6RA80直流调速装置在车床上的应用

2021-01-22张瑞虎

山西冶金 2020年6期

张瑞虎

（首钢长治钢铁有限公司轧钢厂，山西长治046000）

车床是为国民经济各个领域提供基础母件的重要基础设备，是国防军工现代化建设中的战略性设备，是一个国家综合竞争力的重要标志。车床调速装置作为车床的重要组成部分，其工作性能和稳定性直接影响到车床工作的效率[1]。从20世纪60年代开始，国内应用最广泛的车床调速系统为机组供电直流调速系统，其原理是交流电动机拖动直流发电机，根据使用情况直流发电机供电给需要的直流电动机。随着生产力的不断提升和控制需求的多样化要求，该装置已经不能满足日益增长的产品需求。为了提高生产力，减少故障率，目前国内开始广泛使用传动系统采用西门子6RA80的直流调速控制系统。该装置适用性强、应用灵活、控制系统易安装、调试简单方便、功能完善等优点。

1 直流调速装置系统分析

车床传动控制系统由西门子6RA80直流调速控制系统，采用西门子S7-400进行PLC控制，控制交互界面采用西门子WINCC7.0。6RA80直流调速装置包括控制电路，励磁用功率单元和电枢。此外，还有一些满足不同需求功能的选配模件[2]，装置的励磁板如图1所示。该装置的额定直流电流的范围为15～2 800 A，也可以通过将直流调速装置以并联的方式来提高额定电流的范围。在划分直流调速装置型号时，可以根据其中电枢整流电路的区别，将其分为四象限和二象限调速装置。其中，二象限调速装置采用一组三相全控桥式整流电路[3]，四象限调速装置采用两组三相全控桥式整流电路，该电路为无环流的反向并联电路。6RA80直流调速装置主要有以下一些特点：

图1 ARA80直流调速器励磁板

1）控制板由标准CUD和高级CUD两种组成。在进行安装使用时可以根据需求采用适合的控制板单独控制，也可以将两者结合起来达到不同速度、类型和计算性能的要求。

2）该型号的控制器前面板上制配了一块操作面板，通过该面板，可以将参数、故障等都显示出来。除此之外，还可以进行启停、录入等基本操作。

3）控制装置励磁部分可以选用一象限和二象限两种[4]。一象限励磁部分采用单相半控桥式脉冲对整流电路；二象限励磁部分采用单相全控桥式脉冲对整流电路。

4）装置本身集成了一个Profibus-DP接口，可以实现和中心处理器的Profibus-D通讯功能。此外，通过SINAMICS LINK连接，实现了不同CUD之间的数据交换，可以进行多个驱动装置的转矩分配和负载分配功能。

2 控制原理和功能实现

根据下页图2所示的可编程程序控制器系统设计流程，根据机床的实际生产需求和控制要求，对6RA80直流调速装置进行控制原理和功能实现设计。6RA80对车床中主电机和左右卷曲电机进行控制，为了保护传动单元，传动装置还配备了电压吸收装置。此外，为了防止工作电压跌落，还配置了配备换向电感。车床的主电机和左右卷取机共用1台变压器[5]，该措施可以使系统主电机不使用电抗器，但在左右卷取机调速装置的进线处设置电抗器。

图2 可编程控制器系统设计流程图

2.1 传动模块的选择

为了使6RA80直流调速装置和车床工作器械的负载特性匹配，在进行参数设置时，根据负载的工作周期选择传动装置，其中负载级的设置通过6RA80直流调速装置上的参数进行设置。对于车床来说，根据技术要求，选取四象限模块传动装置。在主传动电机模块采用680 V，1 400 A，在左右卷取电机模块选用390 V，500 A的配置。其直流调速系统电路原理图如图3所示。

图3 直流调速系统电路原理图

2.2 外部回路接线端子功能

在6RA80直流调速装置上除了DI1，DI2两个端子是定能接口，其他输入和输出端口都可以被编辑。连接电机转速编码器的端子为脉冲编码器端子，为编码器提供+15 V的工作电压。此外，在该调速装置上还设有安全停机回路，在突发意外情况时，在15 min内负责控制主要接触继电器的端子会分断，使其不受控制单元和半导体的影响，达到停机目的。

2.3 6RA80控制原理

直流电机调速系统一般使用闭环控制来达到精确的速度控制，6RA80系统内部自带闭环控速系统，分为转速环闭和电流环闭两种状态。其中，转速环闭为外部环闭，电流环闭为内部环闭，即电流和转速双闭环调速系统。在进行调速工作时，通过电机编码器检测到的实际速度反馈至速度环，将其与之前设定的速度进行对比，得到速度差后将其传输至电流环。电流环在结合要求工作速度后，通过改变电流环输入电流的方式来改变电机的转矩，达到增加或者降低工作速度的操作。此外，电流环还会检测元件的实际输出电流，然后将其发馈至电流环入口和速度环输出的电流定值进行比较，然后利用电流差值改变闸管的导通角，从而改变输出电流，达到增降速的工作。

3 调速装置参数设置和优化

6RA80直流调速装置的主要运行参数如表1所示。为了实现车床的自动化控制，提高生产运行的精确度和稳定性，对调速装置电机参数进行优化。在进行优化时，电机参数P50051=24（励磁电流）和P50051=25（电枢电流）会自动控制PI参数，达到输出电流可控可调的目的。电机参数P50051=26优化时达到自动确认速度环PI值。电机参数P50051=27对EMF控制进行优化。