摘要：山东某大型机械厂T615KJ落地镗床是该厂的主要机加工设备，由原武汉重型机床厂在上个世纪七十年代生产的。其机械结构主要是仿前苏联2A系列的落地镗床。进给部分主要包括主镗杆、立柱、主轴箱和径向刀架共四个部分，镗杆的旋转运动为主运动，另外还有工作台。经过多年的使用，其电气部分已经严重老化，故障频繁，维修率高，急需对电气部分进行改造。

关键词：改造   6RA70   PLC  调试  参数   问题     改造效果

1、引言

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非常快，经过多次更换，该电路板已经无法正常使用，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。维修非常频繁，已经无法正常生产。根据厂方的要求，我公司选择了西门子PLC和全数字直流调速装置控制的方法。

2、电气改造

2.1  T615KJ落地镗床的主轴电机为14KW交流电机，镗杆进给、立柱进给和主轴箱进给均为4KW直流电机，电枢电压为220V，额定电枢电流为22.7A，励磁电流为0.63A，额定电机转速为1500rpm。径向刀架为1.1KW直流电机，电枢电压为220V，6.7A，励磁电流为0.4A，额定转速为1500rpm。根据用户的要求，PLC采用了西门子S7-200系列中最高档的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。

2.2 主轴部分改造

该机床主轴采用机械挂档变速，主轴控制包括正转、反转、正点、反点和停止功能。需要变速时采用手动变速的方式完成。根据用户的要求，本着最经济、方便快捷的考虑，我们保留了原变速方式。

2.3   进给部分改造

由于镗杆进给、立柱进给、主轴箱进给和径向刀架进给都是由独立的电机驱动，各轴工作时，其它三个轴都不工作。因此，我公司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。在做电气图设计时，要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。

2.3.1参数组切换。

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。西门子6RA70直流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36号端子为低电平，而39号端子为低电平时，工作在第一组的参数组的环境下，对应功能数据组为FDS1，镗杆进给工作；当波段开关选立柱进给时，36号端子为高电平，而39号端子为低电平时，工作在第二组的参数组的环境下，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，36号端子为低电平，而39号端子为高电平时，工作在第三组的参数组的环境下，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，36号端子为高电平，而39号端子为高电平时，工作在第四组的参数组的环境下，对应功能数据组为FDS4，径向刀架工作。如下表：

控制字		功能数据组	注释
Bit 16(端子36)	Bit 17（端子39）
0	0	1  FDS1	镗杆工作
1	0	2  FDS2	立柱工作
0	1	3  FDS3	主轴箱工作
1	1	4  FDS4	径向刀架工作

                         表1

对应的PLC程序为：

                                   图 1

当工作在各轴状态下时，调节给定电位器，可控制各轴的进给速度。

2.3.2  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并串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，可通过内部设定以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，我公司增加了CUD2板以扩展6RA70直流装置强大的功能。                            

参数设置	注释	对应PLC 输出点
P435.1=18，P436.1=401，P401=80	将开关量端子18接入P435.1，选择端子40，将连接器401连接到P436.1上，设置P401正向快移时的速度为80%（100%为全速）	Q4.1
P435.2=20，P436.2=402，P402=-80	将开关量端子20接入P435.2，选择端子41，将连接器402连接到P436.2上，设置P402反向快移时的速度为-80%（100%为全速）	Q4.0
P435.3=22，P436.3=403，P403=5	将开关量端子2接入P435.3，选择端子42，将连接器403连接到P436.3上，设置P403正向微动时的速度为5%（100%为全速）	Q4.2
P435.4=24，P436.4=404，P403=-5	将字接入P435.4，选择端子43，将连接器404连接到P436.4上，设置P404反向微动时的速度为-5%（100%为全速）	Q4.3

表2

各端子通断状况为：

状态	端子37	端子38	端子40	端子41	端子42	端子43
自动进给	1	1	0	0	0	0
正向快速	0	1	0	1	0	0
反向快速	0	1	1	0	0	0
正向微动	0	1	0	0	1	0
反向微动	0	1	0	0	0	1

表3

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。

2.3.3 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，由于用户反映各轴在低速进给时，稳速精度较差，因此提出改用光电编码器反馈。我公司采用了长春光机所的增量式脉冲编码器，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非、B非、Z非共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，设定各参数为：

参数设置	注释
P083.01~P083.04=3	各轴选择脉冲编码器反馈
P140=1	选择编码器类型1
P141=1024	设定脉冲编码器的脉冲数为1024线
P142=1	选择脉冲编码器的供电电源为DC24V
P143=1500	设定脉冲编码器的实际速度为1500rpm，与直流电机的额定速度同步。

                                   表4

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，这样也就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，十分方便。从6RA70上的PMU面板上的R203，R024，R025，R026中监控的结果表明，编码器运行良好。

3、调试中遇到的问题

3.1  CPU226CN通讯口总是损坏。在线编辑或修改程序时，出现“通讯超时，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两个通讯口附近的R1和R2贴片式电阻烧断。而烧断两电阻的原因是由于有较大的瞬态干扰电流经过R1和R2。更换CPU226CN后，仍然烧坏两通讯口。后经分析认为有可能是以下原因引起的：

3.1.1  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；

3.1.2  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。

3.2  各轴在高速快移时6RA70直流装置频敏报出F048或F042故障。

经查看R047.001的故障监测值发现，F048为编码器损坏，F042为编码器断线。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，分析有可能是以下原因引起的：

3.2.1干扰原因。

3.2.1.1检测到电柜终端的各轴编码器屏蔽铜网接地是否良好，并用万用表测量铜网与地排之间是否有电压。把到电柜终端的铜网想办法直接压到电柜后面的地排上。

3.2.1.2各轴编码器的橙色线（编码器壳）应紧紧地拧在一起，并牢牢牢接地；

3.2.1.3用于切换各轴编码器信号的插拔式中继上的电缆应用屏蔽线；

3.2.1.4各轴编码器信号电缆进入电柜后，尽量不要靠近强电电缆。

3.2.2振动原因。

把各轴直流电机上的法兰盘上的螺丝用扳手拧紧，尽量减少快速时的振动，加在旋转编码器上的振动，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。先前在停止时已经发报过F048故障。

4、结束语

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，将先进的电气控制技术应用于早期的旧机床改造，在旧机床可以发挥余热的同时，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。

参考文献：

西门子6RA70直流调速装置使用说明书, 2003年6月

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