【文章內(nèi)容簡介】 速度和位置的閉環(huán)控制。 2）有多種反饋比較原理與方法。根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不同。 3）直流伺服系統(tǒng)的調(diào)整采用了數(shù)字化菜單形式，給系統(tǒng)的調(diào)整帶來了極大的方便。模擬系統(tǒng)的調(diào)整是通過改變電路板上的電阻電容 的值來改變系統(tǒng)控制參數(shù)的，調(diào)整過程復雜繁瑣，不直觀。而數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)整時通過改變系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)的。比如：要改變 PID參數(shù)中的積分時間常數(shù)，模擬系統(tǒng)是通過改變電阻電容值使 RC 常數(shù)改變；數(shù)字系統(tǒng)是直接通過改變以秒為單位的數(shù)值來實現(xiàn) RC 常數(shù)的改變，既直觀又方便。更重要的一點是數(shù)字系統(tǒng)中已經(jīng)根據(jù)大多數(shù)現(xiàn)場情況設定好了各種參數(shù)，如無特殊需要，只要把電機銘牌數(shù)據(jù)錄入，其他參數(shù)無需修改，大大縮短了調(diào)試周期。 選用 PLC 實現(xiàn)機床所有動作的邏輯控制 選用 PLC 實現(xiàn)機床所有動作 的邏輯控制?？珊芎玫慕鉀Q機床控制線路復雜，故障多，維 修困難的問題。 PLC 是專門為取代繼電器邏輯控制而設計制造的產(chǎn)品，目前已經(jīng)大量應用于各種控制場合，具有高抗干擾性、編程簡單、編程符合繼電器控制的習慣、利用編程器可進行在線調(diào)試和診斷等優(yōu)點。 利用 PLC 將原來的繼電器控制邏輯的硬件部分去掉，由軟件代替，從而簡化了控制線路，使電路變得簡潔，可以根據(jù) 方 案情況很方便的進行修改。當機床出現(xiàn)故障時，可利用編程器迅速的檢查故障原因。 數(shù)顯測量儀的使用 數(shù)顯測量儀裝置 是 一種高 精度、高效率的數(shù)字顯示位移 測量儀器，由于它具有精度高、讀數(shù)直觀、 抗干擾能力強、對環(huán)境要求低及有數(shù)字信息輸出等優(yōu)點，所以被廣泛用于機械加工的位移檢測、工件尺寸測量和數(shù)控機床的位置反饋，以及其他精度測量。實踐證明， 機床加裝了數(shù)顯測量儀裝置，能保證尺寸精度，減少勞動強度，實現(xiàn)動態(tài)測量，提高勞動生產(chǎn)率，特別是對老機床的更新改造提供了新的途徑。由于數(shù)顯測量儀可直接測量機床移動部分和固定部分的相對位移，故可忽略機床機械傳動中出現(xiàn)的累計誤差，提高加工精度；它可實現(xiàn)邊加工邊測量，提高加工效率。此次電氣系統(tǒng)改造中所選用的數(shù)顯測量儀的分辨率為 。 數(shù)顯測量儀的分類 數(shù)顯測量儀按照檢測原理分為：光柵數(shù)顯、磁柵數(shù)顯、容柵數(shù)顯、球柵數(shù)顯、光帶數(shù)顯和感應同步數(shù)顯測量儀等 6種類型。 數(shù)顯測量儀安裝方式分為：直線型和滾動型。直線型數(shù)顯測量儀可以采用上述 6 中類型中的任意一種原理制造，但當測量距離超過 2米時其價格迅速上升，除特殊要求外，長距離檢測一般采用滾動型數(shù)顯測量儀。滾動型數(shù)顯測量儀只有光柵數(shù)顯測量儀和感應同步數(shù)顯測量儀兩種。 本設備由于最大檢測距離為 10米，故采用光柵滾動數(shù)顯測量儀。 數(shù)顯測量儀的工作原理 數(shù)顯 測量儀的工作原理見圖 圖 數(shù)顯測量儀的工作原理 讀數(shù)頭安裝在機床的運動部件上，數(shù)顯表安裝在機床懸掛箱上。動片和定片上刻有很細的條紋。當滾輪沿機床導軌滾動時，帶動動片同時轉(zhuǎn)動，在光電接收器上就可以接收到明暗相間的干涉條紋，經(jīng)整形放大后形成相位相差 90 度的 A、 B脈沖串，經(jīng)過譯碼，將 A、 B脈沖換成與位移量相對應的數(shù)字，供操作人員觀看。數(shù)顯測量儀裝置 是 一套獨立系統(tǒng)，屬于機床附屬設備。 第三章 龍門銑床電氣技術改造硬件設計 硬件控制系統(tǒng)的總體結構 在 XQ2021 龍門銑床 的電氣系統(tǒng)改造中，保留了原來的滑枕銑頭、左側銑頭、右側銑頭的主軸交流電機驅(qū)動，左側銑頭和右側銑頭主軸的變速采用手動方式，滑枕銑頭主軸的變速是通過變速裝置來實現(xiàn)的。機床工作臺、滑枕銑頭、溜板、左側銑頭、右側銑頭的進給控制由PLC 控制進給伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機實現(xiàn)。在電氣改造的過程中為了提高機床的精度，還為機床安裝了數(shù)顯測量儀。為了充分利用伺服驅(qū)動器的自動報警功能，便于機床故障的維修，在電氣系統(tǒng)改造中還增加了故障報警顯示功能。 電氣改造系統(tǒng)結構如圖 電氣技術改造控制回路設計 根據(jù)電氣控制 改造系統(tǒng)結構， XQ2021 龍門銑床電氣技術改造中控制回路設計主要包括：電源控制、交流電機控制盒工作臺進給、滑枕銑頭進給、溜板進給、右側銑頭進給和左側機頭進給等。電源系統(tǒng)向機床所有用電設備提供電力供應；機床液壓系統(tǒng)的運行以及除進給之外的機床其他運動由交流電機實現(xiàn)，機床所有進給功能的實現(xiàn)由伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機完成。 電源供電控制回路硬件設計 PLC 電源供電控制回路見圖 圖 電源供電控制回路圖 由于交流電網(wǎng)中存在大量的諧波、高頻干擾等，所以對交流電源供電的控制裝置和電子電氣 設備，都應采取扼制來自交流電源干擾的措施。采用電源隔離變壓器和低通濾波器，可以有效的抑制竄入交流電源中的噪聲。因此，在 PLC 電源供電控制回路的硬件設計中增加了 1:1的隔離電壓器和低通濾波器。對 PLC 的輸入電路電源采用的是 24V 直流穩(wěn)壓供電，因為普通的整流濾波電源，由于波紋的影響，容易使 PLC 接受到錯誤信息。 交流電機控制回路硬件設計 除工作臺、滑枕銑頭、溜板、左側洗頭、右側銑頭的進給控制使用伺服電機外，其他如 衡量升降電機、銑頭電機、液壓泵電機、潤滑電機等都使用的是機床改造前的三相交流電機。以右 側銑頭電路舉例： 圖 在圖 中，空氣開關 QF13 主要用于電機過流和過載保護。交流接觸器 KM15 和 KM16 實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制。 進給控制回路硬件設計 XQ2021 龍門銑床的凈額控制包括工作臺進給、滑枕銑頭進給、溜板進給、左側洗頭進給和右側銑頭進給，全部進給控制采用的是數(shù)字式直流伺服系統(tǒng)，使用的是歐陸 6RA70 直流驅(qū)動器， 其位置控制、速度控制、力矩控制、這三種控制形式合為一體，可在運行中切換，并能根據(jù)輸出的力矩和轉(zhuǎn)速估算并自動降低干擾，抑制速度波動，使伺服電機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。 圖 工作臺進給控制回路圖 在圖 中，交流接觸器 KM101 用于控制伺服驅(qū)動器的三相 200V 交流供電，伺服驅(qū)動器所需的 24V 直流電壓，由直流穩(wěn)壓電源供電。工作臺的快速、點動、進給三種工作狀態(tài)由中間繼電器 KA104, KA106 進行控制，中間繼電器 KA102, KA103 控制伺服電機的正反轉(zhuǎn)，伺服驅(qū)動器 VCMD 端的給定輸入電壓由 112V 直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過電阻分壓確定。伺服電機的反饋控制采用的是增量型編碼器。 該伺服驅(qū)動器 還具有裝置自檢和報警輸出功能。 主要電氣部件硬件參數(shù)的選擇 伺服電機、伺服驅(qū)動器 和伺服變壓器的選擇 工作臺進給伺服驅(qū)動器和伺服電機的選擇 工作 臺進給伺服驅(qū)動器和電機的選擇。 原直流電機可產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩 : M=(9500 x P) / n () 式中 :M—— 伺服電機額定輸出轉(zhuǎn)矩 (Nm)。 P—— 直流電機額定輸出功率 (kW)。 N—— 直流電機額定轉(zhuǎn)速 (r/nim). 原直流電機額定功率為 17kW，額定轉(zhuǎn)速 1000r/nim，將此數(shù)據(jù)代入式 ()，得 M=(9500 x P) / n=(9500x17)/1000= 根據(jù)計算結果查生產(chǎn)廠家提供的電機數(shù)據(jù)，選擇額定轉(zhuǎn)矩為 170 Nm,額定轉(zhuǎn)速為1000r/nim，額定電流為 79A 的伺服電機。伺服電機確定后，根據(jù)電機電流值和生產(chǎn)廠家提供的伺服驅(qū)動器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為 100A 的伺服驅(qū)動器。 由于伺服驅(qū)動器的電源電壓為三相 200VAC，因此要用一臺 380V/200V 的伺服變壓器。根據(jù)伺服驅(qū)動器的額定輸出電流 100A，計算其容量為 P =200x100=20kVA 考慮到留有一定的余量選擇 25kVA 的伺服變壓器。 溜板、滑枕、左側和右側進給伺服驅(qū)動器和伺服電機的選擇 原直流電機的額定功率為 4kW，額定轉(zhuǎn)速 1500 r/nim，原直流電機可產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn) 矩計算如下 : 將原直流電機數(shù)據(jù)代入式 (()，得 M=(9500 x P) / n 二 (9500x4)/1500= 根據(jù)計算結果查生產(chǎn)廠家提供的電機數(shù)據(jù)，選擇額定轉(zhuǎn)矩為 35Nm,額定轉(zhuǎn)速 為 1500rpm,額定電流為 的伺服電機。伺服電機確定后，根據(jù)電機電流值和生產(chǎn)廠 家提供的伺服驅(qū)動器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為 30A 的伺服驅(qū)動器。 根據(jù)伺服驅(qū)動器的額定輸出電流 30A，計算伺服變壓器容量為 P， UI =200x30=6kVA 考慮到留有一定的余量選擇 的伺服變壓器。 導線的選擇 導線選擇的原則 :根據(jù)電流、環(huán)境溫度和使用環(huán)境選擇。取最高環(huán)境溫度 t=400C, 使用 環(huán)境為空氣中敷設，故選擇塑料絕緣的銅導線。導線的截面積根據(jù)流過導線電流的 大小計算選擇。 進線電源導線 (即 L1/L2/L3 和 1 L1 /1 L2/1 L3)的選擇 求總電流 I: I=P/U () 式中 I 為 用電設備的額定電流。 由電氣原理圖得到各交流電機的額定電流分別為 : 1)橫梁升降電機 :38A。 2)橫梁液壓泵電機 :。 3)左排屑電機 :。 4)右排屑電機 :。 5)高揚程冷卻泵電機 :。 6)總液壓站電機 :4A。 7)總液壓潤滑泵電機 :。 8)工作臺夾緊泵電機 :。 9)靜壓多頭泵一電機 :。 10)靜壓多頭泵二電機 :。 11)左側銑頭電機 :。 12)右側銑頭電機 :。 13)滑枕銑頭電機 :。 14)滑枕銑頭點動和變速電機 :。 15)滑枕銑頭液壓電機 :。 16)滑枕銑頭潤滑電機 :。 17)乃 滑枕銑頭平衡油缸電機 :. 各交流電機的額定電流和 I為 : I=38+++3:6++4+++++++++++= 各軸伺服電機額定電流為 : 1)工作臺進給伺服電機 :79A。 2)溜板、滑枕、左側、右側進給伺服電機 :. 各軸伺服電機額定電流和 Iz 為 : Iz=79++++= 各接觸器吸引線圈所需電流按其操作電源變壓器 TCl 的容量確定。 TCl一次側額 定電流乃為 : Ib=PTCi /U， = x 103/380= 同理電磁閥電源 TC2 所需總電流 Ia 為 : La=PTCZ /U,= /380= 穩(wěn)壓電源變壓器 TC4 一次側電流 Is 為 Is=PTC4 /U, = /380= 其它用電設備容量較小，電流忽略不計，因此總電流 I為 : I=I+Iz+Ib+La+Is =++++= 但由于所有用電設備不是同時使用，也不是同時達到其額定電流，因此，實際總電 流 IS為 : IS=I x k == 式中 k 一同時使用系數(shù)，取 k=。 根據(jù)《鋼鐵企業(yè)電力設計參考資料》的銅導線。 中所列數(shù)據(jù) (參見表 )，選擇截面積為 95mm。 伺服單元主回路導線的選擇 因工作臺伺服驅(qū)動器的 額定電流為 100A，查表 ，選擇截面積為 25mm 的銅導線。 又因滑枕、溜板、左側和右側伺服驅(qū)動器的額定電流為 30A，查表 ，選擇截面 積為 4mm 的銅導線。 三相交流電機導線的選擇 根據(jù)電氣原理圖可知三相交流電機的額定電流。 M1(橫梁升降電機 )的額定電流 Ile=38A。 M2o(左側水平銑頭電機 )、 Mao(右側水平銑頭電機 )的額定電流 I2oe= I3oe =。 Mai(滑枕銑頭電機 )的額定電流 I41e= 查表 , Ml、 M2o、 Mao 選擇截面積為 6mm2 的銅導線， Mat 選擇截面積為 10mm2 的銅導線。 其它三相交流電機由于其額定電流均小于 10A，查表 ，都選擇截面積為 lmm2 的銅導線。 r 空氣開關的選擇 電機保護型空氣開關的選擇 電機保護型空氣開關主要用于三相交流電機過流和過載保護。當電機發(fā)生過流或過 載故障時，空氣開關的主觸點和輔助觸點會自動斷開，其主觸點切斷電機電源，輔助觸 點向 PLC 發(fā)出電機故障信號。 選擇原則 :根