duì)軋輥磨床電控系統(tǒng)的改造更新有著非常重要的意義，由西門子直流調(diào)速器及S7-200構(gòu)建的數(shù)字化系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛、運(yùn)行可靠、控制效果顯著的數(shù)字化控制系統(tǒng)，值得廣泛推崇。

3.2 結(jié)論

軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)中，S7-200作為主控制器用來(lái)控制軋輥磨床的全部動(dòng)作，用直流調(diào)速器進(jìn)行機(jī)床各直流電機(jī)的調(diào)速控制，通過(guò)對(duì)調(diào)速器各個(gè)參數(shù)的設(shè)置，使其調(diào)速控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止更加的平穩(wěn)。在控制柜上安裝有電樞電壓、電流、勵(lì)磁電流、電機(jī)的速度指示表，使用TD200觸摸屏進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控，設(shè)備故障的報(bào)警。這些使磨床電氣控制結(jié)構(gòu)有效的簡(jiǎn)化，減少了干擾源，大幅提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力。從運(yùn)行實(shí)際情況來(lái)看，該電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠平穩(wěn)、控制效果良好。由西門子直流調(diào)速器及S7-200構(gòu)建的數(shù)字化系統(tǒng)是一種值得廣泛推崇使用的數(shù)字化控制系統(tǒng)，可為此類工作方式的設(shè)備的進(jìn)行改造提供新的方法和思路，它具有顯著的實(shí)際意義和顯著地經(jīng)濟(jì)效益。

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