西门子6ES7212-1BB23-0XB8代理直销

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1 引言
武汉三维汽轮电机股份有限公司是华中地区的一家主要生产汽轮机、水轮机等电厂发电设施的大型高新企业。随着汽轮机产品的更新换代，新技术层出不穷，汽轮机产品的加工也由原来单一的直线型逐渐发展到曲线型加工，例如汽轮机三维叶片、水轮机桨叶以及一些汽轮机的大型模具等。因此，为满足生产需要，三维汽轮电机公司逐步引进了一批数控机床，如数控铣床、数控镗床等。
*们预言: 21世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。21世纪是数控的时代，衡量一个国家的机械发展水平，主要是看其数控机床的使用率，因此如何提高我国数控机床的普及率，尤其是如何提高国产数控机床的市场占有率，成为我们面临的一项重要课题。
我们凭借毗邻华中科技大学的技术优势，与华中数控合作，对公司的一些重要机加工设备逐步进行了数控改造，以较小的成本实现了机床的数控要求，既为公司节约了资金，又为企业创造了巨大的经济效益。

2 六米三立车改造的总体构想
CQ5263是1台由武汉重型机床厂生产的双臂式大型立式车床，主要完成一些汽轮机大件产品的加工任务。其花盘直径4.5m，较大加工直径6.3m。花盘由100kW直流电机(Z2-111 440V，1000/1800r/min)拖动;左右架均分别由1台直流电机(Z2-42 7.5kW，440V，3000r/min)控制走及1台交流电机(5.5kW)控制架快送。电气控制系统采用武汉重型机床厂生产的KTS可控硅直流调速电柜，该电柜为半导体分立元件、插板结构，占地面积大，故障，维修不方便，且元件参数受环境温度影响，经常出现季节性故障。为此，我们拟对该设备进行彻底的电气大修改造。
首先，我们运用欧陆590系列全数字式直流调速装置对花盘主回路及右架进给进行改造，同时，为了方便工人加工，在右架上加装X轴和Y轴两套数显装置。另外，运用华中数控公司生产的“世纪星”数控系统对左架进行改造，其伺服驱动部分选用了襄樊长虹数控集团公司生产的ZSS1系列直流伺服调速装置;逻辑控制部分，选用日本三菱的PLC(FX2N-128MR)取代原机床的交流继电器控制。整个系统改造方案的结构框图如图1所示。

3 六米三立车的改造过程综述
3.1 花盘及右架直流调速系统的改造
在原有的KTS直流调速控制系统下，机床的花盘经常出现带不动负荷现象，一“吃”大，就会“闷车”，因此生产效率总是跟不上去。而模拟系统的PID参数调节又比较困难，且其参数经常随季节而变化，需要维修人员定期检修和调试。右架进给系统的主要问题在于其低速不稳定性，当“吃”量很小时，转速表呈明显抖动。这主要是由于KT系统的速度调节器的核心元件放大器存在阻尼振荡造成的，走系统的不稳定严重影响了机床的加工精度，为此，将原来落后的模拟系统改造为目前较为先进的欧陆全数字式直流调速系统。
根据六米三立车主电机及进给电机参数的要求，选用欧陆590系列SSD-590 360A控制花盘传动，用SSD-590 70A控制走。在参数设定中，依据立车的特点，对590进行以下灵活运用:
(1) 合理调整花盘停车时间
大型立车的花盘反转是的一大，因此在设定花盘停车时间(下降时间)时，要严格以花盘无反转(停车时，花盘朝相反方向回转)为限度。
(2) 增加花盘点动的“慢点”、“快点”功能
大型立车的工件对一直是操作工人的难点，以往的花盘点动就只有一个速度，靠电柜内部的电位器进行设定，往往很难兼顾，慢了，花盘转一圈花费时间太长;快了，花盘到目标点停不住，造成效率低下。为此，在590中利用其数字输入点C6(正点)、C7(反点)、C8(复位)以及其内部软件模块实现快、慢速点动，速度大小由操作者摁点动按钮的时间长短决定。释放按钮，则花盘速度归零。这样可以做到快速靠近，低速到达。(3) 设定电压限幅值要考虑电压波动
在实际工作中，这台立车有深夜班，这时处于用电量低谷，电压幅值高，电压限幅要考虑这时的余量，避免不必要的跳闸。
(4) 对走电机启动斜坡进行调整
走电机启动之前，首先刹车电磁铁要吸合，松开抱闸，所以走电机要考虑电磁线圈的吸合时间，延时一段时间再升速，避免电机因背力而过流。
改造后，590的电气原理图如图2所示。
其中Y0～Y7为PLC输出点，由PLC内部对输入点进行编程后发出输出指令。该原理图是一个标准框图，亦可以用于对其它调速系统的控制。
在三维汽轮电机公司的很多项设备改造中，直流调速系统都用到欧陆590系列全数字式直流调速装置，不论是可靠性还是性价比，欧陆都有其优势，尤其是其液晶显示的人机操作界面使参数设置变得简单易行。590系列控制器所使用的菜单树结构是精心为非*用户设计的，用简单方便的方法就能读取和设定传动参数。中心(或称树干)是一级菜单，它能进一步显示7个菜单，每个都与产品的一个特定方联系。这当中的每一个又以分支的形式从中心(分菜单)延伸出去，一直到显示出所需的功能或参数。显示出的数值可观察或改变。菜单树结构图如图3所示。由结构图可以清楚了解调试过程的着手方向。
在调试之初，首先要进行参数设定(SETUP bbbbbETERS)，其中“斜坡”(RAMPS)、“上升/下降”(RAISE/LOWER)主要针对花盘或架启动、停止的过程控制;“辅助输入/输出”(AUX I/O)用来设定对象的给定;“励磁控制”(FIELD CONTROL)决定了系统的励磁方式，是内磁场，或是外磁场，以及磁场的限幅大小;“电流环”(CURRENT LOOP)、“速度环”(SPEED LOOP)则调节系统的动态特性，例如稳定性、带负载能力等。以上参数都要根据机床的实际逐一进行设定，当然，590内部的自整定、自调谐功能也可以在调试中带来很大的便利。
在传动系统“菜单级”(MENU LEVER)中，有一栏为报警状态(ALARM STATUS)，当系统发生故障时，板上的“正常”发光二极管熄灭，人机接口便会自动显示报警，并且显示器将显示所有报警中的当前故障，以便维修人员进行诊断和处理。常见的故障报警有:OVER SPEED LEVER(**速报警)、SPEED FBK ALARM(速反报警)、FIELD FALL(励磁故障)等，由此，可以方便地查找故障。
3.2 立车左架的数控改造
对于左架的数控改造，首先是基于左侧架传动机构的改造。原有的传动机构是由1台直流电机控制走，一台交流电机控制快送，架运动方向由十字开关控制进箱内的电磁阀决定;现在的传动机构则由2台伺服电机分别带动光杆和丝杆，各自控制一个方向，这样两轴联动，从而走出型线。伺服电机与传动轴之间通过4:1的齿轮箱进行减速。伺服电机型号为S-CZK250，额定转矩75N·m，较高转速1000r/min。伺服电机尾部安装1台测速发电机和1台编码器(LEC-200BM-G05P)，分别作速度环和位置环的反馈。伺服电机由ZSS1系列直流伺服调速装置驱动，其控制部件就是华中数控公司生产的“世纪星”数控系统。
华中世纪星(HNC-21T)是一种基于PC的车床CNC数控装置，是武汉华中数控股份有限公司在国家“八五”、“九五”科技攻关重大科技成果--华中一型(HNC-1)高性能数控装置的基础上，为满足市场要求而开发的高性能经济型数控装置。其进给伺服系统(Feed Servo System)是以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，其示意图如图4所示。
HNC-21系列数控装置采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机、高性能32位*处理器，配置7.5英寸彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，主要适用于数控车、铣床和加工中心的控制，具有开发性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的特点。(1) 较大联动轴数为4轴。
(2) 可选配各种类型的脉冲式、模拟式交流伺服驱动器或步进电机驱动器以及HSV-11系列串行式伺服单元。
(3) 配置标准机床工程面板，不占用PLC的输入/输出接口，操作面板颜色、按键名称可按用户要求定制。
(4) 配置40路输入接口和32路功率放大光电隔离开关量输出接口、手持单元接口、模拟主轴控制接口与编码器接口，以及远程I/O板扩展接口。
(5) 采用7.5英寸彩色液晶显示器(分辨率为640×480)，全汉字操作界面，具有故障诊断与报警设置，多种图形加工轨迹显示和功能，操作简便，易于掌握和使用。
(6) 采用国际标准G代码编程，与各种流行的/CAM自动编程系统兼容，具有直线、圆弧、螺旋线插补，固定循环、旋转、缩放、镜像、补偿、宏程序等功能。
(7)加工断点保存恢复功能，为用户安全、方便使用提供保。
华中“世纪星”数控系统软件的实时操作环境是在DOS操作系统上扩展而成的，并以该环境为内核，实现一个开放式的数控系统软件平台。此软件平台能提供方便的二次开发环境，使之能灵活地组配不同类型的数控系统和扩充系统的功能，因而这种结构具有良好的开放性和可维护性。其数控系统软件结构框图如图5所示。
其中，“编辑程序”可以由工艺人员或操作者在该界面内对加工图形进行编程，亦可由软驱直接输入经/CAM编制的加工程序;“参数设置”用来对系统参数、通道参数、坐标轴参数、轴补偿值参数、硬件配置参数、PMC系统参数、PMC用户参数、外部报警参数等进行设置，在修改或设置参数之前，必须输入修改权限密码，否则无法更改;“PLC管理”是针对“世纪星”的内嵌式PLC，其标准的PLC应用程序和配套的PMC用户参数文件基本上可以满足用户的绝大部分需要，若在使用中有特殊要求，可以运用华中数控公司为用户提供的PLC编程软件包直接进行编辑、修改。
由于六米三立车床身较大，在数控装置的连接过程中，要特别注意尽量减少信号的衰减，信号线全部采用屏蔽线，两头用电烙铁焊牢，中间不要有过渡。调试过程中，就遇到了由于距离太长，编码器到“世纪星”的信号总是不正常，为此利用备用线，将两股并为一股，增加导线的截面，使信号的衰减控制在允许范围内。

4 六米三立车改造的使用效果
六米三立车改造后，带负载能力明显增强，加工精度也大为提高，并通过数控改造，使这台立车顺利完成了汽轮机隔板外环型线的加工任务，满足了生产需要，基本上达到了改造的预期目标

变电站综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电站二次系统的部分或全部功能。为达到这一目的，满足电网运行对变电站的要求，变电站综合自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。“通信控制管理’’是桥梁，联系内部各部分之间、与调度控制中心之间使其相互交换数据。“变电站主计算机系统”对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，并向运行提供变电站运行的各种数据、接线图、表格等画面，使运行人员可远方控制断路器分、合操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段。“变电站主计算机系统”代替了很多过去由运行人员完成的简单、重复和繁琐的工作，如收集、处理、记录、统计变电站运行数据和变电站运行过程中所发生的保护动作、断路器分、合闸等重要事件，还可按运行人员的操作命令或预先设定执行各种复杂的工作。“通信控制管理’’连接系统各部分，负责数据和命令的传递，并对这一过程进行协调、管理和控制。

与变电站传统电磁式二次系统相比，在体系结构上，变电站综合自动化系统增添了“变电站主计算机系统”和“通信控制管理”两部分；在二次系统具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流模拟信号传递。数字化使变电站自动化系统与传统变电站二次系统相比，数据采集更精确、传递更方便、处理更灵活、运行维护更可靠、扩展更容易。变电站综合自动化系统结构体系较为典型的是：

(1)在低压无人值班变电站里，取消变电站主计算机系统或者简化变电站主计算机系统。

(2)在实际的系统中，更为常见的是将部分变电站自动化设备，如微机保护、RTU与变电站二次系统中电磁式设备(如模拟式指针仪表、*信号系统)揉和在一起，组成一个系统运行。这样，即提高了变电站二次系统的自动化水平，改进了常规系统的性能，又需投入更多的物力和财力。

变电站综合自动化的结构模式

变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布

(一)集中式结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。

集中式系统的主要特点有：

(1)能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。

(2)完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。

(3)结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积。

(4)造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。

(5)实用性好。

集中式的主要缺点有：

(1)每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。

(2)软件复杂，工作量大，系统调试烦琐。

(3)组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。

(4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。

分布式结构

该系统结构的较大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有**级的网络系统较好地解决了的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。

分布分散(层)式结构

分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。

该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：

(1)间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。

(2)包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。

(3)逻辑连接到组态指示均可由软件控制。

(4)简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。

(5)简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。

(6)分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。