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該梳理機(jī)建成投產(chǎn)后一段時(shí)間初期里,各棍子的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)看上去十分穩(wěn)定,速度調(diào)節(jié)控制十分方便,但隨后即發(fā)現(xiàn),梳理機(jī)上、下雜亂輥、轉(zhuǎn)移輥、小錫林等直徑重量大、轉(zhuǎn)速高的輥?zhàn)拥乃欧姍C(jī)溫升過高(80℃以上),電流波動(dòng)大導(dǎo)致電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)部件故障頻頻,尤其是上、下雜亂輥伺服系統(tǒng)故障率特別高,電機(jī)經(jīng)常損壞。仔細(xì)檢查分析,這是由于該類伺服電機(jī)速度快,負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大及轉(zhuǎn)速反饋的作用,使電機(jī)的實(shí)際速度總是在不停地跟蹤調(diào)節(jié),所以電機(jī)總是在不斷地工作在頻繁交替工作在加速與穩(wěn)速狀態(tài),而系統(tǒng)總是要迫使速度平穩(wěn),從而造成電機(jī)電流波動(dòng)發(fā)熱而損壞。為了確保生產(chǎn),至今,該類型的伺服電機(jī)先后共購進(jìn)了5臺(tái),退下的5臺(tái)已因損壞嚴(yán)重而報(bào)廢,期間,電機(jī)還經(jīng)常送回蘭州電機(jī)廠進(jìn)行修理。,不僅購置新電機(jī)費(fèi)用高(約3萬元/臺(tái)),維修費(fèi)用也高(上萬元),而且期貨周期長(zhǎng),影響了生產(chǎn)。經(jīng)分析,決定對(duì)上述的幾套伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。以上雜亂輥伺服系統(tǒng)為例,介紹整個(gè)改造的過程。

2  伺服系統(tǒng)改造
2.1  上雜亂輥伺服系統(tǒng)機(jī)械負(fù)載特點(diǎn)
原伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高速度為1600m/min,正常生產(chǎn)速度約為1200 m/min。運(yùn)行過程非常簡(jiǎn)單,只是電機(jī)通過4:1的減速機(jī)減速再經(jīng)過約1:1的皮帶輪帶動(dòng)輥?zhàn)舆\(yùn)動(dòng),與大錫林、蓋板間形成氣流。主要為了滿足工藝需要,要求電機(jī)轉(zhuǎn)速要穩(wěn),不能波動(dòng);停機(jī)時(shí),系統(tǒng)將速度給定從當(dāng)前的工藝速度慢慢降到零速,即要求上雜亂輥速度從1200m/min左右能盡快地降到零速,此時(shí)由于負(fù)載重,慣性大,急劇減速控制器極易出現(xiàn)過壓故障,要求控制系統(tǒng)要具有制動(dòng)能力;另當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),速度給定是從0V緩慢增加直至工藝速度給定的,這就要求調(diào)速系統(tǒng)要有足夠大的低速轉(zhuǎn)距。一般講,伺服系統(tǒng)主要用于需要快速跟蹤、超寬的調(diào)速范圍、精確定位、超低速大力矩等應(yīng)用場(chǎng)合,比如精密數(shù)控機(jī)床、高速包裝機(jī)等,較本系統(tǒng)的負(fù)載特點(diǎn),其實(shí)對(duì)電機(jī)的控制性能要求并不是很高,采用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原伺服系統(tǒng)是完全可行的。
2.2  電機(jī)選型
根據(jù)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn),查閱資料,從安裝空間及與齒輪箱適配等情況考慮,所選交流三相異步電機(jī)盡量比原伺服電機(jī)的功率大,也可選用價(jià)格昂貴的交流變頻電機(jī),以及變頻器要盡可能工作在基頻以下等等,綜合考慮后,擬選用2極、7.5KW交流異步電機(jī)配裝齒輪箱解決方案。通過公式n=4v/(πd)(n:電機(jī)轉(zhuǎn)速,v:工藝速度,數(shù)字4是變比,d為輥?zhàn)拥闹睆?.708m)計(jì)算知,最高速度1600m/min時(shí)電機(jī)工作在2879r/min,實(shí)際生產(chǎn)速度為1200m/min,電機(jī)轉(zhuǎn)速約是2159r/min,2極電機(jī)有余量。根據(jù)電機(jī)安裝空間情況,選用普通Y系列的立式法蘭電機(jī)。只需電機(jī)輸出軸加工跟原電機(jī)一樣及加工連接法蘭盤即可完成與減速機(jī)裝配。根據(jù)三相電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=(60f/p)(1-s),當(dāng)生產(chǎn)速度為1200m/min時(shí),2極電機(jī)約工作在38Hz,在基頻以下,選用7.5KW的2極電機(jī)是可行的。
2.3  變頻器選型
根據(jù)該伺服系統(tǒng)工作特性,對(duì)幾家國(guó)內(nèi)變頻器參數(shù)及端口功能進(jìn)行對(duì)比,考慮到調(diào)速器的耐用可靠性,因此變頻器需要放大功率等級(jí),最終選用匯川公司MD320系列15KW變頻器。MD320系列是模塊化矢量型變頻器,以下特點(diǎn)適合本次改造:①啟動(dòng)和低速轉(zhuǎn)距大,0.5Hz轉(zhuǎn)矩可達(dá)150﹪額定轉(zhuǎn)矩。②準(zhǔn)確輸入電機(jī)銘牌參數(shù),在矢量控制模式下具有良好的控制性能。③調(diào)速范圍達(dá)1:100。④無速度傳感器矢量控制模式下對(duì)電機(jī)的高性能控制與全方位保護(hù)。⑤獨(dú)特的快速直流制動(dòng)能力,速度一下降,變頻器也跟隨著對(duì)電機(jī)進(jìn)行反電勢(shì)消除,平穩(wěn)停機(jī)。

相比原伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),交流調(diào)速系統(tǒng)接線大為簡(jiǎn)化(見圖1的實(shí)線框內(nèi)及圖2)。變頻器只需1個(gè)的啟動(dòng)信號(hào)、原系統(tǒng)的速度給定信號(hào)及變頻器的狀態(tài)輸出信號(hào)即可正常工作。Kz是原伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)-K108經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為變頻器的啟動(dòng)信號(hào),DO1-CME和T/A-T/B端的模擬輸出狀態(tài)作為系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信息。
2.5  變頻器參數(shù)設(shè)置
根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)和變頻器控制優(yōu)良性能,按電機(jī)銘牌參數(shù)輸入,參數(shù)輸完后還要盡量進(jìn)行電機(jī)參數(shù)完整調(diào)諧(電機(jī)與負(fù)載脫開),這樣變頻器就盡可能多的辨識(shí)出電機(jī)的其它關(guān)鍵參數(shù)(由功能碼F1-06到F1-10可讀出),以保證變頻器的動(dòng)態(tài)控制性能。此外還必須設(shè)置并根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。

3  變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試
3.1  脫機(jī)調(diào)試
為了確保改造后系統(tǒng)的帶載能力,脫機(jī)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載。在鍵盤控制模式下運(yùn)行變頻器,在運(yùn)行中觀察、追蹤變頻器的輸出情況,在10Hz穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),電流約在4.3A,20Hz時(shí)約在4.5A,達(dá)到40Hz后,電流僅在4.8A左右,負(fù)載率約32％,說明負(fù)載非常經(jīng),余量空間很大。
3.2  聯(lián)機(jī)調(diào)試
a、減速時(shí)間調(diào)節(jié)
為了延長(zhǎng)變頻器制動(dòng)裝置(內(nèi)置制動(dòng)單元,外置剎車電阻)的使用壽命,減速時(shí)間越長(zhǎng)越好,先按出廠默認(rèn)值20s,當(dāng)其它的輥?zhàn)右呀?jīng)降到了0m/min,而上雜亂棍子還要運(yùn)轉(zhuǎn),需減少減速時(shí)間。反復(fù)試驗(yàn)將減速時(shí)間參數(shù)F0-18設(shè)到10s后實(shí)現(xiàn)同步停止。
b、變頻器啟停狀態(tài)調(diào)試
調(diào)試的初期,變頻器的繼電器輸出端參數(shù)F5-02設(shè)成5(零速運(yùn)行中),定義為變頻器在0Hz不管是待機(jī)還是運(yùn)行,T/A與T/B之間斷開,非0Hz運(yùn)行時(shí),T/A與T/B之間閉合,適合原伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)。開機(jī)運(yùn)行設(shè)備,當(dāng)停機(jī)時(shí),因?yàn)樽冾l器運(yùn)行頻率降不到0Hz,即系統(tǒng)的給定值降不到0V,T/A-T/B不能斷開,導(dǎo)致設(shè)備不能正常停機(jī)。經(jīng)分析修改變頻器AI1最小輸入值對(duì)應(yīng)的參數(shù)F4-13,先設(shè)為0.5V,即給定值從0V升到0.5V或降到0.5V及以下,變頻器頻率均在0Hz。開機(jī)運(yùn)行,當(dāng)變頻器尚未運(yùn)行在非0Hz時(shí),系統(tǒng)就報(bào)Top random roller is blocked故障。故障原因是系統(tǒng)在給定值從0V逐漸上升到0.5V的過程中,由于時(shí)間久,系統(tǒng)因接收不到T/A-T/B端ON信號(hào),故誤認(rèn)為是上雜亂輥抱閘而發(fā)出安全保護(hù)性報(bào)警。反復(fù)試驗(yàn)最后將AI1改成0.10V后一切正常。
c、速度校正
由于操作臺(tái)站的上雜亂輥運(yùn)轉(zhuǎn)的速度顯示表顯示的是實(shí)際速度,是調(diào)節(jié)輥?zhàn)铀俣鹊闹匾に囍笜?biāo),故改造后還要校正。待上雜亂輥穩(wěn)定運(yùn)行后,用手持轉(zhuǎn)速表測(cè)得輥?zhàn)舆\(yùn)轉(zhuǎn)的角速度ω約為554r/min,由公式v=πωd算出速度約為1232m/min,與儀表上顯示的速度基本一致,即變頻器出廠設(shè)定的最大頻率50Hz和上限頻率50Hz滿足需要,不作調(diào)整,否則,要相應(yīng)改變最大頻率和上限頻率設(shè)定值。

4  效果
上雜亂輥伺服系統(tǒng)改造完成投入生產(chǎn)后,監(jiān)測(cè)變頻器的運(yùn)行狀況,在儀表上顯示工藝速度為1230m/min,變頻器的工作頻率約為38Hz,輸出電流僅為6.0左右,負(fù)載率只占40％,很經(jīng);在變頻器啟動(dòng)的瞬間,電流最高達(dá)到21A,但這是暫時(shí)的、短時(shí)的,隨著運(yùn)行頻率的增加,輸出電流也隨著減少,在穩(wěn)速階段,電流最小降到約4.0A后緩慢上升,最后穩(wěn)定在6.0A左右,電機(jī)運(yùn)行溫度在50℃以下。整個(gè)過程非常順暢,表明改造后,這套變頻調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載能力遠(yuǎn)超過機(jī)械負(fù)載的需求功率。

5  結(jié)束語
有了上雜亂輥伺服系統(tǒng)成功改造的經(jīng)驗(yàn),至今,又采用類似的方法對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重的其他5套西門子伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。目前,該6套變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,而且都符合生產(chǎn)工藝的要求,改造最長(zhǎng)的上雜亂輥伺服系統(tǒng)運(yùn)行也有兩年多,均0故障0備件消耗。
通過對(duì)這6套西門子伺服控制系統(tǒng)的改進(jìn),不僅使該生產(chǎn)線作業(yè)率得以提高,而且也使該線故障率大大降低,降低了成本,增加了工程技術(shù)人員提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的方法和途徑,為今后類似設(shè)備的設(shè)計(jì)改造提供了較高的技術(shù)支持,具有較高的應(yīng)用及推廣前景。