赵国强

作者通联：万洲电气集团有限公司研发中心 湖北襄阳市长征路58号 441001

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1.8m龙门刨床传动电控改造概述

BQ2031A 8m龙门刨床是武汉重型机床厂20世纪60年代的产品，1992年经历了一次电控更新改造，使用了V57数模混合控制晶闸管可逆直流调速电柜作为主控系统，由于沿用半导体分立元件、接插件“翻板”结构，柜体庞大，热稳定性差，且经常出现接触不良问题，致使整个传动系统的故障率高。因系统大量使用模拟元件电路组成的电路板，受现场环境条件（气温、灰尘、信号干扰）等诸多因素影响较大，模拟电路信号极易产生漂移和失真，尤其是速度及电流调节器的PID参数全靠几个电位器互相配合细调才能达到最佳效果，调试时必须使用示波器监视波形才能完成，调试步骤繁琐，维护麻烦，一旦系统失调，要经过反复试验才能满足需求。系统还存在低速性能差，电机运行到50r/min左右时，工作台床身就出现抖动，无法满足大型加工件刨磨加工的工艺要求。

2006年11月，万洲电气集团有限公司承接了山东莱芜钢铁集团机械厂的一台BQ2031A 8m龙门刨床电控系统技术改造，改造的要点如下：①采用欧陆590+全数字直流调速装置驱动工作台电机，取代原V57数模混合控制晶闸管可逆直流调速电控系统，并在工作台直流电机尾部加装测速发电机，提高稳速精度；②电控逻辑部分采用三菱FX系列PLC取代原接触器—继电器控制模式，由PLC检测各路按钮、限位开关及直流调速器等信号，按照程序控制各接触器及相关执行元件；③将工作台机械动作的行程限位开关更换为电磁感应的接近开关，性能更趋稳定，且延长了其使用寿命。

2.改造中遇到的问题及原因分析

由于该龙门刨床加工较长的大型工件时，刨床正常切削速度较慢，慢速低到一定程度时，一进入前进减速状态后，工作台运行速度不降反升，造成工件加工表面明显出现刨刀换速的划痕，影响加工工件质量，同时极易造成工作台超程越位停车的故障，原因分析如下。

在8m龙门刨床的床身右侧导轨下装有前进和后退的减速、换向及极限开关共6个，在不同的行程位置相应的行程开关动作。

刨床工作台在往复循环工作过程中，慢速切入的降速目的是避免刨刀切入工件时崩裂工件及减小刀具在切入时所承受的冲击，延长刀具的使用寿命；前进减速工作台降入慢速运行退出工件的目的不仅为了防止工件剥落及限制主电机在减速和反向过程中的冲击电流不致过大，减少对机械传动部分的冲击，同时给工作台运行反向前一个缓冲过程，以免工作台以过高速度换向时冲程越位，而造成飞车事故；高速后退返程时，因返回速度较高且工作台的惯性大容易造成停车超程（即出现越位现象），为了减小反向时因冲击力过大而引起的越位和对传动机构的冲击，要求有一个减速过程。其中前进减速和后退返程减速是关键控制点。欧陆590+系列直流调速装置提供了470多个参数可供调整，以适应不同的使用场合和不同的负载需求，这些参数出厂时有一个预设值，使用时只对个别参数加以调整和设定即可。要实现上述两种减速功能，需要变更的主要参数有：

拉紧1设定为29%的含意为直流调速装置运行减速时，从实际运行速度n1降至主电机额定转速ne29%的速度（29%ne）运行，同理，拉紧2为-80%ne（方向相反）后退返程减速运行。

分析发现，8m刨床工作台前进换向低速不稳的主要原因是590+直流调速装置的速度设定存在缺陷。因为刨床前进减速设定既要兼顾刨床加工短小工件高速运行减速，又要兼顾加工大型工件慢速减速运行的条件，而590+装置的减速设定是根据拉紧1来规定减速速度，其设定值一旦预设不好，就会出现两种截然不同效果：①该值如果设定满足一般的低速切削减速要求时，刨床在高速减速时就会出现减速太猛，工作台由于惯性经常会出现越限超程冲过极限保护而停车，而如果低速减速设定值过低后，还会出现由于减速速度过小，减速速度跑不起来，减速后未到换向点就停车；②该值如果设定满足一般的高速切削减速要求，例如拉紧1设定为29%ne，如果实际运行速度n1＜29%ne，工作台在进入工件运行至正常低速刨削时，如遇到前进减速命令，即刻从n1升速至下运行29%ne运行，工作台这时会有一个明显的不降反升的调速过程，其危害是显而易见的。

3.处理措施

前进减速设定在满足高速切削减速要求后，刨床一旦进入到了低速切削运行时，可以分两种情况区别对待：①当n1＞拉紧1时，工作台实际运行轨迹一切照常，正常接收前进减速限位开关命令后，正常进入减速拉紧1的参数设定值，执行减速运行直至碰到反向限位开关后，及时执行反向高速返程命令；②当n1＜拉紧1时，工作台实际运行轨迹可以改变以往正常循环程式规定，即在接收到前进减速限位开关命令后，不执行进入减速拉紧1的参数设定值运行状态，依然维持n1速度运行至前进换向限位开关处，直接执行反向高速返程命令。

因此必须解决检测主电机转速的判据问题，利用590+装置的零速检测功能可以很好地解决这一难题。590+直流调速装置使用手册中有关静止章节中详细介绍了静止控制模块使用过程，如果原系统在零速运行并调速器设定在零速阈值以下时，原控制功能将静止逻辑“使能”，然后电流环和速度环将停止，停止调速器转动，从而防止零速时轴的振动而引起变速箱的磨损。由此可见：①来自速度环的速度反馈输入端口可以反映来自测速机检测主电机的实际转速信号，实现检测工作台低速运行速度判断的门槛问题；②来自设定点的速度值输入端口可以满足检测主电机的运行速度，并且当速度超过设定值时，及时输出信号报警给PLC做程序处理，达到对速度设定临界判据目的；③装置数字输出B5端口也满足判断完成后直接输出开关量的需要。

由此，将590+装置的零速检测功能转化成了前进减速预判功能，装置参数设定需作如下变更：

通过在590+装置中将零速检测速度设定略高于拉紧1的前进减速的速度，然后，在装置数字输出B5端口接上一个继电器输出开关量信号给PLC输入端口，并在PLC编程上略作一些处理，即可实现低速刨削屏蔽前进减速信号保持速度稳定换向控制过程。

4.效果

2006年11月，对590+直流调速装置的零速检测功能模块的进行了各项功能试验，在完全满足使用需求情况下，用到了莱钢的BQ2031A 8m龙门刨床电控系统中，增加低速刨削检测速度转换功能后，很好地解决了该机床低速切削速度不稳的技术难题，使该8m刨床机械特性变硬，平稳性更好，大大提高工件切削表面质量，设备使用至今工作正常。