对14 m单臂铣刨床的电气改造

谢原忠

（太原重工股份有限公司轧钢分公司，山西 太原 030024）

改造的具体要求：保留机床原有控制方式，重新设计制作PLC逻辑控制电器柜和悬挂式操作站，以及固定操作台的面板，在操作站上增设220 V和36 V照明灯用安全插座（配插头）；电柜及操作站的防护等级标准为IP54；PLC采用西门子S7-200可编程控制器；取消原电机扩大机-直流发电机-直流电动机调速系统，采用欧陆590直流驱动装置分别驱动4台直流电机。采用YD225S-4/2双速32/37 kW交流电机替代原垂直铣头的主轴电机；所有电机清洗换油，更换有问题的电机轴承，主电机需更换电刷。另外，还更换全部的电线、电缆及开关按钮等元器件，更换部分穿线用铠装胶管和蛇皮管。所用元器件及电线电缆要求采用具有国家认证、有生产许可证厂家生产的优质产品。

1 对设备的简要说明

该机床为工作台移动式刨铣床，由两套发电机组分别带动两套直流电动机和手动切换离合的减速箱供机床的刨削和铣削加工；横梁（单臂）在主立柱上由交流电机拖动，做上下移动，横梁（单臂）另一端设有一个辅助立柱，对横梁起辅助支撑及横梁调平作用，横梁采用液压夹紧方式。机床配备一个套筒移动式的垂直铣头、一个垂直刨头和一个侧刨头（已改为铣头）。

2 设备主要结构的参数说明

2.1 工作台

2.1.1 工作台刨削

工作台刨削工作速度：5~60 m/min。

工作台刨削传动直流发电机：215 kW，1 465 r/min。

工作台刨削传动直流电机：功率103kW，电枢电压150（275）V、电枢电流 790 A，励磁电压 63（36）V、励磁电流 38（23）A，转速 400（800/960）r/min。

2.1.2 工作台铣削

工作台铣削速度：慢进给 20~200 mm/min、快进给 20~1 000 mm/min，快速给 2 m/min。

工作台铣削传动直流发电机：16 kW，1 430 r/min。

工作台铣削传动直流电机：功率12 kW，电枢电压220 V、电枢电流 63 A，励磁电压 195（75）V、励磁电流 2.1（0.8）A，转速1 200/2 400 r/min。

2.1.3 工作台润滑

工作台润滑为强力润滑方式，润滑泵电机：0.8 kW。

2.2 横梁

横梁工作方式：横梁放松后，位于主立柱上的交流电机拖动横梁，做上下位移，到预定位置后，主立柱与横梁做预卡紧动作，辅助立柱上的平衡电机工作，对横梁做调整水平的微量整定。调整完成后，对横梁进行完全夹紧。横梁的夹紧和放松，由设在横梁上的独立液压站实现。

升降拖动交流电机一台：36 kW。

横梁平衡调整交流电机一台：2.8 kW。

液压站交流电机一台：1.47 kW。

2.3 垂直铣头

垂直铣头横向进给采用一台直流电机通过离合器驱动，手动润滑，套筒快速移动由一台交流电机驱动，主轴电机为双速交流电机。

主轴交流电机功率为28/37 kW、转速1 240/2 840 r/min。

垂直铣头铣削进给直流电机：功率3.3 kW，电枢电压220 V，电枢电流 18.5 A，励磁电压 215（70）V，励磁电流 1.1（0.35）A，转速1 200/3 000 r/min。

铣头套筒快速交流电机：0.6 kW，1 630 r/min。

2.4 垂直刨头

垂直刨头横向进给及垂直进给采用一台直流电机通过离合器驱动，横向进给及垂直进给的放松及卡夹采用两台交流电机分别实现，刨头的抬刀及落刀采用一台交流电机驱动。直流电机：功率1.5 kW，无名牌及相关数据需根据电机实测选配系统；横向进给的放松及卡夹交流电机：0.75 kW；垂直进给的放松及卡夹交流电机：1.2 kW；抬刀交流电机：4.1 kW。

2.5 侧刨头（已改为铣头）

已改装部分：侧刨头保留原进给机构及滑座，拆除原刀架部分加装了一个套筒移动式铣头。现有部分：进给交流电机一台：6 kW；铣头主轴交流电机一台：15 kW，30.3 A，1 460 r/min。

2.6 操作方式

机床配备有固定操作台和悬挂式操作站。

3 欧陆590直流装置与电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统的比较

电机扩大机-直流发电机-直流电动机调速系统涉及电机多，交流电动机拖动发电机浪费电能很严重，而且电控部分采用继电器进行逻辑控制，其线路复杂，故障率高，检修困难。

欧陆590直流装置，使用110~500 V的三相标准电压，提供直流输出电压和电流，用于电枢和励磁，适用于直流他励电动机和永磁电动机的控制，尤其是耗能低。该装置设有人机接口，可以根据电机标牌设定参数，可以进行电枢电流控制、速度控制、励磁控制，还可以设定故障报警，便于排除故障，准确、快捷维修。

4 14 m单臂铣刨床的主要结构和直流调速装置

4.1 14 m单臂铣刨床的主要结构

铣刨床主要结构有：工作台铣、工作台刨、油泵、风机、横梁升降、横梁夹紧、垂直铣头、垂直刨头及右侧铣头等电机。

4.2 直流调速装置的选型

根据设备主要机构的参数说明，刨台直流调速装置采用欧陆590P-1250A型，铣台直流调速装置采用欧陆590C-70A型，垂直铣头直流调速装置及垂直刨头直流调速装置采用欧陆590C-35A型。

5 PLC的控制程序设计

5.1 PLC程序设计概述

本文采用的是比较简单并容易编程的继电器电路转换法，把继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序实现继电器系统的功能。

5.2 PLC梯形图的编制

在设计、编制控制程序时，不仅要满足工艺流程的控制需要，还要考虑到常见故障。在编写过程中，将常见故障程序渗透到控制程序中，使编制的控制程序能够满足铣刨床工作运行及控制要求。

在编制程序时，分开编制各个控制，最后统一输出编制程序，而且采用指示灯来监控各控制器件的运行及故障显示。在编制程序时，采用S7-200编程软件，编制了《PLC梯形图.mwp》电子文件。

6 结论

本文结合现场改造实践，通过所了解的电气知识，完成了对14 m铣刨床的电气改造。改造后，铣刨床的各性能都得到了很好的改善和提高。

改造前：原铣刨床采用电机扩大机-直流发电机-直流电动机调速系统，噪声大、调速范围窄，尤其耗电很严重；该铣刨床的电气控制部分采用的是继电器-接触器逻辑控制系统，电器接线多，体积大，连线复杂；它是通过采用触电开关实现控制的，动作速度慢，一般为十几毫秒；触点易氧化、粘连，可靠性和维护性差，故障率高，检修、维修困难。

改造后：主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的欧陆590控制的直流调速系统，节省了电能和占地空间，而且还提高了铣刨床的调速性能；用PLC控制系统代替了传统的继电器-接触器逻辑控制系统，大大减少了电器元件，提高了设备的可靠性和稳定性；减少了设备的检修工作量，出现故障很好查找。

通过此次改造，降低了设备故障率，提高了设备生产能力，降低了设备功率100 kW，年节约电费约20万元，相当于电气改造成本。