W200HC镗床电气改造

1引言： W200HC 是东方汽轮机厂上世纪70年代从捷克购买的重型加工设备，该设备为机、电、液一体化技术密集型产品，其性能要求可实现多轴控制、可加工带有复杂曲面的大型工件，属于机械加工行业里的高性能、高效率、较高精度的关键重大装备。此种类型产品电控部分逻辑控制普遍采用继电器控制，故障率高，低速时损耗大，功率因素低，且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦等特点。针对上述特点，在保证机床精度和性能的前提下实现对机床坐标控制的数字化、程序化管理，因此提出了如下改造方案： 2电气控制原理简介 W200HC铣镗床电气控制分别由X轴（立拄）、Y轴（主轴箱）、Z轴（主轴）、主传动（镗杆和方滑枕）、旋转工作台等五部分组成完整的运动控制系统。原有控制系统采用继电器-接触器逻辑控制，调速系统采用的V5数字式直流调速，制动方式有电磁阀制动和串电阻制动。 改造过程中采用可编程逻辑控制器S7-300系列PLC内部复杂逻辑的设计实现对全数字直流调速系统开关量端子的控制。通过对数字直流调速系统给定电压的控制改变了调速系统对直流电压和励磁电压参数值的整定来实现了对直流电机的调速。直流调速是一平滑的过程，在调节速度过程中是无级的，对振动不敏感。其本身具有控制接线简单，全过程可调整，调速精度高，启动力矩大，过载能力强等优点。直流调速能通过电枢反馈、测速机反馈、编码器反馈等反馈方式实现系统的精确定位。 3电器选型： 在使用直流调速的过程中对成本的回收不是利用设备的创造价值，而是依附节省能源这部分来实现。大多数直流调速系统使用寿命在2~8年，与环境和保养方法有直接联系。在国内用户只注重调速系统的一次性投入价格，而忽视了性价比的用户比较常见。在调速系统的选型上，用户要考滤的技术因素已不在是昔日的关键技术是否成熟的问题；转而转到CPU处理速度是否够快，直流调速系统对电机的建模方法，控制板和功率板的设计运算能力和精度等问题。选择英国CT全数字直流驱动能够使整个系统科技含量跨向一新台阶，一切源自于直流调速的稳定和使用的方便性决定。 控制系统的选择：由于本机床具有多轴连动，对工件加工精度要求较高，各种检查元件和执行机构多而复杂等特点，所以要求在控制系统在计算速度和响应时间上都必须迅速，而且多数字模拟量扩展能力等特点，结合本厂的实际特点选用西门子S7-300作为整个机床的控制系统。 4电路设计 W200HC铣镗床电气控制分别由X轴（立拄）、Y轴（主轴箱）、Z轴（主轴）、主传动（镗杆和方滑枕）、旋转工作台等五部分组成，其电气控制和设计原理基本相同，故在这里就以主传动电气设计为主来阐述设计原理与思想。 5 PLC应用程序的设计 硬件连接好，插入存储卡到中央处理器中，建立计算机和中央处理器的通讯。开始对系统进行PLC程序调试，要求对系统作一次（PLC）总清或总复位。PLC总清完成后，PLC程序即可进行调试。本次设计所选用的PLC是SIMATIC S7-300。故而调试软件为STEP 7。 5.1 S7-300硬件组态 S7-300硬件组态在硬件配置窗口中完成。光标点击STATION目录级，选择“Hardware”图标，进入硬件配置窗口。 （1）组态 在硬件组态的站窗口中分配机架，可分布式I/O，可以从硬件目中选择部件。 （2）参数分配 建立可分配参数模块的特性，如：启动特性，保持区等。 （3）设定组态 设定好的硬件组态和参数分配，需下载到CPU中去， 选择菜单“PLC” “DOWNLOAD”。 （4）实际组态 已存在硬件中的实际组态和参数分配。可以从CPU直接上传到PC。选择菜单“PLC” “UPLOAD”。 5.2 用户基本程序 PLC程序的编制全部按照正逻辑的设计，即不论物理信号是高电平还是低电平有效，逻辑“1”表示信号有效。所有物理输入输出信号都需经过逻辑处理好，才能进行逻辑运算，也就是先要定义输入输出的信号有效和输入输出信号的逻辑，再将输入输出的物理信号和逻辑参数异或，其结果与有效参数（使能参数）与，最后送入输入输出缓冲区中。由X轴（立拄）、Y轴（主轴箱）、Z轴（主轴）、主传动（镗杆和方滑枕）、旋转工作台控制原理基本相似，现就主传动调速及换档PLC程序加以说明。 1 A I 2.6 "主传动启动开关" = L 0.0 A L 0.0 A I 1.2 "主传动风机过载" = Q 36.4 "主传动装置启动中继" A L 0.0 BLD 102 = Q 36.5 "主传动风机启动中继" 2 A Q 36.4 "主传动装置启动中继" = Q 36.2 "主传动脉冲使能" 3 O I 3.1 "主传动反转按钮" O I 3.0 "主传动正转按钮" O I 3.2 "主传动正点按钮" O I 3.3 "主传动反点按钮" = Q 36.3 "主传动运行使能" 4 A( O I 3.0 "主传动正转按钮 O Q 33.6 "主传动正转中继" ) AN Q 33.7 "主传动反转中继" AN Q 36.0 "主传动正点中继" AN Q 36.1 "主传动反点中继" = Q 33.6 "主传动正转中继" 5 A( O I 3.1 "主传动反转按钮" O Q 33.7 "主传动反转中继" ) AN M 1.3 "主传动正转中继置复位" AN Q 36.0 "主传动正点中继" AN Q 36.1 "主传动反点中继" = Q 33.7 "主传动反转中继" 6 A I 3.2 "主传动正点按钮" A M 1.2 "主传动运行允许" AN I 4.6 "CT准备好信号" AN Q 36.1 "主传动反点中继" = Q 36.0 "主传动正点中继" 7 A I 3.3 "主传动反点按钮" A M 1.2 "主传动运行允许" AN I 4.6 "CT准备好信号" AN Q 36.0 "主传动正点中继" = Q 36.1 "主传动反点中继" 8 A( O I 3.5 "主传动机械换档开关1位" O I 4.5 "CT零速度信号" ) A( ON I 4.5 "CT零速度信号" ON M 1.5 "主传动机械档1中继" ) = M 1.5 "主传动机械档1中继" 9 A( O I 3.6 "主传动机械换档开关2位" O I 4.5 ) A( ON I 4.5 ON M 1.6 "主传动机械档2中继" ) = M 1.6 "主传动机械档2中继" 10 A( O I 3.7 "主传动机械换档开关3位" O I 4.5 ) A( ON I 4.5 ON M 1.7 ) = M 1.7 "主传动机械档3中继" 11 A( AN I 3.5 AN I 3.6 AN I 3.7 O I 4.5 ) A( ON I 4.5 ON M 2.0 ) = M 2.0 "主传动机械档4中继" 12 机械换档1 A M 1.5 AN M 1.6 AN M 1.7 AN M 2.0 = Q 33.2 "主传动机械换档电磁阀2" = Q 33.3 "主传动机械换档电磁阀3" 13 机械换档2 A M 1.6 AN M 1.5 AN M 1.7 AN M 2.0 = Q 33.1 "主传动机械换档电磁阀1" = Q 33.3 "主传动机械换档电磁阀3" 14 机械换档3 A M 1.7 AN M 1.5 AN M 1.6 AN M 2.0 = Q 33.2 "主传动机械换档电磁阀2" = Q 33.4 "主传动机械换档电磁阀4" 15 机械换档4 A M 2.0 AN M 1.5 AN M 1.6 AN M 1.7 = Q 33.1 "主传动机械换档电磁阀1" = Q 33.4 "主传动机械换档电磁阀4" 6伺服系统主要参数设置： 首先将所有电机名牌数据输入到伺服系统中。包括如下参数组：速度给定参数组，速度加减速参数组，速度反馈参数组，电流给定与限流组，磁场控制参数组，数字逻辑控制参数组。下面列出部分需要修改的参数，仅供参考 6结束语： 该机床改用全数字直流调速驱动后使整机性能有较大提高，如床头箱的上下运动能实现精确的控制，镗杆和方滑枕切换与机械档位的自动转化等都得到了提高。在维修方面由于全数字直流调速自身保护功能齐全，如过流、过载、过压<