西门子PLC模块6ES7315-2FJ14-0AB0技术参数
数控化改造思路
2.1 数控系统
用当代**的全数字数控系统之一，法国NUM公司生产的NUM Axium Power 1050G全数字数控系统及其全数字交流伺服驱动系统改造原来的PC603工控机及其PLC系统及其直流伺服驱动，该系统对于高性能的机床非常理想，NUM Axium Power 1050是一个多处理器的CNC，每2毫秒处理一次的路径产生及跟随，以及0.2毫秒的位置环刷新周期。具有标准的RS232接口，采用10.4寸彩色液晶显示器。
2.2 取消机械挂轮
取消原机床的机械挂轮及左、右齿面进给电机，展成运动和左、右齿面进给改为由NUM数控系统及其全数字交流伺服驱动系统控制X轴和C轴联动，用NUM系统的动态操作功能，通过复杂运算自动生成电子挂轮，取消了低精度的机械挂轮，减少机械传动环节以确保展成运动关系的**。
2.3 开发友好的人工界面
开发设计齿轮参数界面、砂轮参数界面、修整磨和循环磨界面，通过人机界面可以方便的修改齿轮参数、工艺参数。自动生成冲程长度、冲程速度、展成长度及展成速度等相关参数，简化了加工前各种不同规格齿轮的计算及调整时间，简化了操作，提高了加工效率。
2.4 改造冲程液压伺服系统
利用德国博士伺服阀和力士乐变量泵更新改造冲程液压伺服系统，采用英国NEWALL球栅尺作冲程位置反馈，使ZSTZ15磨齿机升级为全新的数控磨齿机。
2.5 将原立柱移动（Y轴）、砂轮补偿（W轴）改为NUM数控系统及其交流伺服驱动系统控制。
3. 系统硬件配置
3.1 数控系统
MUM Auium POWER 1050 with coprocessor GS
10.4”LCDcolor screen(FS20)
Industry QWERTY CNC keyboard(KBD30)
Machine panel(MP02)
Optical fiber 15m
OEM handwheel unit
3.2 数控系统原理框图如下：
4. 软件设计
4.1 NC 程序设计
利用 NUM 系统独有的动态操作功能，编制程序生成电子挂轮，确保 X 轴和 C 轴的**运动，满足圆柱渐开线齿轮的齿形需要。
4.2 PLC 程序设计
多任务的PLC程序，提高了PLC程序的编写和可读性，共设计了%TS0循环任务模块、%INI初始化任务模块和%SP1、%SP2、%SP3、%SP4、%SP5、%SP6六个子程序模块。将机床的启动、使能、轴控制、辅助功能、报警信息等编制成不同的模块。程序结构合理、层次清晰。
4.3 人机界面设计
利用MMITOOL软件开发友好的人工界面，设计出主界面、齿轮参数界面、修整磨界面、砂轮界面、自动循环界面、报警界面。
4.3.1 齿轮参数界面
图1为齿轮参数界面，操作者只需按照齿轮加工图纸，在操作台的键盘上，输入有关的数据（如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽等）后，就能自动生成展程长度、展程速度、冲程长度、冲程速度等加工参数，不需要再编制零件程序，即可进行齿轮加工，操作简单可靠。
图1 参数界面
根据操作者的经验可以对自动生成的各参数进行适当调整，以满足加工的需要。
4.3.2 修整磨界面
修整磨界面即半自动界面，在此界面可以对找正后的齿轮进行试磨削，也可以进行单齿磨削和多齿磨削。
图2 修整磨界面
4.3.3自动循环界面
图3为自动循环界面，在自动循环界面可以对磨削量进行设置和调整。显示加工循环圈数、当前加工状态、齿轮参数、各轴的运动状态、当前的磨削量和总磨削量。可控制冲程液压伺服系统的油温。
图3 自动循环界面
4.3.4 手动界面
图4 手动界面
见图4，在手动界面可对机床的X轴、C轴、Y轴、W轴、Z轴进行单独控制，配备的手轮方便了**对刀。可以方便地修改冲程长度、展成速度、展成长度值。操作者可根据经验直接输入左右齿面间隙，加快对刀进程。
4.3.5 砂轮修整界面
图5 砂轮修整界面
在砂轮修整界面可以显示出砂轮的当前直径，输入每次的修整量和修整次数，还可以较正砂轮的当前直径。
4.3.6 报警界面
对机床运行中出现的故障报警并显示在屏幕上，方便了维修。
5. 冲程液压伺服系统
冲程液压伺服原理框图如下图：
6. 结束语
NUM Axium Power 1050全数字数控系统在欧洲和美国以**和航天工业的大量应用而著称于世，是当代**的全数字数控系统之一。它在ZSTZ15磨齿机的数控化改造中得以应用。不但提高了生产效率近一倍，同时提高了机床的加工精度，提高了操作工人的收入，产生了重大的经济效益。开创了利用NUM系统，以取消机械挂轮的模式改造大型磨齿机的先河，在磨齿机改造方面取得了突破
邯钢热力厂csp综合主泵房c03系统设计有八台水泵，全部由工频控制，正常情况下开四备四。由于csp生产的原因，c03系统供水用户的用水量波动频繁，水量波动很大且时间短。经过多年运行，造成c03系统的水泵和电机经常出现一些设备问题，增加了维修成本;同时也浪费了大量电能，所以我厂决定采用北京动力源科技股份有限公司生产制造的两套hinv型高压变频调速系统对csp水处理c03系统中的两台水泵高压电机(m7,m8)进行高压变频器节能改造。csp水处理c03系统参数如表1所述。
表1csp水处理c03系统参数
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2 现场工艺要求和改造方案
(1)变频调速装置保留csp水处理c03水泵的原控制方式、保护装置。
(2)现场合闸回路中串接一个变频器发出的“合闸允许”信号，以保证水泵需要在变频状态运行时，变频器在具备上电条件后才能闭合上级进线开关。
(3)现场总跳闸回路中并接一个变频器发出的“事故跳闸”信号，以保证在变频器系统出现严重故障或者检测到现场需要停机的事故后，能够及时联跳上级进线开关。
(4)为保证变频器事故或者检修时水泵仍能在工频状态下继续工作，变频器系统配有手动旁路柜，水泵的运行可进行变频/工频状态的切换。切换说明：10kv电源可以经变频装置输入刀闸qs1到高压变频调速装置，变频装置输出经出线刀闸qs2送至电动机；10kv电源还可以经旁路刀闸qs3直接起动电动机。变频装置的输出刀闸qs2和旁路刀闸qs3互相闭锁，即qs2和qs3不会同时闭合。变频运行时，闭合qs1和qs2，同时qs3断开；工频运行时，断开qs1和qs2，同时qs3已经闭合。当变频装置出现故障或者工程检修时，将变频器的隔离开关打到工频状态，使变频装置与供电以及生产过程隔离，而水泵在工频电源下正常运行，以保证生产的安全运行。两套高压变频器系统都采用一拖一模式，高压变频器系统型号为：hinv-10/870b，系统配置示意图如图1所示。
图1系统配置示意图
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(5)变频器能够实现远程控制和本机控制，其中远程控制通过给变频器加装的独立的上位机系统实现，上位机实现高压就绪显示、设定闭环参数、显示变频系统运行参数、故障声报警等功能。
(6)变频改造后启/停方式部分改变原有操作方式，启动时，按下原操作系统“启动”后，高压断路器合闸，然后从上位机系统启动变频器，变频器按照设定曲线运行;停机时，从上位机系统“停止”变频器运行，变频器按照设定曲线停机，此时变频器高压进线端仍带电，然后按下原操作系统“停机”后，高压断路器分闸。工频启/停方式在变频器转换柜进行电源切换后，不改变原有操作方式。
(7)闭环控制：变频器根据管道压力信号的反馈值控制水泵的转速，实现母管压力的稳定，co3系统母管压力范围为：1.1mpa～1.7mpa。
(8)高压变频器与现场高压接口：从现场电机的原高压电源柜取电源点连接到变频器系统的旁路柜输入刀闸，旁路柜输出刀闸连接到现场电机，都采用高压铠装电缆连接。
(9)变频器的高压输入输出电缆由变频器柜体下进/下出。
3hinv-10/870b型高压变频装置的原理
hinv-10/870b型高压变频装置主要由主回路、功率单元和控制系统组成。
3.1主回路
hinv-10/870b型高压变频器采用交-直-交直接高压(高-高)方式，电网电压经过移相变压器的隔离、移相后分组输出，每组三相，为串联输出的功率单元供电，形成多重化移相整流；功率单元经过三相整流后，单相逆变单元输出。全部功率单元分为数量相同三组，组内输出串联，形成高压电动机的三相相电压；三相输出为y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。
3.2功率单元
功率单元为三相交流输入，单相全桥输出的电路拓扑，功率单元原理示意图如图2所示。功率单元的输入为移相变压器的分组输出，经整流滤波电路后形成直流电压，组成单相全桥的igbt在控制器控制下将此直流电压变换为spwm的交流输出电压。
功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制(pwm)方式，控制q1~q4igbt的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当q1和q4导通时，l1和l2的输出电压状态为1；当q2和q3导通时，l1和l2的输出电压状态为-1；当q1和q2或者q3和q4导通时，l1和l2的输出电压状态为0。功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热和igbt故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时q1—q4封锁输出，可控硅k导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警，单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，变频器将自动提高工作单元的输出电压，从而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。
3.3控制系统
系统控制器的核心是由dsp数据处理器、超大规模集成电路和16位mcu组成，完成高压变频器的实时控制及其外部接口(内置plc控制器)的控制，视窗控制器通过通信将指令发到系统控制器，同时接收和显示变频器的工作状态。
4 参数设定为多卡片式页面，包含变频器、电机参数、pid调节参数、模拟输入参数、模拟输出参数、上位通讯共五个页面。
(1)变频器、电机参数如表2所示。
(2)pid调节参数如表3所示。
(3)模拟输入参数如表4所示。
5 节能分析
5.1节能原理
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求。当采用变频调速时，由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，50hz满载时功率因数为0.96，工作电流比电机额定电流值要低很多，电流降为31a。
5.2节能计算
根据变频器的运行记录，统计水泵在中高低速段的运行时间全年工作时制按8600h计算，得到年节电率:为35.4%。
6 结束语
试运行时，电机在频率30－32hz之间存在机械共振，后设置变频跳跃频率点，避开共振区，供水泵组稳定运行;实际调速时，可降到额定的40%，各种参数符合其特性曲线。
通过这次改造，电机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦电流，降低了电机的故障次数，使水泵工作平稳，水泵轴承麿损减少，延长了电机、水泵的使用寿命和维修周期，提高了水泵的利用时率，节约了大量电能。
变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护