金 晶，赵家平

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏石嘴山 753001）

0 前言

X2010C-2L型龙门铣床是北京第一机床厂1982年生产产品，铣床进给运动则有工作台沿床身导轨前后移动，垂直主轴箱沿横梁导轨左右移动，水平主轴箱沿立柱导轨上下移动，在同一时间内机床只允许单一方向的进给运动，不允许两个部件或多个部件的进给运动。工作台或主轴箱的进给速度均由同一VCM直流调速系统供电调速。工作台进给电动机容量为5.5 kW，主轴箱移动进给电动机容量为2.2 kW，所有进给动作（包括横梁升降）必须等液压系统工作正常、压力继电器动作后方可进行；进给与横梁的升、降互锁；主轴与进给互锁；每个进给方向都设有超程保护开关；设有点动/连续工作方式；；工作台和2个主轴箱具有正、反向进给和正、反向快速功能。由于该系列的设备使用年代久远，电气控制系统线路老化,调速不稳定,加工质量不高,继电器故障频繁,维修困难,维修成本高，加上现在很难买到原有的VC-M直流调速系统配件，为此，采用欧陆590C直流调速器和欧姆龙CPM2AE型PLC对该机床进行电气改造。

1 欧陆590C直流调速器

欧陆590C直流调速器主要由集成电路控制板、可控硅模块、液晶显示器、参数调整按钮、功能设置开关等组成。输入电压为三项AC 380 V,电枢端输出直流电压值有DIP开关设定，设定范围为DC 150～500 V。590C直流调速器有内部励磁和外部励磁两种励磁选择方式。590C直流调速器可用传统模拟给定反馈工作，也可用上位机、或数字输入给定及增量式光编码器反馈工作。欧陆590C内部设有过流、失磁、速度反馈丢失、电机超温、可控硅模块超温、可控硅触发失败等保护功能，同时590C直流调速器内部还设有故障自诊断功能，并将故障信息显示出来，以便于维修人员查找故障。

2 欧姆龙可编程序控制器

欧姆龙CPM2AE型可编程序控制器是一种紧凑型PLC，输入/输出的点数有10点20、40和60点，同时还可以扩展数字量单元模块和模拟量单元模块。该机体积小、重量轻、性能高、软件功能强大、端子台可以脱卸维护性提高，主机进线电源为AC 100～240 V，输入点为DC 24 V，输出形式有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出，输出驱动电压可依据PLC的输出形式选用AC或DC电源。

3 改造方案

X2010C龙门铣床元件老化、故障率高、维修困难，考虑到大部分故障都是由电气故障造成的停机，因此决定将X2010C龙门铣床的电气控制部分进行全面改造。具体方案如下。

（1）保留原有2台主轴电机和3台进给直流电机、原有液压系统。

（2）保留原有直流励磁系统，采用外部励磁分别供给直流电机和测速电机

（3）保留原有变压器，其余电气元件全部从控制柜中拆除，更换床身电线电缆。

（4）选用欧姆龙CPM2AE型PLC作为机床的主控制单元，提高动作准确率，简化电路。

（5）拆除原有VC-M直流调速系统，改为2台590C直流调速器分别控制工作台和主轴箱运动。

（6）完善设备改造后全部电气资料，方便后期维护。

4 改造措施

（1）重新设计机床电气控制策略，绘制控制原理图、接线图。

（2）拆除旧电气控制柜，依据新的电路图重新配置电控柜及各类引线。

（3）保持原有按钮操作站，但加装两件10 kΩ可调电位器分别控制工作台和主轴箱直流调速器速度给定。

（4）从机床的控制信号来看，需要输入点35个，输出点24个，因此可选用OMRON CPM2AE-60CDR-A，型60点PLC。输入36点/输出24点，输入电压DC 24 V/输出电压DC 24 V。

（5）工作台进给直流电机功率5.5 kW，选用欧陆590C 70 A直流调速器;主轴箱进给直流电机功率2.2 kW，选用欧陆590C 35 A直流调速器。

5 改造原理

主要讲述直流电机的运行调速原理（图1），以工作台直流调速器工作原理为列，直流调速器输入三相380 V电源，由主线路经过速溶保险、电抗器、交流接触器KM22主触点供给，接线端子D7，D8输入220 V电压。直流调速器通电无故障，KA31继电器得电吸合，为调速器的使能提供条件。在液压系统正常工作，压力继电器动作后，KA2继电器得电吸合，常开点闭合，端子C5得电提供使能。当按工作台常速正、反转和快速正、反转按钮，KA16得电吸合，KA17，KA18，KA19，KA20其中的一个继电器得电其常开点吸合，调速器开始运行。直流调速器接线端子A1相当于0点位，调速器通电后，B3有+10 V电压，B4有-10 V电压，通过可调电位器调节A4和A1之间的电压，改变直流调速器电枢输出端子A-和A+之间的电压，电枢电压改变后，电机转速改变。A4是正电压时，电机正转，A4是负电压时，电机反转。各直流电机的励磁采用外部励磁，由整流桥输出110 V电压供给，各直流电机的电枢电压由直流调速器输出供给，电压是0～175 V。综上所述，通过改变电枢电压的大小来改变直流电机的转速，通过改变电枢电压的正、反向来改变直流电机的转向。测速发电机反馈回来的电压，接入端子G3，G4，直流调速器根据反馈回来的电压，计算并稳定电机转速。测速发电机的发电量是0～106 V。

图1 直流调速器接线原理

6 调试

（1）试PLC输入点和输出点的状态是否正确。前提是直流调速器不通电，各交流接触器电源切断，线圈断电。PLC的输出接口为继电器输出，为了避免烧坏输出口，建议不要用输出口直接驱动负载，可以先驱动一个中间继电器，再用中间继电器驱动负载。

（2）在PLC输出点动作正确后，接通交流电机的主接触器，试垂直主轴电机和水平主轴电机正、反转是否正常，横梁升降电机和横梁液压电机运行是否正常。

（3）直流调速器调试。把直流电机与负载脱开测试。检查调速器接线正确；电机铭牌参数设置，通过调速器上的拨档开关调节。包括电枢额定电流设置，励磁额定电流设置，电枢电压设置，反馈电压设置；参数设置：①因为是外部励磁，所以励磁启动FIELD ENABLE设置为关闭励磁输出，即DISABLED。②因为是直流测速发电机反馈，所以速度反馈方式选择为模拟测速反馈方式，即ANALOG TACH。③斜坡加速时间设置为3 s，斜坡减速时间设置为2 s。④因为工作台进给运动和铣头进给运动都是正、反向可逆运动，所以再生方式REGEN MODE设置为启动，即ENABLED。⑤进给运动要求按停机按钮立即停车，不得溜车，所以停机时间STOP TIME设置为0.1 s。参数设置完成要进行参数存储，避免因电源中断，造成参数流失；通电试运行，做到调速器无报警，运行平稳。

7 改造效果

改造后设备运行平稳，各项性能得到明显改善，调速性能高。这种数字直流调速装置是一种高精度传动装置，以其自身的优点使整个主传动控制系统的精度、调速范围、快速性能有了很大的改善，从而提高了加工能力及其加工质量。使用先进的可编程控制器取代繁杂的交直流继电器控制系统，使元件减少，连线减少，大大提高了系统的可靠性，同时维护也十分方便。

［1］陈远龄.机床电气自动控制［M］.重庆:重庆大学出版社.2001.

［2］高安邦.机床电气与PLC控制技术项目教程［M］.北京:机械工业出版社.2011.