Модернизация горизонтально-расточного станка модели 2А637Ф1

Заказчик: КЛМЗ филиал ТОО «Корпорация Казахмыс», г. Караганда

Описание технологического процесса
Горизонтально-расточной станок 2А637Ф1 с выдвижным расточным шпинделем 160 мм отличается от аналогичного станка модели 2А636Ф1 отсутствием встроенной планшайбы и увеличенным диаметром шпинделя, предназначен для комплексной механической обработки (сверления, растачивания, зенкерования отверстий, фрезерования плоскостей, пазов, уступов и т.д.) корпусных и базовых деталей массой до 12 тонн. Станок оснащен устройством преднабора и цифровой индикации.

Требования к системе автоматизации
Общий вид станка 2А637Ф1Станок используется для штучной и мелкосерийной обработки деталей машин, корпусов и т.д. Таким образом, основной задачей было сохранить и улучшить метод управления станком - цифровой преднабор координат и индикация текущих позиции. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабором координат) и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация). Исходную программу работы задает станочник полностью. Физически и морально устаревшая элементная база системы управления станка должна быть заменена современным оборудованием, позволяющее реализовать диагностику неисправностей, простоту обслуживания и имеющее высокую надежность. Новое электрооборудование должно быть смонтировано в существующие электрошкафы путем демонтажа старого электрооборудования.

Решение и характеристики системы автоматизации
Модернизация заключается в полной замене устаревшего и вышедшего из строя электрооборудования системы управления станка, замене преобразователей и электродвигателей постоянного тока асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и преобразователями частоты, что позволило удешевить себестоимость системы, упростить процесс наладки и повысить надежность системы в целом. Для предотвращения перегрева двигателей при малых скоростях подачи, на двигателях установлены вентиляторы принудительного охлаждения. Электродвигатель главного движения (шпиндель) заменен новым электродвигателем постоянного тока, управляемый от преобразователя постоянного тока Simoreg DC Master. Замена или восстановление неисправных конечных выключателей, реле давления, электромагнитных золотников и муфт. Полная замена проводниковой продукции (провода, кабели) всего станка. В качестве датчиков положения осей применены фотоэлектрические инкрементальные датчики вращения с разрешением 5000 импульсов на 1 оборот для контроля перемещения координат X, W, B, Y и Z.

Структурная схема системы управления станка 2А637Ф1

Конструктивно электрооборудование системы управления станком установлено на трех панелях, размещенных в шкафах, и электрооборудования, размещенного в пульте управления.

Шкаф системы управления станка 2А637Ф1

Система управления и контроля станком реализована на базе программируемого логического контроллера XEC-DR64H серии XGB с модулями расширения входов, коммуникационными модулями, модулями аналогового ввода и аналогового вывода сигналов, удаленными модулями входов, выходов с интерфейсом RS-485, и сенсорной графической панелью оператора XP-50TTA производства фирмы LSIS. В системе управления использованы два отдельных и не зависящих друг от друга коммуникационных интерфейса RS-485 с протоколом передачи данных Modbus RTU, где «мастером» сети является программируемый логический контроллер (далее ПЛК). Встроенный в ПЛК интерфейс RS-485 используется для обмена данными с модулями удаленного ввода-вывода дискретных сигналов, расположенных в пульте управления. Контроллер считывает с удаленных модулей состояние входов и выдает команды на включение выходов соответствующего модуля. Преобразователи частоты объединены в общую сеть с ПЛК посредством установленного в контроллер коммуникационного модуля расширения с интерфейсом RS-485. По этому интерфейсу контроллер считывает с преобразователей частоты и преобразователя постоянного тока диагностические данные, такие как состояние преобразователей, значение токов на выходе преобразователей, частота напряжения на выходе. В свою очередь, контроллер отсылает в преобразователи такие данные как задание скорости вращения вала двигателя, команды управления преобразователем (разрешение работы, выбор направления вращения вала двигателя, стоп и др.). Вывод информации на графическую панель оператора происходит путем обмена данными панели оператора с ПЛК по высокоскоростному коммуникационному интерфейсу Ethernet, на скорости 100 Мбит/сек.

Помимо функции «мастера» в коммуникационных сетях, контроллер выполняет программу алгоритма управления станком и вывода диагностической информации на графическую панель.

Преобразователи частоты, благодаря функции динамического торможения, обеспечивают торможение двигателей по заданным характеристикам. Для предотвращения превышения напряжения на шинах постоянного тока преобразователей частоты в результате процесса рекуперации модули тормозных прерывателей (у преобразователей приводов подач используются встроенные модули), которые при превышении номинального напряжения питания начинают с помощью ШИМ частично разряжать конденсаторы частотного преобразователя на тормозные резисторы, производящего торможение электродвигателя. Вспомогательные электродвигатели станка включаются в сеть через соответствующие контакторы, защищенные автоматическими выключателями со встроенными тепловыми реле. Логика включения контакторов заложена в программируемый логический контроллер.

Пульт управления станком 2А637Ф1

Управление станком производится от пульта управления. Все сигналы с пульта через удаленные модули расширения входов и выходов поступают в контроллер, который по заданному алгоритму в зависимости от состояния приводов, реле давления, концевых выключателей выдает сигналы управления приводами.

На станке, благодаря использованию для каждой координаты преобразователя частоты, работают раздельно и независимо друг от друга одновременно два электропривода. Выбор механизмов на станке осуществляется с помощью ключей, расположенных на пульте управления.

Для автоматического позиционирования поворотного стола (координата B) через 90° применена следящая система, состоящая из регулируемого электропривода, механических путевых выключателей (положения A, B, C и D), и оптического щелевого датчика точного останова в выбранной позиции.

Функции "преднабор" и "индикация" так же были модернизированы и доработаны. Так, например, преднабор и переезд в заданную координату возможен не только от текущей позиции, но и от любого, заданного вручную значения. У станка появились 2 системы отсчета координат - "относительная" и "фактическая". "Фактическая" система отсчета координат соответсвует физическим координатам станка и начинается от точки начала отсчета станка. "Относительная" система координат - очень гибкая система отсчета, позволяющая менять значение текущей координаты на любое значение. Что значительно повышает комфорт при работе оператора и избавления от лишних вычислений.