龙门刨床变频控制系统

　　目前国内外龙门刨床采用的主传动系统主要有三种形式：晶闸管-直流电动机系统（SCR-D系统）、直流发电机-直流电动机系统（F-D系统）和感应电动机-电磁离合器系统（I-C系统）。SCR-D系统技术上已很成熟，但因为要实现正反运行，使得电路复杂程度大大增加，工作可靠性降低，价格较高。F-D系统有良好的控制性能，在刨床中大量采用，但其设备庞大，价格昂贵且效率不高。I-C系统依靠电磁离合器实现正反转，离合器磨损严重，工作稳定性欠佳且不便于调速，仅用于轻型龙门刨床。

　　1． 选型

　　根据前述龙门刨床直流拖动系统工作要求，对于取代直流拖动并超越直流拖动的交流变频调速来说，选择高性能可靠矢量型的变频器尤其关键。在实际应用中，我们从性价比上选择了美国EMERSON公司出产的高性能矢量控制变频器---TD3000系列产品。

　　TD3000系列变频器在性能上完全符合B2010A、B2025等型号龙门刨床拖动系统的要求。它通过对交流电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现了转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行；而且我们还采用了有速度传感器PG反馈矢量控制方式。

　　TD3000系列变频器是高品质、多功能、低噪音的矢量控制通用变频器。具有电机参数自动调谐、零伺服控制、速度控制和转矩控制在线切换、转速跟踪、内置PLC、内置PID控制器、编码器和给定及反馈信号断线监测、掉载保护、内置PG接口、故障信号追忆、28种故障监控、丰富的I/O端子和多达十种的速度设定方式，能满足各类负荷对传动控制的要求。

　　TD3000系列变频器的优越性能主要体现在：

　　· 有速度传感器矢量控制，调速范围为1：1000，稳态控制精度0.05%；

　　· 低频启动转矩10-100rpm时,200%额定转矩；

　　· 启动预励磁,加快矢量控制快速响应；

　　· 动态转矩响应小于150ms；

　　· 零伺服锁定功能,可以保持零速时150%的转矩输出;

　　· 可靠的转矩限定，防止频繁跳闸；

　　· 功能丰富的对话式操作面板，全系列LCD+LED显示中英文可选；

　　· 参数的上传拷贝和下传复写功能；

　　· 功能强大的后台调试监控软件，可通过内置RS485接口组网监控。

　　电机、变频系统选型：

　　1) 主拖动：55KW交流变频电机，TD3000-4T0750G变频器；

　　2) 垂直刀架：1.5KW交流电机，TD1000-4T0022G变频器；

　　3) 左刀架：1.5KW交流电机，TD1000-4T0022G变频器；

　　4) 右刀架：1.5KW交流电机，TD1000-4T0022G变频器

　　5) 主拖动制动单元：两台TDB-4C01-0300制动单元，两只10Ω、10KW制动电阻。

　　2. 控制原理

　　(1) 工作台主拖动用EMERSON TD3000变频器驱动变频调速电机。

　　由于我们针对的山东海天造纸机械有限公司B2010A型及B2025型龙门刨床，机械上基本上不动,B2025增加铣削功能,可以在机械上改造,配刨、铣变速箱来实现铣削功能。通过调试实现了机械刨削速度范围3-80米/分，无级调速；速度还可降至0.2米/分左右，进行磨削加工。

　　(2) 工作台换向采用制动单元及制动电阻，制动速度快，从应用来看，TD3000变频器在频繁换向过程中速度降低快，动力制动迅速，由于换向时工作时间短，为抑制泵升电压，采用了制动电阻进行能量释放。

　　(3) 电气控制系统采用SIENENS S7-200系列可编程控制器来实现对主拖动变频器及整个机床的电气控制。优点是控制功能强、速度快、易维护、便于改变程序。并且根据工艺情况编制故障，面板显示运行状态、查找故障点简单。

　　(4) 工作台的减速、换向控制采用龙门刨床高可靠性接近开关，无机械磨损、寿命长、故障率底，全密封、无维修、可防止使用中铁屑引起误动作。

　　3．应用情况及效果

　　根据应用，我们可以得出如下比较：

　　· 工作方式：

　　在B2010A改造前，工作时，直流发电机组一直处于运行状态，特别是在工作间隙、测量工件时等，白白消耗大量的空载能量。

　　改造后，龙门刨床只是在工作台运动时才消耗能量，并且在轻载时变频器自动节能。

　　· 进线电流：

　　在改造前，大刨切削45号钢坯时，吃刀深度10 mm，进刀量为1 mm，检测进线电流为50A。

　　改造后，同样加工条件下，进线电流仅为15.5A。

　　· 环境改善：

　　改造前，发电机组工作时噪音严重，可达80dB。

　　改造后，检测噪音为70dB，大大改善了工作环境，利于操作工人的身心健康。

　　· 占地面积：

　　改造前，机组占地面积大，现在改造后仅为原来的10%。

　　· 机床维修：

　　改造前，机床维修量大，并且难以修理，特别是励磁发电机不发电故障。

　　改造后，由于变频器控制柜集中，基本上不出大的故障。

　　· 机床运行：

　　改造前，由于原B2010A机床各处性能大不如最初，换向惯性大。

　　改造后，采用了先进的矢量控制，从性能上、稳定性上超过原来，换向惯性小，反向快速响应。

　　· 节电效益：

　　测量进线，按有功功率来算，每天二班倒，工作15小时，每月平均生产26天，电费成本在0.7元，全年可节约电费73500.34元，仅此一项一年左右时间即可收回投资。