6RA70全数字直流调速装置在机械压力机上的设计与应用

文章编号：16720121(2o09)03004303 6RA70全数字直流调速装置在机械 压力机上的设计与应用 苏旭辉。卫华。李志敏 (济南二机床集团有限公司，山东济南25O022) 摘要：分析了直流调速系统在压力机主传动上应用的必要性，简要介绍了西门子6RA7O全数字直流调 速装置的组成及特点，并结合其在压力机上的具体应用对装置各主要模块的功能进行了论述。最后对 6RA70全数字直流调速装置的参数设置及优化运行和在压力机上应用的注意事项进行了阐述。 关键词：机械制造；直流调速装置；机械压力机；应用 中图分类号：TG3155 文献标识码：B 1引言 同一吨位的压力机加工不同的零件，须有不同 的行程次数设计。例如加工带有拉深要求的冲压件， 往往要求压力机的行程次数较少，而冲裁板料或落 料时往往要求压力机的行程次数较多。为满足用户 对冲压的不同工艺要求，压力机主传动系统要采用 变速电机驱动，以实现滑块行程次数的可调且无级 变速。 直流电动机具有低转速大力矩的特点，而且启、 制动性能好，宜于在大范围内平滑调速。这类电机用 于机械压力机上不仅可简化传动机构，提高传动效 率，还能满足对滑块行程速度有特定要求的工艺需 要，因此，在机械压力机上得到了广泛的应用。但是， 驱动直流电动机的调速装置如果配置的不合理，就 会降低整机可靠性。下面以西门子6RA70 SIMoREG Dc MAsTER系列直流调速器为例，就有 关问题做一简述。 2西门子直流调速装置 21 6RA70 SIMoREG DC MASTER系列整流器 为全数字四象限紧凑型整流器，输入三相电源，可为 变速直流驱动提供电枢和励磁供电，额定电枢电流 15A2000A。励磁电路可以提供最大4OA的电流(此 电流取决于电枢额定电流)。 22 6RA70基本装置具有4个开关量输人口，4个 开关量输出口，2个模拟量输入口，2个模拟量输出 收稿日期：2oo9032l 作者简介：苏旭辉(1974一)，男，工程师，从事压力机的电气控制设计 与研究 口，还可选择CUD2、EB1、EB2端子扩展板进行端口 扩展；此外还可选配附加通讯板，通过PR0FIBus或 DEvICENET总线实现直流调速器与PLC或上位机 的通讯。 23 所有sIMOREG Dc MASTER装置均配备一个 安装在整流器门上的简易操作面板PMu，面板由一 个5位、7段显示和三个参数化键组成。PMu也具有 根据Rs232或Rs485标准同uss接口的连接器 x3O0。操作面板提供了为启动调速器所需进行的调 整和设定及测量值显示的所有手段。 24具有完善的故障和报警。故障用Fxxx表示， 操作面板(PMu)显示故障代码，可通过查看故障诊 断存贮器 47中的内容对故障代码做进一步判断。 如果在电子板电源断开前故障没有应答，则故障信 息F040在电源恢复后又显示。报警信息用Axxx 表示，报警信息不能被复位，当报警原因消除后，它们 自动消失。 25所有的控制、调节、监视及附加功能都由16位 高性能微处理器来实现，控制功能和控制精度很理 想，具有完善的保护功能，如过压、欠压、过流等。在 运行状态下，过载电流为装置铭牌上所标注的额定 直流电流(最大的允许持续直流电流)的15倍，非常 适合应用在压力机这种冲击性负载上。 3直流调速装置容量的选取 装置电枢额定电流的计算： =15Ad 式中：A直流调速装置的额定电流； A广一电机电枢额定电流。 选装置时，按计算结果就近选取，但装置电枢额 定电流必须满足12A 2 ，装置的最大允许励 磁电流必须大于电机额定励磁电流，但不大于25 倍的电机额定励磁电流。 4直流调速系统内部单元(图1)工作原理简介及 外围电路设计 运行使能38 图1调速装置内部控制单元结构示意图 调速装置电路图如图2所示。直流调速装置 1ul、1vl、1w1端子为电枢可控整流电路三相交流 电源引入端，KM1为主接触器。3u1、3wl为电机励 磁可控整流电路交流电源引入端。为了限制电源系 统中的换相电压降，加装三相进线电抗器L2及励磁 进线单相电抗器L1。直流电机电枢短路保护采用快 速熔断器Ful，FU2，v1为电枢电压表。直流调速装 置3C、3D端子为输出至电机励磁绕组，lC、1D端子 为输出至电机电枢绕组。直流调速装置4、5端子为 模拟量输入端子，用作给定输入，参数P700可选择 输入信号的类型。5u1、5w1端子是电子板供电电源 输入端，103、104端子是直流测速机反馈电压输入 端，1O9、ll0端子是进线接触器合闸信号。 直流调速装置的46和47，48和54端子都是可 设置的输出开关量，可编程为整流器内任意参数，46 和47(从K0l07引出)控制继电器K1，检测装置正 常；48和54(从K0167引出)控制继电器K2，检测 主电机零速。 直流调速装置的l4和l5，16和17都是可选择 的模拟量输出端子，可编程为整流器内任意参数，l4 和15实际编程为电枢电流(从KO109引出)，16和 17实际编程为磁场电流(从l(I)266引出)，都引至主 操作面板电流表，作现场监视用。 直流调速装置输出开关量的37端子为电源启 停端：高电位有效，整流器微处理器开始自检，无故 障时，端子109l10闭合，发出启动信号，允许进线接 触器KM1合闸，整流器按照斜坡函数发生器的斜率 加速至给定运行速度。低电位时通过开关连接器 B0l61使斜坡函数发生器、电流调节器给定值限幅 闭锁，当转速低于由参数P37O设定的最低转速时， 端子109llO断开进线接触器。 直流调速装置输出开关量的38端子为运行使 能信号端，高电位有效，斜坡函数发生器放开，当端 子37高电位且进线电压已到达，整流器允许调速。 低电位时电动机减速至零速，斜坡函数发生器闭锁。 斜坡函数发生器：将处理过的给定值信号，输出 成软化的斜坡曲线，并经限幅，输出至软连结开关 K0170。 速度调节器：K017O经PI调节处理，与测速机 反馈信号比较处理输出至软连结开关KO148。 电流限幅：P6O1(KO148)经P17l、Pl72正、反限 K抻 j j 斛 KMl 一 一 1U 1V lW 3U1 5Wl 3U1 3Wl 34 37 38 14 15 l6 17 6RA7n调速装置 1c1 lD1 3c 3D 103 1o4 4 5 lo9广_：仃司 46 47 48 54 搴 V1 K 要 I 妻 1 * 撼 Ful【 I FU2I 】 I 1 暮 速 度给 定 主接触器 装置正常零速检测 坤 、 囊 瓣 出 墨 图2调速装置外围电路简图 -0 警 Q 44 幅，输出至软连结开关K0l20。 电流调节器及触发单元：K012O经PI 处理，输出至电流调节器微处理器进行PI 处理，再输出到脉冲触发器微处理器处 理，输出正反两组共12个触发脉冲。 功率单元：有6个固态继电器SCR和 6个快速熔断器组成主功率单元，4个 scR组成励磁功率单元。 励磁电流闭环控制及触发单元：经PI 闭环控制输出4个触发脉冲。 5 6RA7O直流调速器参数设置及优化 由于装置本身自带参数设定单元采 用了参数号设定方式，设定参数简单方 便。 51先将负载电机的基本参数(额定电 压、额定电流、励磁电压、励磁电流等)输人直流调速 装置内，然后根据速度反馈的信号类型选择P083的 数值，根据励磁控制类型选择Po82的数值，在装置 运行状态为O7O时，进行最优化运行：Po5 l=25电枢 和励磁的预控制和电流调节器的优化(电机轴上无 负载时进行，或将电机机械锁死)；Po5l=26速度调 节器的优化(在电机轴上必须接上最终有效的机械 负载)；Po5l=27励磁减弱的优化(此优化必须在无 机械负载下执行)；Po51=28摩擦和转动惯量补偿的 优化。 在优化过程中最容易发生的故障信息为F042， 即速度反馈极性不正确或速度反馈开路，可根据实 际情况做相应处理。在优化运行已经执行后，压力机 的最大转速必须核对，如果实际的最大转速与设计 的有偏差，则要更改其所对应的参数值。如速度反馈 为测速机，则更改参数P741的值；如速度反馈为增 量式编码器，则更改参数P143的值。当更改完成后， 励磁减弱的优化与摩擦和转动惯量补偿的优化必须 重做。 52 自动优化完成后，可根据实际需要进行一定的 手工优化调整，常用的手动调整参数有：速度环比 例、速度环积分、电流环比例、电流环积分等。当然， 这个过程并不是必须的。 6 6RA7O直流调速器在压力机上应用的注意事项 61停直流电机时不能直接停主回路，而应先停给 定，再延时停主回路。如果将主回路和给定同时停， 一则会增加传动系统的冲击和磨损；二则不能将飞 轮储存的大量动能回馈电网而浪费能源；三则因不 能将电枢自感电动势产生的高压吸收掉而对可控硅 造成不良影响，缩短使用寿命，甚至经常击穿晶闸 管。 62机械压力机属于冲击性负载，滑块运行至下死 点区负载增加时，负载力矩大于电动机的电磁力矩， 使它的转速下降。为了让飞轮在滑块上升期间能充 分补充能量，装置的电流限幅不宜调的太小，以电机 额定电流的12倍为宜，否则在连续行程时会因飞轮 转速不能及时恢复而影响压力机性能。 63通过参数P370来设定直流电机的零速阈值， 驱动零速继电器K2实现主电机的防逆转保护，能 够防止在电机和飞轮转速尚未降低到零速以前就开 动反方向运转。否则，易造成电动机过载脱扣，机床 传动系统产生巨大压力，皮带打滑磨损，乃至拉断或 脱槽等不良后果。 64由于压力机的启动为重载启动，因此，电机不 能频繁启动，次数限制在4h 为宜。机床断电时，必 须首先停主电机，等停20s后，再切断电源。 65如果压力机所处地区电网电压波动较大，电压 谐波较杂，最好在压机的供电回路上并联有源谐波 滤波器。其次还应对直流调速电气柜严格按EMc规 则检查，特别是把电子板的供电电源5u1、5w1和功 率部分电源1u1、1v1、1w1分开布线，尽最大可能 消除电网谐波对直流调速装置的干扰。否则有可能 使电枢回路快速熔断器熔断，有时甚至烧坏晶闸管 模块，这在大功率直流调速器上表现的尤为严重。 7结束语 综上所述，由6RA70直流调速器驱动的直流传 动系统，可广泛地应用于要求控制性能好的压力机 调速系统中。它和传统的模拟直流调速系统相比，具 有控制性能好、效率高的优点，而且是静止装置，便 于调试和维修。6RA70直流调速器在机械压力机上 的具体应用，可作为设计其他机械电气系统借鉴。 【参考文献】 【1赵发