关键词：落地镗床 电气 改造
山东某大型机械厂T615KJ落地镗床原直流部分驱动采用早期武汉重型机械厂的模拟脉宽调速，经过多年的使用，控制电路板已经严重老化，电路板上的电子器件更换频繁，电路板已无法正常使用，且没有备件更换。控制部分采用继电器—接触器的控制模式，易粘联，维修频繁，已无法正常生产。根据厂方的要求，选择了西门子PLC 和全数字直流调速装置控制进行改造。
一、电气改造
T615KJ落地镗床的主轴电机为14kW交流电机，镗杆、立柱和主轴箱进给均为4kW直流电机，电枢额定电压220V、电流22.7A、励磁电流0.63A、转速1500r/min。径向刀架为1.1kW直流电机，电枢额定电压220V、电流6.7A、励磁电流0.4A、转速1500r/min。根据用户的要求，PLC采用了西门子S7-200系列中最高挡的CPU226CN，外加两台16I/16O的EM223扩展模块，总共近100个I/O点。直流驱动装置选取西门子6RA70系列30A的四象限可逆全数字直流电机驱动器。反馈选择了长春光机所的光电编码器。
1.主轴部分改造
主轴采用机械挂挡变速，控制包括正、反转，正、反点动和停止功能。根据用户的要求，本着最经济、方便快捷的考虑，保留了原手动变速方式。
2.进给部分改造
由于镗杆、立柱、主轴箱和径向刀架进给都是由独立的电机驱动，各轴工作时，其他轴都不工作。因此，选择了用一台直流装置分别切换驱动四个轴的直流电机的方案，即分别切换各轴直流电机的电枢线、励磁线和编码器反馈信号线。
（1）参数组切换
由于6RA70直流装置需要对每台电机都进行P051=25（电枢和励磁调节器）以及P051=26（速度调节器）优化后才能运行，而每台电机经优化后自动设置的相关参数都不一样，所以要进行功能参数组的切换。装置最多可允许四组参数组切换，即可以分别对四台直流电机进行优化控制。
选择开关量端子36和39（分别对应控制的第16、17位）作为参数组切换功能用，设置P676=10（选择36），P677=16（选择39）。Q0.0为PLC控制开关量端子36的输出，Q0.1为PLC控制开关量端子39的输出。
当波段开关选镗杆进给时，Q0.0和Q0.1无输出，即端子36号为低电平、39号为低电平时，对应功能数据组为FDS1，镗杆进给。当波段开关选立柱进给时，端子36号为高电平、39号为低电平时，对应功能数据组为FDS2，立柱工作。当波段开关选主轴箱进给时，端子36号为低电平、39号为高电平时，对应功能数据组为FDS3，主轴箱工作。当波段开关选径向刀架时，端子36号为高电平、39号为高电平时，对应功能数据组为FDS4，径向刀架工作。
对应的PLC程序见图1。
调节给定电位器，可控制各轴的进给速度。
（2）快移和微动功能
原模拟脉宽直流调速装置快移和微动时，通过在给定电位器上串并联电阻改变给定电压的大小来实现。6RA70直流调速装置有强大的功能，可通过内部设定实现对直流电机的某一固定的速度控制，这一功能给外围电气设计带来了很多便利。因此，增加了CUD2板以扩展6RA70直流装置强大的功能（见表1）。
各端子通断状况见表2。
由上便可以编出PLC控制程序。从R010和R045.01~R045.04下监控各开关量输入端子通断良好。
（3）速度反馈
各轴电机在改造前采用直流测速发电机作为反馈方式，用户反映各轴在低速进给时，稳速精度较差，因此改用长春光机所的增量式脉冲编码器作为反馈，型号为ZLF-1024Z-15VO-15-CT（配插头）。供电电源为DC15V，输出信号为A、B、Z及A、B、Z共6通道信号。四台光电编码器分别和四个轴的直流电机相联接，信号线和电源线采用中间继电器切换。改用编码器后，设定各参数见表3。
当按下悬挂箱上的正向或反向快移（正向微动或反向微动）按钮时，装置便按设定的速度输出相应的电枢电压，省去了串并联在给定电位器上的电阻以及转换用的中继触点。从6RA70面板PMU上的R203，R024，R025，R026中监控的结果表明，编码器运行良好。
二、调试中遇到的问题
1.CPU226CN通信口总是损坏
在线编辑或修改程序时，出现“通信超时，请检查端口号、网络地址、波特率和连接的电缆”。在排除软件参数设置错误的情况下，逐一检查，最后发现PLC两个通信口附近的R1和R2贴片式电阻烧断。原因是由于有较大的瞬态干扰电流经过R1和R2。更换CPU226CN后，仍然烧坏两通信口。经分析可能原因有：
（1）在线编辑或修改程序时没有使用西门子公司的带适配器的PC/PPI隔离电缆，对干扰信号不能进行有效隔离。
（2）用户方的电网环境不干净引起的，且接地不可靠，谐波污染大，整个电网的瞬态现象多，干扰电流大。
2.各轴在高速快移时6RA70直流装置频敏报出F048或F042故障
经查R047.001的故障监测值发现，F048编码器损坏，F042编码器断线。说明西门子6RA70直流调速装置CUD1板检测不到来自编码器的脉冲信号，在瞬间各编码器没有发出脉冲或发出的脉冲丢失。在排除外围配线无误后，分析可能原因有：
（1）干扰原因。检测到电柜终端的各轴编码器屏蔽铜网接地是否良好，并测量铜网与地排之间是否有电压，把到电柜终端的铜网直接压到电柜后面的地排上；各轴编码器的橙色线（编码器壳）应紧紧地拧在一起，并牢牢接地；用于切换各轴编码器的信号电缆应用屏蔽线；各轴编码器信号电缆进入电柜后，尽量不要靠近强电电缆。
（2）振动原因。拧紧各轴直流电机法兰盘上的螺丝，尽量减少快速时加在旋转编码器上的振动，该振动往往会成为误脉冲发生的原因。每转发生的脉冲数越多，旋转槽圆盘的槽孔间隔越窄，越易受到振动的影响。在低速旋转或停止时，加在轴或本体上的振动使旋转槽圆盘抖动，可能会发生误脉冲，曾在停止时报过F048故障。
改造后，T615KJ落地镗床的各项电气控制性能大大提高，无电气故障，低速时的稳速精度非常高，提高了该机床的生产效率及所加工产品的合格率，给用户带来了巨大的经济效益，受到了用户的一致好评。
