本文介紹了早期的由發電機組拖動的龍門刨床或單臂刨床現存的問題，并簡述了針對該種類型的刨床改造方式：采用全數字直流調速裝置組合先進的PLC控制方式，著重強調了改造后的節能降耗所帶來的經濟效益以及改造后的其它特點。
一、龍門刨床電氣改造的必要性
隨著社會的進步，科技的發展，產于上個世紀七、八十年代的龍門刨床的電器控制線路已經十分落后，而且老化嚴重，故障頻繁，維修非常困難，費時費力，效率低，能耗大，同時噪音也很大，污染嚴重。經過多年的時間經驗，我們對老式龍門刨床的電氣控制線路進行了徹底的技術改造，將發電機組、交磁擴大機控制的龍門刨床改造成為全數字智能化的電氣控制系統。
上個世紀七、八十年代的龍門刨床工作臺一般是由一臺60KW直流電機拖動。該直流電機參數為：60KW,220V,305A,1000RPM,勵磁為220V,4.11A。該直流電機電源采用電動機-直流發電機組和交磁擴大機提供(簡稱K-F-D系統)，采用調直流發電機的勵磁電流方式來改變直流電動機的電樞電壓，從而達到調速的目的。原來整個電氣控制系統比較復雜，使用電器元件也比較多，加之使用時間長，故障頻繁。我公司綜合以往改造經驗，B2010A、B2012A、B2012Q、 B2151、B2152、B2016A、BJ2020、B20125Q等10余種型號的龍門刨床及單臂刨床都很適合全數字智能化控制的電氣系統改造。
二、早期龍門刨床的特點：
1、刨床的工作臺驅動是由交流電動機、直流發電機、直流電動機及交磁擴大機組成。K-F-D控制系統的主要缺點是：起動電流大，對電網容量要求高，機械傳動能耗大，傳輸效率低。
各電機基本參數見下表：
2、改造前的龍門刨床電控系統存在的問題及缺點：
⑴ 設備使用時間長達數十年，電器元件嚴重老化，故障率頻繁，維修費用高，已不能滿足目前生產加工的需要;
⑵ 由于采用的是交直流電動機組，其效率只有0.5~0.68，并且能耗高;
⑶主傳動及控制部分中間環節較多，不但增加了維護工作量，也使整個系統可靠性大大降低。
⑷工作臺換向及減速靠機械式限位開關實現，減速及換向時撞擊聲音大，且整個電控系統附帶有各種電阻、繼電器多，故障點多，低速時速度不穩，換向不穩定，常會出現爬行、越位等故障;
⑹ 工作臺調速范圍小，精度(D≤30)，加工工件的表面質量差;
⑺占地面積大，噪音高。
三、龍門刨床改造方式及改造后的特點：
1 .龍門刨工作臺直流電機調速系統的改造：
改造后的龍門刨床工作臺直流電機采用英國歐陸公司生產的590+/380A直流調速裝置驅動，完全取代直流發電機組和交磁擴大機，實現了工作臺的無級調速、自動減速、換向以及撞到極限限位后停車等動作。歐陸590+是具有較高水平的全微機化工業直流電機調速驅動器，輸出電流范圍在15A~2400A，該產品還具有控制、監控、保護和串行通訊的功能。
590+直流調速裝置還有一系列可供用戶隨意設定的參數，這些參數有些來自外部，如速度給定、轉矩給定、速度反饋以及電機的各種特性參數等，同時配備I/O接口，以及P3串行通訊接口，可以方便的與上位機聯接通訊，以滿足各種參數設置以及與其他裝置通訊的需要。
2.用PLC實現龍門刨床的其他電器動作的自動控制：完成龍門刨床自動進刀、抬刀、落刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、各刀架快速移動以及工作臺的加速、減速、換向等各種動作的正常運轉。
3. 工作臺行程限位開關更換為電磁感應的接近開關：性能更穩定，響應時間快，而且使用壽命更比原來的行程開關更長久。
4.在直流電機尾端加裝測速發電機后：實現閉環控制，提高控制及定位精度。
5、使用效率：
由歐陸 590+和PLC相互配合進行改造后的龍門刨床控制系統最低速度可達5rpm，最高為1500rpm，從起步到全速只需8秒時間，甚至更短時間。從全速到減速換向，可在12秒時間內完成，且換向平穩無沖擊，不會發生振蕩、爬行、越位等現象，同時可以恒轉矩切削，因而大大提高加工精度及效率。通過懸掛按鈕箱能完成系統的啟動、停止、自動等功能。加工長度范圍由懸掛按鈕站和工作臺上的可以滑動的擋鐵完成行程設置，并可以通過PLC的記憶功能來保存，電氣柜上有各種報警指示，幾乎可以實現無故障、免維護運行。
四、龍門刨床電氣改造后經濟效益分析
使用歐陸 590+直流調速裝置和 PLC結合控制后，節能效果十分明顯，改造周期短。因此，將先進的直流調速裝置應用到龍門刨床的工作臺調速中，無疑是一種很大的技術革新，可以帶來較大的經濟效益。
以下是我公司對某廠B220型龍門刨床改造前后的測試實例：
其主傳動部分(工作臺)采用直流發電機組拖動直流電動機，功率60KW，是主要能耗。其余功耗如橫梁升降和刀架的進給等較小可忽略不計。經改造后，電費成本、工藝性能、工作環境及電網干擾等均得到顯著改善。
1、 測試參數：
有功功率、三相電流、三相電壓、功率因素、噪音強度、工作臺的進給速度等
2、 改造前后測試相關參數：
3、 結論分析：
⑴技術數據
⑵老式控制系統與新式控制系統的效果對比見下表：
⑶所產生效益
①直接經濟效益
原發電機組在多年生產、制造及用戶使用中測定，其起動電流大，對電網容量要求高，且空載電流達80-100安，在工作間隔時間(調整、裝卸工件時間)，這些電能被白白浪費。改用新型數字調速系統后，這個空載電流完全可以節省下來，且工作間隔時間越長節電效果越明顯。按計算，節約功率為△P：
U2=380V;△I取其空載電流中間值
90A;COSΦ取0.40
則△P=1.732×380×90×0.4=24kW
每小時節電24度，按每天工作間隔時間三小時、全年按310天計算：
年節電：W=24×3×310=22320kWh
拆除交磁發電機后，每小時可節約電能約3kW，按每天兩班制計算:
年節電：W=3×16×310=14880 kWh
另外，采用新型數字調速系統，可以省去了由多臺電機之間電能傳遞而造成的效率損失，其數值為所需加工零件電能的6-10%，按一般性加工時，每天省去的傳動效率損耗為80度，全年節電即為24800度。
以上三項合計，全年節電可達6萬多度，若每度按0.6元計算，全年節電約為4萬余元。
②提高了機床的電氣自動化程度，大大降低了機床的故障率和維修費用,年節約成本約1萬余元.
③占地面積小，無噪聲。除此外，拆除后的發電機組還可以再利用，創造更多的經濟價值。
4.改造后的龍門刨控制系統的特點：
⑴ 該數字直流傳動裝置能耗低，效率高。工作間隔無損耗，大大節約電能，其效率可達到0.95以上，而直流發電機組只有0.7左右;
⑵起動電流小(起動電流I≤1.5Ie)，對電網的沖擊小;
⑶調速性能高。590+是一種高精度傳動裝置，以其自身的優點使整個主傳動控制系統的精度、調速范圍、快速性能有了很大的改善，提高了加工能力及其加工質量;
⑷ 結構簡單，可靠性高。與交磁擴大機組相比，全數字可逆直流調速裝置可減少70KW直流發電機一臺，55 KW交流電動機一臺，交磁放大機一套，同時大大減少了占地面積，使控制系統結構簡單、體積縮小;
⑸ 其它動作均由PLC實現，電器元件少，簡單直觀。用可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制，大大提高了系統的可靠性，同時維護也十分方便，減少運行成本;
⑹ 裝機水平高，具有完善的保護功能。系統具有良好的保護和監控功能，PLC有自身的輸入/輸出監控指示燈，而全數字直流調速裝置則更有良好的保護監控功能，具有故障存儲記憶，自適應參數優化等多種功能;
⑻ 改造后，由于取掉了交流機組，因而可無噪音運行。
結論:早期由發電機組拖動的龍門刨床和單臂刨床都很適合上述電氣改造方式。改造后，不僅能耗大大降低，使用效率也得到很大提高。用戶僅需要投資幾萬元，經過一兩年的時間就可以收回成本。
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