数控系统改造

数控系统改造（共11篇）

数控系统改造 篇1

摘要：本文根据中海石油化学股份有限公司化肥二部HONEYWELL DCS系统改造项目案例进行分析。介绍如何利用原有的霍尼韦尔DCS系统升级控制器及配套全新操作站, 包括其硬件结构、软件结构及其控制原理、控制方案等, 对于系统的升级改造具有一定的借鉴意义。

关键词：DCS系统,控制站,操作站,网络接口模件

1 项目概况

化肥二部合成尿素控制系统为霍尼韦尔公司的TPS系统, 采用的是上个世纪90 年代的控制技术, 于2003 年9 月投入使用, 至今运行了11 年。系统故障频率和范围增加, 故障在线处理难度和安全风险加大, 部分备件已停产。调查国内同类型控制系统的运行周期, 依据与DCS系统生产厂家的前期技术交流情况, 化肥二部计划利用2015 年3 月装置停车大修机会对现有DCS系统进行升级改造, 以解决目前DCS系统存在的安全运行隐患。

2 改造方案分析

2.1 过程控制器

控制器1:1 冗余配置, 包括电源单元、CPU、通信卡。控制器至少采用32 位微机处理器。本项目只采用标准控制器, 不采用经过功能扩展的控制器。每个控制器的负荷超过50%, 应提供控制器的负荷计算表。负荷按所有输入输出变量扫描速率为0.5 秒计算。估算负荷不超过系统存储、计算、传输能力的50%。冗余的控制器CPU必须能够在线自诊断。控制器具备数据记忆功能, 断电情况下, 数据可以保存72 小时以上。所有控制器的型号和配置必须一致, 不允许多种型号或规格的控制器混用。如图1 所示。

2.2 操作站及辅助操作台

操作站是独立的电子单元, 能够通过控制网络与控制站进行通讯。操作站具有报警管理功能软件包, 操作站操作系统采用MS Windows 7 系统。 主机:CPU: Xeon CPU E5-1620, 内存: 8GB DDR3, 硬盘:SAS 500G;1G以上独立双输出显卡;彩色双屏24" LCD高分辨率监视器, 工程师键盘、光电鼠标、工作台。

两套装置共用一台工程师站, 用于组态维护, 四台数据服务器都具备工程师组态功能。操作台及辅助操作台全部更新, 适当加宽操作位置。各操作台、辅助操作台之间无缝连接。操作台配置2 台LCD安装支架, 支架有一定的选装角度;满足操作员个性化需求。辅操台上的开关、按钮、指示灯、声光报警器全部更换, 保留电极液位显示器。增加合成/ 尿素公共监控站, 用于非操作人员查看生产状态数据。

2.3将原有HM历史模件设计成新的冗余数据服务器结构

HM是系统的文件服务器, 处于核心地位, 是存储系统软件和应用软件及历史记录的重要节点, 其硬盘是24 小时读写, 已使用12 年, 随着时间的推移发生故障的次数在增大, 而且一旦发生故障, 大量文件就会丢失, 后果十分严重。根据实际使用要求, 采用冗余数据服务器的系统架构, 服务器直接从控制器完成在线数据采集和存贮, 每个操作站能从服务器获取历史数据的趋势和表格数据。

(1) 对用户所要求的快速点进行每5 秒一次采集, 至少存储30 天数据, 其他数据每60 秒一次采集;

(2) 每天计算一次平均值, 根据小时平均值计算得到数据, 存贮5 年时间;

(3) 提供冗余配置的硬件, 用于在线历史数据的采集、存贮、平均值和检查;

(4) 提供小时平均值和日平均值进行永久性离线存贮和查询的方法;

(5) 支持开放的历史数据访问, 如S Q L 、 O D B C 、 O P C H D A 、 M o d b u s RT U 、Modbus TCP/IP等。

2.4 网络通信系统及通讯接口

网络通信系统为控制站、操作站、数据服务器、工程师站和OPC站、上位计算机接口提供可靠的高速数据传送。网络通信系统为全冗余的工业化数字网络通信系统, 能够自动切换, 并产生系统诊断报警, 自动切换时间应小于1 秒。在切换时不允许有数据丢失。

通讯接口:DCS提供了与工厂信息管理系统、ESD系统、燃气透平MARK VI系统、压缩机控制ITCC系统、ESD2000 监控系统 (变电所运行监控) 以及其它成套设备控制系统的通讯接口。与其它子系统的通讯接口支持冗余配置。DCS确保与ESD等子系统的时钟同步。

3 项目效果分析

(1) 原来的操作流程图画面是单屏显示, 现在改成双屏显示, 操作人员在操作同时可以查看相关参数的趋势, 提高操作效率;

(2) 参数趋势存储时间长, 正常使用可以达到2 年, 采样时间为1 秒, 以前是5 秒;

(3) FTE容错以太网提供节点之间更多的网络通讯路径, 可以承受更多的故障, 包括所有单个故障和多个多重故障, 与以前LCN和UCN网络比较, FTE有了明显的改进;

(4) PKS组态软件Control Builder是图形化, 简单易懂, 容易上手, 而TPS的Native Window是填表方式;

(5) 新安装的C300 控制器具有快速执行过程控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制的强大实力, 其处理能力是HPM控制器的1.5倍;

(6) PKS系统丰富的自诊断功能方便日后的巡检和与预知性维护, 从而提高了DCS的稳定性和可靠性。

4 结语

做好工厂测试FAT很重要, 问题尽量在测试期间发现并解决, 可以减少SAT工作量, 节省系统调试的时间。DCS改造只有在大修期间实施, 开停车进度要求严格, 因此, 合理、紧凑的工期安排, 严格按计划实施的制度保障, 是改造按时顺利完成的坚实基础。

参考文献

[1]姜兆海.HONEYWELL DCS系统升级改造概述[J].中国仪器仪表, 2010 (11) .

[2]于丽丽.Honeywell DCS升级改造实践[J].设备管理与维修, 2012 (01) .

电厂脱硫系统改造探讨 篇2

摘要：随着社会经济的快速发展，电厂作为经济发展过程中的重要支柱，发电技术方面也得到不断提升及完善。而脱硫系统经过改造后的运行更加安全可靠及环保。本文根据多年工作实践，对机组脱硫系统增容及取消旁路的改造进行探讨。

关键词：电厂；脱硫系统；改造

一、概况阐述

随着我国环境污染的日益严重，电厂所排放的SO2加剧了大气污染。我国国家环境保护部环办文件要求，电厂已建的脱硫设施旁路烟道需要拆除，对原有的脱硫系统进行增容改造，达到让机组环保、安全运行。表1 为某电厂脱硫系统的设计参数。

表1 电厂脱硫系统主要设计参数

项目改造前改造后

入口SO2浓度（标干态，60%O2/m）/mg·m-312992200

出口SO2浓度/mg·m-3≤104≤50

脱硫效率/%≥92≥97.7

二、脱硫改造情况

电厂的2号机组脱硫系统改造在先，于2012年11月至2013年2月，1号机组脱硫系统于2013年4月至2013年6月进行改造，改造内容包括脱硫包括烟气系统、吸收系统、吸收剂制备及石膏脱水系统以及电气系统等。

（一）烟气系统改造

烟气系统改造内容：拆除增压风机、旁路挡板门和原烟气挡板门。脱硫系统阻力由引风机克服，原引风机为卧式、单级、轴流式风机，功率3670kW，额定电流为405 A。改造后引风机为卧式、双级、轴流式风机，功率为7400kW，额定电流为805 A。对引风机出口（第一个膨胀节之后）至烟囱之间的烟道进行了优化及加固。在GGH入口原烟段水平直段设置2层事故喷淋。

（二）吸收系统改造

吸收塔浆池区加高2.8 m，浆池容积达到3 513m3，以保证满足浆液的反应时间。在原最上层喷淋层与除雾器之间新增2层喷淋层，吸收塔实行分段提升。改造后吸收塔整体升高了3.6m。每塔配5台浆液循环泵，原3台8 800 m3/ h浆液循环泵保留2台，将另1台更换为流量11700 m3 /h的浆液循环泵，同时新增2台11700 m3/h浆液循环泵。每个吸收塔增加2台4200 m3/h的氧化风机，将原2台67 m3 / h的石膏排出泵更换为97 m3/h的泵。吸收塔原配有7台搅拌器，上层增加3台功率为22 kW的搅拌器，每塔配10台搅拌器。

（三）吸收剂制备及石膏脱水系统改造

制桨系统增容方案采用外购石灰石粉，罐车运输，新增石灰石浆液箱，设置3台石灰石浆液供浆泵，新增一座石灰石粉仓，粉仓容积满足改造后2台炉BMCR工况下3天的石灰石粉耗量。罐车自带的输送风机把石灰石粉输送到仓顶部。新增1套石灰石供浆管路。脱水系统整体更换旋流器，改造前旋流器出力为67 m3/h，改造后出力调整到97 m3/h。拆除原有真空皮带脱水机及其配套设备，更换2台31m2真空皮带脱水机（原真空气皮带脱水机有效过滤面积为15.2m2）。

（四）电气系统改造

每台机组的脱硫6 kV段现一分为二，标示为脱硫6 kV I段和脱硫6 kV II段，两段之间增加母联开关，同时完善原有的快切装置，使两侧电源互为备用1 2号炉各新增加一段脱硫6 kV母线，标示为脱硫6 kV 段，新增两段母线采用单母线分段接线方式（带快切装置），电源从高压厂工作段1号机组6 kV1A2及2号机组6 kV2A2段引接1 2号脱硫系统各新增加一段400 V脱硫PC（动力中心）段及保安MCC（电动机控制中心）段。

三、运行调整

电厂1、2号机组脱硫系统改造后，运行了一段时间，逐步进入安全平稳期 表2为2013年9月3日14∶ 00环保监测数据，当时1号机组负荷700W，2号机组负荷600 MW。

表2 電厂脱硫系统改造后监测数据

项目1号机组2号机组

出口SO2浓度/mg·m-318.5934.53

出口NOx浓度/mg·m-390.7287.62

O2含量/%3.583.90

出口烟尘浓度//mg·m-319.7316.20

烟气温度/℃82.3573.10

烟气流量/m3·h-122322951488786

脱硫效率/%97.0496.99

（一）热工逻辑调整

原先的脱硫装置当脱硫系统故障后可以迅速打开脱硫旁路挡板，使锅炉的原烟气通过旁路进入烟囱排放，而不影响机组的安全运行，只要求在锅炉烟气脱硫通道挡板故障全关的情况下紧急停炉处理当脱硫装置旁路取消后，脱硫系统故障需触发锅炉MFT（主燃料跳闸）信号，电厂1、2号机组脱硫系统相关的热工逻辑调整如下：

（1）增加脱硫系统故障触发锅炉 MFT。脱硫原烟气温度>180℃（三取二），延时180s，锅炉MFT；脱硫净烟气温度>75℃（三取二）且脱硫5台循环浆液泵全停，延时15s，锅炉MFT。

（2）调整炉膛压力低低保护设定值。原炉膛压力低低（-5880Pa）延时3s，锅炉MFT；改造后炉膛压力低低（-4500pa）延时3s，锅炉MFT。

（3）增加相关引风机跳闸条件。机组MFT且炉膛负压低低（二取二）（- 5.5kPa）跳引风机；MFT且FGD 原烟气温度>180℃ 延时 60s 跳引风机；原烟气温度>180℃（三选二）延时480s跳引风机；循环浆液泵全停且净烟气温度>75℃（三选二）延时315s跳引风机。

（二）脱硫系统启停运行调整

在机组启动前执行《吸收塔系统启动前检查卡》，机组引风机启动时如果汽包金属温度大于100℃，必须至少有1台循环浆泵在运行，在锅炉点火、脱硫系统进热烟气前，至少要有2台循环浆液泵在运行。脱硫烟气系统停运前应适当降低吸收塔液位，依次停运循环浆液泵，当吸收塔前烟气温度降至70 ℃ 以下时停运最后 1 台循环浆液泵，锅炉 MFT且原烟气温度低于 40℃时方可停运 GGH。表3是电厂脱硫系统启停条件。

表3 脱硫系统的启停条件

项目改造前改造后

脱硫系

统启动电除尘投运正常锅炉燃烧稳定随机组启动

脱硫系统停止开旁路挡板锅炉MFT且烟气温度降至

70℃以下时停运最后1台循环浆液泵，原烟气温度低于40℃时方可停运GGH

（三）运行情况及调整

2013年5月24日11∶08 时，运行中的2号机组脱硫系统3台循环浆液泵全部跳闸，2台循环浆液在备用未启，11∶12 时，净烟气温度超过 75℃，延时

15s 后锅炉 MFT 动作。脱硫现场检查发现脱硫DCS 系统OPS2号 CPU 相关画面发生蓝屏现象，2号机组脱硫吸收塔相关设备无法操作和监控。最后调查的事故原因是2 号脱硫 DCS 系统（CHR03 柜）双侧 CPU 故障初始化，导致系统 DI（开关量输入信号）与 AI（模拟量输入信号）信号全部置0，导致控制信号输出异常，误发设备保护跳闸信号。为降低跳机风险，设计单位重新对五台循环浆液泵的控制信号重新进行分配，现在 1 号机组已调整一个 CPU控制1、2、5 号循环浆泵，另一个 CPU 控制 3、4 循环浆泵，但 2 号机组循环浆泵控制做了优化处理，CPU分配控制未做调整。

2013 年 5 月，2 号机组多次出现循环浆泵进口电动阀限位故障导致循环浆泵跳闸，循环浆泵排放阀限位故障导致循环浆泵无法启动的情况，其热工逻辑进行了以下调整，见表 4。

表4 循环浆泵逻辑调整

调整前调整后

循环浆泵启动，入口阀非全开，延时1S跳循环浆泵循环浆泵启动，入口阀全关非开，延时1S跳循环浆泵

循环浆泵启动，其排放阀非关，延时1S跳循环浆泵取消

循环浆泵启动条件：循环浆泵排放阀已关取消

自2007年脱硫系统开始运行以来，就一直存在GGH堵塞问题。GGH原烟气或净烟气差压高时导致增压风机马达电流增大，电流会超过额定电流，动叶开度增大。通过在线高压水冲洗和蒸汽吹灰都无法解决，只能开旁路挡板，限制机组负荷在400MW以下停运脱硫系统，进行 GGH 换热元件化学冲洗。每台机组一年要进行2～3 次，2012 年 GGH 冲洗情况见表 5。

表5 2012 年 GGH 换热元件化学冲洗情况

机组限负荷冲洗时间冲洗前GGH压差/ kpa

原烟气净烟气

2号2012-01-01至2012-01-020.8830.040

1号2012-04-28至2012-05-020.6890.789

2号2012-09-15至2012-10-040.7240.882

1号2012-09-291至2012-10-040.6440.701

1號2012-12-31至2013-01-030.7960.880

脱硫系统取消旁路后，如果出现 GGH 烟气差压高影响机组安全运行时，只能在机组停运后才能处理。机组改造时进行了 GGH 换热元件间隙调大，吸收塔整体升高 3.6m，电除尘改为电袋复合除尘器等。脱硫运行中执行了下面规定：及时进行 GGH 吹灰，每个班至少两次，如烟气系统运行工况较差，须增加吹灰频率或连续吹灰；每个夜班执行一次 GGH高压水冲洗；每班至少进行一次除雾器冲洗。现在2台机组的 GGH 烟气差压有了明显的改善，见表6。

表6 1号脱硫系统改造前后的GGH烟气差压

负荷/MW2012年9月9日2013年9月9日

原烟气差压/kpa净烟气差压/kpa原烟气差压/kpa净烟气差压/kpa

3000.2130.2240.1160.136

4000.3870.3620.2060.259

5000.4870.4520.2400.290

6000.5960.5410.2960.348

7000.7060.6300.3690.444

四、结束语

普通立式车床数控系统的改造 篇3

关键词：立式车床,数控化改造

1 研究目的与经济效益

普通立床采用接触器、继电器等电气原件来实现各运行部件的控制, 主轴以及各轴进给系统用交流电机拖动, 电气系统非常复杂;这类机床已不能满足现在企业对机床的功能、精度要求。

原设备的床身各大铸造部件如底座、立柱、衡梁等都是坚固的铸铁构件, 机械强度好, 稳定性好。这些铸铁件己使用多年, 自然时效充分, 不易变形, 使用后不会再出现由于机床构件变形而引起的精度变化。机床铸铁件重复使用, 节约资源, 改造机床可以利用原有位置的地基, 可节约大量社会资源;整体改造费用只有购置新机床的一半左右[1]。所以进行数控化改造是一种经济性很高的选择。

2 改造步骤

2.1 调研及系统选型

在改造前, 首先对机床的结构、各轴运动方式、机械精度、外围装置以及数控化改造后要实现的各项功能进行分析。数控系统主要由控制、驱动和测量系统三部分组成, 所以必须事先确定改造涉及面, 考虑到将来生产的需求和目前的经费情况, 最终决定要整体改造。

2.2 准备阶段

确定系统选型后对改造部分应进行机械设计、电路系统设计、PLC程序编制。电路控制系统设计的工作主要是设计新系统硬件与原电气控制部分的接口, 以实现可靠、稳定的通信功能。此外, 结合机床逻辑顺序、各轴动作、外围辅助装置情况, 编写PLC控制程序。

2.3 安装、调试、验收

包括丝杠、电机、工作台、传动部件安装, 新的数控系统硬件安装。电路部分一些电缆需要重新安装, 调试工作包括机械精度、液压稳定性、电气连接、控制可靠性、传感器信号等。

3 改造内容

3.1 选择数控系统

数控系统选择是改造的重要环节, 选择系统性能过高, 成本增加;选择系统性能较低或功能较少, 不能满足加工需要, 不能充分发挥设备的性能, 达不到改造的效果;因此应结合机床实际功能需求进行合理选用。

选择数控系统时, 除经济成本外, 还应主要从两个方面考虑:一方面根据改造机床要实现的功能, 选择系统型号, 从而使改造后的机床能充分发挥改造效果;另一方面是根据现有资源, 实施单位工作人员对各类数控系统的熟悉程度来选择厂家, 便于维修和备件储备。

目前市场上应用较多的系统有SIEMENS、FANUC、华中数控系统、广州数控设备有限公司的数控系统等。其中应用最多的是FANUC数控系统[2]。通过充分研究各主流数控系统的特点、功能、经济性后, 考虑到维修经济性, 结合单位其它设备数控系统的使用情况, 结合人员对各类数控系统熟悉程度, 确定选用FANUC OiTD系统。

3.2 确定伺服驱动系统

数控机床各轴要有良好的定位精度和稳定性。有以下伺服驱动方式选择:

1) 驱动选用步进电动机, 控制方面是开环控制方式, 电动机将电脉冲信号转化为角位移或直线位移, 每输入一个脉冲, 就转动一个固定的角度, 实际的转动位移对系统没有反馈;2) 驱动选用直流电动机或交流伺服电动机, 控制方面采用全闭环方式, 在移动末端安装光栅尺, 测量实际移动量, 反馈到总控系统, 与指令位移对比, 并进行修正;3) 驱动选用直流或交流伺服电动机, 控制方式采用半闭环控制, 电机编码器进行位置反馈。

直流或交流伺服电动机的半闭环控制驱动方式, 各项功能介于开环控制和闭环控制之间。调速范围广, 采用半闭环反馈控制, 性能好于开环控制;且反馈装置简单, 改造时比全闭环采用光栅尺反馈的控制方式容易实现。经过综合分析最终选用了FANUC OiTD系统, 各轴采用半闭环控制方式。

3.3 调速方式的选择

直流伺服电动机特点如下:1) 电枢控制时机械特性线性度比较好。2) 调速范围较广。3) 起动转矩大。4) 功率损耗小, 适用于大功率的驱动系统中。

本次改造的立车其功率较大、车床主轴卡盘较大, 转动惯量大, 所以扭矩较大, 改造如果选用交流变频调速, 则要选择专用电机, 选用大功率变频器, 改造成本会大大增加, 最终本次立式车床数控化改造选用了直流电机, 选用了直流数字化变频技术调速控制。

3.4 改造细节

1) 主轴驱动选用数字化直流调速。包括主轴的驱动路线、液压变速系统的状态调整, 直流变频调速器系统的设计和参数设定、主轴驱动的PLC程序的设计。2) 立式车床刀架移动的X轴和Z轴, 驱动方式选用数控控制。为提高传动系统的定位精度和加工精度, 将系统的传动丝杠改造为滚珠丝杠。滚珠丝杠运行平稳, 特别是启动时无颤振, 低速运动时无爬行。同时具有磨损小、使用寿命长等特点, 在安装时, 可以通过调节预紧力来消除间隙, 提高系统的刚性。3) 采用FANUC Oi-TD数控系统。相应的X轴和Z轴选用其系统匹配的交流伺服电机, 控制方式上采用半闭环。4) 为了实现立式车床具有车螺纹功能, 具有恒线速切削的功能, 需要在主轴上安装同步编码器。采用同步齿形皮带连接, 编码器反馈的数据进入控制系统, 形成一个全闭环控制的模式, 控制系统实时矫正对主轴的输出, 这样也扩大了车床的加工范围。5) 二侧刀架取消。6) 横梁部分不进行改造, 仍保留原有的控制方式。

4 改造前后对比

数控改造后立式车床的主要技术性能指标对比如下表所示。

立式车床数控化改造的设计和实施产生以下效果:

1) 提高了生产效率、降低了加工成本:改造后加工效率提高, 时间明显缩短, 滚珠丝杠传动效率高, 机床功率降低, 能耗减少。2) 加工功能灵活多样:安装主轴编码器后, 立式车床增加了车削螺纹的功能, 增加了恒线速切削的功能, 机床加工性能有很大提高。3) 保证加工质量:丝杠更换为滚珠丝杠, 机床的定位精度有很大提高, 加工精度提升使产品质量有很大提高。

参考文献

[1]杨小荣, 孙芳.车床数控改造[M].上海:上海科学技术出版社, 2007.

数控机床维修改造技术 篇4

凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭

没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。

我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践

带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

一、数控技术

谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。

1.数控机床电气控制系统综述

一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。

（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。

（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。

（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。

当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。

不同厂商的PLC有不同的PLC语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床PLC程序的前提是先熟悉该机床的PLC语言。

（4）主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩（功率）调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。

主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例

如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。

（5）进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流（转矩）调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。

进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链

的状态发生变化，就需重调速度环调节器。

（6）电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器（继电器、接触器），很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。

（7）机床（电器部分）包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床

各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。

这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。

（8）速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。

这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。

（9）位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采

用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。

位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。

（10）外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。

2.数控机床运动坐标的电气控制

数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置控制环串联组成

.其控制框图如图2.

（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。

（2）速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分（PI）调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则

位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。

速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。

（3）位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：

一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉

冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：

Kv=v/Δ

式中v――坐标运行速度，m/min

Δ――跟踪误差，mm

注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min,则Kv值单位为m/（mm・min），若v的单位为mm/s,则Kv的单位应为mm/（mm・s）。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

位置反馈（参见上节“位置测量”）有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上，理论上这种控制的位置精度情况最好，但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低，如若不然，则会严重影响两坐标的动态精度，而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题，千万不可轻视。

（4）前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

二、维修工作的基本条件

数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一 旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。

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1.人员条件

数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。

（3）应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。

（4）勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。

（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。

2.物质条件

（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。

（5）数控机床使用、维修技术档案材料。

3.关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。

（1）人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。

（2）建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。

（3）日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。

（4）提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的 堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命 阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8――左右。

因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。

三、维修与排故技术

1.常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

（1）以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软

件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。

（2）以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

（3）以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工 件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。

（4）以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。

（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这 就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。

2.故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

①询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。

②现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。

③故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

④确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准 备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因 ,故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

（1）直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。

②目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等 .

③触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

④通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。

（2）仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

（3）信号与报警指示分析法

①硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

②软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的`报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

（4）接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

（5）参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、 不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

（6）备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。

①更换任何备件都必须在断电情况下进行。

②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。

③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。

④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。

鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。

（7）交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

（8）特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。

3.电气维修与故障的排除

这是排故的第二阶段，是实施阶段。

如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。

（1）电源 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：

①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。

②电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。

③电源始端有良好的接地。

④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。

⑤电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。

（2）数控系统位置环故障

①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。

②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。

（3）机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。

（4）机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

（5）偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。

本文由于篇幅所限不做更多的介绍，读者可参阅数控机床的随机资料及其他专门介绍各种故 障的文章。

4.维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。

总结提高工作的主要内容包括：

①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。

②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。

③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在 随后的日子里研读，以备将来之需。

④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。

⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。

总结提高工作的好处是：

①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。

②提高重复性故障的维修速度。

③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。

④可改进机床电气原设计之不足。

⑤资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。

港口工程消防系统升级改造 篇5

(1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230；2.武汉东川自来水科技开发有限公司，武汉 430014)

0 引 言

巴基斯坦卡西姆港内某码头项目是中方承建的EPC工程.根据业主标书要求，该项目中的海水消防系统流量为100 m3/h, 最远处环状管网压强不小于1.0 MPa.实际设计及施工后水泵流量为140 m3/h，扬程为38 m，远小于业主要求，业主拒绝验收，要求系统升级.后通过与业主及咨工沟通，业主、咨工及承包方均同意按照美标NFPA 14-2010第7.10.1.1.1条款[1]要求：“For classⅠand classⅢ systems, the minimum flow rate for the hydraulically most remote standpipe shall be 500 GPM(113.6 m3/h) ”, 将消防系统最远处消火栓的2个DN65出口的总流量确定为113.6 m3/h；按照其7.8.1条款要求：“ Hydraulically designed standpipe systems shall be designed to provide the water flow rate required by Section 7.10 at a minimum residual pressure of 100 psi(0.69 MPa) at the outlet of the hydraulically most remote 21/2 in. (65 mm) hose connection and 65 psi (0.45 MPa) at the outlet of the hydraulically most remote 11/2 in. (40 mm) hose station”，确认最远处消火栓的出口剩余压强不小于0.69 MPa.根据上述要求，中方对原有系统进行升级改造后系统通过验收.

1 原有消防系统

1.1 泵房

本项目采用海水作为消防水源.原有泵房位于码头端部，占地7.0 m×5.5 m，内部设置2台海水立式长轴涡流泵[2]，一用一备，单台流量140 m3/h，扬程38 m.长轴泵冷却水来源于生活供水泵房水池，系统采用人工控制.将长轴泵冷却水供水管及消防主泵出水管埋设在码头结构内，在泵房内引出接管点，原有泵房见图1.

图1 原有泵房

该泵房存在的主要问题：(1)水泵扬程不够；(2)系统为人工运行，发生火灾时需要人工启动，容易贻误战机；(3)长轴泵冷却水来自生活供水泵站生活水池内的淡水.由于当地严重缺水，只能通过水罐车运水来满足生活用水，水池经常处于缺水状态，如果发生火灾时无冷却水，主泵无法运行，将带来极其严重的后果.

1.2 管网系统

(1)原有主管网系统采用DN200的HDPE管，管道压强等级为1.0 MPa，管网采用环状敷设，消火栓按照美标NFPA 307-2011[3]要求，间距小于90 m.

(2)受原有管网压强等级的限制，不能满足最远处消火栓剩余压强为1.0 MPa的要求.

(3)根据业主要求，生活供水管网系统需与消防管网系统的防污止回阀和闸阀连通，由生活供水系统提供消防系统稳压用水。但是，当消防系统运行时，防污止回阀达不到使用要求[4]，仍有部分海水返流入生活供水管道系统，生活用水被污染,有明显咸味.

2 系统升级原则、目标及主要计算

2.1 系统升级原则与目标

在减少设计及施工难度、减少施工周期、减少投资、满足业主要求及相关规范的前提下，基于原有消防系统开展设计及施工工作，升级后的系统应满足以下要求：

(1)最远处消火栓DN65的出口剩余压强不小于0.69 MPa，且该消火栓2个DN65出口总流量达到113.6 m3/h，水泵出口压强在0.84 MPa左右；(2)系统能自动运行；(3)增加一路海水水源作为长轴泵应急冷却用水.

2.2 主要计算

本次系统升级采用试算、图表及反推计算法等方法选取管中泵参数.

2.2.1 主要计算原则

先以设计消火栓出口压强及流量(0.69 MPa,56.8 m3/h)为切入点，初步核算水带水损，求得水枪基本参数(0.48 MPa, 56.8 m3/h)，选定水枪;再以最远处消火栓出口为入手点，假定消火栓出口剩余压强为0.72 MPa(预留0.03 MPa安全富余量)，向下游计算得到水枪喷口水量，核算出口流量是否满足设计流量要求，如果满足，则向上流反算管中泵出口压强，结合海水长轴泵参数及海水液面高度等参数，计算管中泵参数，选定管中泵.

本系统高程为相对于卡西姆港海图基准面(CD).

2.2.2 计算过程

(1)水带水损

h1=A×L×q2/100

式中：h1为DN65衬胶水带水损，MPa；A为摩擦损失因数，为0.001 7；L为水带长度,取30 m;q为水枪流量，L/s.

(2)水枪入口压强

h2=0.72-h1-0.012

式中：0.012为水枪出口与消火栓出口的高差，MPa.

计算得

h2=0.71-5.1×10-4×q2

结合选定的水枪工况曲线，采用Excel表绘制管道及水枪工况曲线，得到水枪工况点，见图2.

图2 消火栓出口压强为0.72 MPa时的工况曲线

由图2可知，假定消火栓出口压强为0.72 MPa，水枪工况点为17.45 L/s，0.56 MPa，则系统流量为17.45×2=34.90 L/s=125.6 m3/h>113.6 m3/h，满足设计要求.可以把系统流量125.6 m3/h、消火栓出口剩余压强0.72 MPa作为基准参数，反算管中泵出口压强.

(3)管中泵出口压强h3由消火栓出口压强h4(0.72 MPa)、消火栓出口压强损失h5(取经验值0.03 MPa)、主管网(按支管计算)沿程及局部损失h6、水泵出口与消防水枪高差h7(0.009 MPa)、安全水头h8(取0.02 MPa)等部分组成,即

h3=h4+h5+h6+h7+h8=0.72+0.03+

h6+0.009+0.02≈0.78+h6

其中主管网由3部分组成：分别为泵房至陆域管道的DN200不锈钢管，管长19.0 m; 压力等级为1.0 MPa的DN200 HDPE管，管长403.0 m(主环状管网)；压力等级为1.0 MPa的DN150 HDPE管，管长55.0 m(主环状管网至消火栓之间管段).管道水头损失计算采用海澄-威廉公式：

式中：i为管道单位长度水头损失，kPa/m；dj为管道计算内径，m；qg为给水设计流量，m3/s，本系统为3.49×10-2m3/s；Ch为海澄-威廉因数，塑料管为140，不锈钢管为130.

根据上述公式，当系统流量为125.6 m3/h时，管道水损参数见表1.

表1 管道水损参数表

取管道局部损失因数为0.1，则管道沿程及局部损失

h6=(1+0.1)×(1.25+38.69+17.95)=

63.68 kPa≈0.064 MPa

则管中泵出口压力

h3=0.78+h6=0.78+0.064≈0.84 MPa

(4)管中泵参数确定.已知管中泵出口压强为0.84 MPa，系统流量125.6 m3/h,最低天文潮(LAT)为-0.49 m,管中泵出口高程为6.5 m. 根据海水长轴泵工况曲线，在流量为125.6 m3/h时，其扬程为39 m，则管中泵扬程

h9=h3+h10+h11-h12

式中：h3为管中泵出口压强, MPa;h10为泵房内设备及管线局部水损，按经验数据取0.03 MPa；h11为管中泵出口与设计低水位高差，MPa；流量为125.6 m3/h时，海水长轴泵扬程h12为39 m，即0.38 MPa.则

h9=h3+h10+h11-h12=0.84+0.03+9.8×

10-3×(6.5+0.49)-0.38≈0.56 MPa

2.2.3 管中泵参数的选取

根据以上计算得出在系统流量为125.6 m3/h、最远处消火栓DN65出口剩余压强为0.72 MPa的前提下，管中泵工况点流量为125.6 m3/h，扬程为0.56 MPa, 在供水能力有一定富余时，结合市场上供应的管中泵型号，最终确定管中泵参数：流量为144 m3/h；扬程为68 m；功率为39 kW；电压为380 V.

实际运行时可适当降低频率，维持管中泵出口压强在0.84 MPa左右.

3 采取的主要升级措施

(1)增加一台变频管中泵，进水口从长轴泵总出水管靠西南窗一侧的预留盲板端接入，出口再接入靠门一侧的总出口，通过阀门的启闭使该管中泵串联入原有消防系统[5].管中泵出现故障时，可以通过阀门的启闭使该水泵脱离原系统，而原系统水泵仍能正常使用.

(2)泵房外增加一个20 m3的消防专用清水池，清水池水源来自生活泵房，采用浮球阀进水，该水池平时作为消防系统稳压用水，消防时作为冷却用水.

(3)增加一台稳压泵，作为消防系统平时稳压及消防时供应冷却水使用.

(4)消防总出水管处引一根出水管连接至原海水长轴泵冷却进水管路上，并在管路上设置手动阀门，平时关闭，发生火灾而无淡水冷却水供应时人工开启.

(5)增加压强传感器、电动阀、超声波液位仪、变频控制柜等设备，控制系统自动运行.

4 泵房升级的重点及控制要点

由于泵房面积较小，总出水口已经埋入码头实体结构，没有空间安装需要增加的管道泵、多级泵等类型的水泵，综合考虑决定采用占地较小的管中泵作为二次加压泵.[6]报批咨工的图纸主要部分见图3，系统竣工后的现场照片见图4，系统PID图见图5.

系统控制是本项目升级的要点:共设置4个电动阀、4套电接点压强变送器、1套水池液位传感器，新增1台稳压泵、1套控制柜.下面对各设备单元的功能及自动控制要点进行描述.

4.1 电动阀

(1)冷却水系统电动阀的控制.发生火灾时，冷却水泵正常工作，开启2台长轴泵的进水阀⑦和⑧，待其中一台海水长轴主泵(①或②)工作正常后，再自动关闭备用泵的冷却进水电动阀(①工作，关⑦，②工作，关⑧)，冷却进水总管上配备电接点压强变送器(编号)，可以判断系统是否能正常供应冷却水[7].消防完毕后，冷却水电动进水阀自动关闭，系统进入一般稳压状态.

(2)冷却水及稳压水切换阀门的控制.系统设置冷却水及稳压水的切换阀门，阀门编号，该阀门平时为开启状态，稳压泵可以向系统提供稳压水，消防时自动关闭，稳压泵转为向海水长轴泵提供冷却用水；消防完毕后，切换阀门再次自动打开，系统进入一般稳压状态.

(a)消防泵房平面布置(1∶25)

(b)A-A剖面(1∶25)

图4 竣工照片

(3)空气联通阀的控制.系统设置空气联通电动阀，阀门编号，主要功能及控制要求如下：

图5 消防系统PID图

发生火灾后，当系统运行到海水长轴泵正常开启时，自动开启该阀门10 s左右再关闭，然后系统再启动管中泵，以进一步排除管中泵(设备编号③)中可能存在的空气，保护管中泵.

消防完毕人工关闭系统时，该阀门自动开启，卸掉管网中压强，此时稳压泵及主泵(1台海水长轴泵及管中泵)一直开启，管网压强慢慢下降.然后先关闭管中泵，延时20 s左右再关闭海水长轴泵(稳压泵不关闭)，此时管网中压强几乎为0.然后再自动关闭该电动阀，系统压强缓慢上升，当压强上升至设定的稳压泵停泵压强后，稳压泵关闭，此时系统可自动转化到一般稳压状态.该停泵过程可以缓慢地、分阶段地降低管网压强，有效防止停泵水锤的产生.

4.2 电接点压强变送器

4.3 稳压泵

新增稳压泵(设备编号为④)平时作为稳压泵使用，消防时作为海水长轴泵冷却供水使用.

4.4 水池超声波液位仪

主要有探测冷却水水池液位、提供溢流液位报警、低液位报警及关泵保护功能，当系统低液位报警后，应该及时手动开启海水冷却水管道上的阀门，系统转为由海水作为冷却水，确保系统冷却水的安全供应.

4.5 控制柜变频控制

新增管中泵采用变频控制的主要原因及功能如下：

(1)消防验收时港口已经投入使用，由于管网采用1.0 MPa的压强管道，升级后的压强已经接近管道允许使用的最高压强[9]，故采用变频控制.管中泵工作时，可以缓慢提高供电频率和管网压强，有效避免启泵水锤，减少对管网的冲击，减少管道破损后维修带来的交通不便及运营后业主索赔等一系列不利影响.

(2)通过变频运行，可以有效、方便地控制系统运行压强及流量[10]，在验收阶段可以根据实际工况适当调整水泵运行参数，使得在苛刻的消防验收条件下有一定的主动权.

5 系统验收

系统验收工作最终于2012年2月23日进行，参与方为中方代表、业主代表及咨工代表.现场压强采用压强表读数，流量采用消火栓出口串接DN65便携式电磁流量计读数，且压强表及流量计均经过当地相关部门事先标定并出具标定证明.验收时每台海水长轴泵运行4 h，系统总运行时间8 h，实际工况的系统平均流量为128.6 m3/h，最远处消火栓DN65出口剩余压强为0.72 MPa，管中泵出口压强为0.85 MPa，与计算值十分接近.

6 其他问题

(1)管中泵的变频.管中泵采用变频运行，可以调节系统运行压强.关闭消火栓后，变频器可以根据管网压强的反馈缓慢降低频率，最终维持管道压强在0.85 MPa左右，但是该变频调节相对滞后[11]，管道消火栓关闭后，短时间内管网压强还能上升到0.95 MPa左右，但是由于管网中设置有安全阀，该压强的上升基本可以接受.

(2)冷却水的消耗.消防系统运行时，稳压泵开启供给长轴泵冷却淡水，但该泵实际流量为3 L/s左右，压强0.40 MPa，按照一次消防4 h考虑，消耗的淡水量依旧很大，为43.2 m3/次.在巴基斯坦南部缺水区域，难以保证淡水的安全供应.实际验收时，采用手动控制球阀⑤的开启度，减少冷却水消耗量.该系统的优化可以在消防主出水管网上增加一路供水管道至水池，管道上设置电动阀门，连锁超声波液位仪控制该阀门的启闭，当水池液位低于设定值时，自动开启该阀门，到达设定高液位时，自动关闭该阀门，可以保证冷却水的充沛供给.

(3)系统升级设备参数的确定.在设计消防系统升级时，先初步核算、确定试验用水枪的大概参数，再假定消火栓出口压强，用图解计算系统流量，如果计算所得的流量能满足要求，再根据水带水损(按照30 m计算[12])、管网水损、泵房内水损、海水最低潮面、海水长轴泵运行参数等数据，最终确定管中泵流量及扬程[13]，并需留有一定的富余，该计算工作是系统升级的核心及前提.

(4)稳压罐.系统采用的是HDPE管，管道本身具有一定的伸缩性和调压功能，本系统升级时没有采用稳压罐.实际运行时，稳压泵单次启动时间约30 s，管道压强从0.25 MPa升为0.45 MPa，运行良好.其附近的已建码头FOTCO JETTY 1 PROJECT QP-2消防管道为钢管，其消防系统没有使用稳压罐，而是在稳压泵出口管上设置压强控制阀,使部分稳压水回流至屋顶水箱[14].

(5)生活供水系统与消防供水系统的连接.消防系统稳压用水单独设置稳压水池，关闭原生活供水系统与消防供水系统连接管道上的闸阀，即改造后的生活供水系统与消防供水系统间接连通，能有效避免消防供水的倒流，保证水质.

7 结束语

(1)特定条件下的消防系统升级应该结合实际情况，合理选择水泵类型,尽量少占用空间;布局合理，便于使用、操作及管理；(2)合理选择控制方式，通过分批次、变频启泵及开大气联通阀、分批停泵等方式减少启泵及停泵过程中的水锤影响，减少对管网的冲击；(3)采用HDPE管等具有一定伸缩性管道的供水系统，其泵房内可以不设置稳压罐；(4)需要连接不同水质管道时，为保证水质要求，在有条件的情况下应尽量采用间接连接；(5)在充分了解业主意图、熟悉美标消防规范要求的基础上，通过合理的分析计算，采用新增管中泵、稳压泵、冷却水供给系统、控制监测系统等升级原消防系统是可行的，本案例的成功升级对类似供水系统的升级改造具有一定的参考意义.

参考文献：

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[4] 丁再励, 余超. 生活饮用水系统防止倒流污染的几个问题[J]. 给水排水, 2008(04): 120-123.

[5] 包怡斐, 张烨, 徐树宝. 水泵串联技术应用的探讨[J]. 排灌机械, 1996(02): 39-42.

[6] 杨德富. 管中泵在供水设备中的应用[J]. 中国给水排水, 2012(14): 13-14.

[7] 梁勇军. 润滑水监控装置在立式水泵中设置的必要性[J]. 水泵技术, 2012(03): 21-23.

[8] 杨琦, 许明印. 消防泵的主备用切换方法比较[J]. 消防技术与产品信息, 2004(06): 24-26.

[9] BS EN 12201-1:2003. Plastics piping systems for water supply polyethylene (PE)-Part 1: General[S]. 2003.

[10] 林哲华. 变频供水设备的应用与控制措施[J]. 民营科技, 2008, 9(06): 168-141.

[11] 宛路威, 黄书凯, 赵林燕. 关于提高变频器调频速度的研究[J]. 变频器世界, 2007(08): 73-74.

[12] NFPA1961-2007. Standard on fire hose[S]. 2007.

[13] 姚青云，刘莉莉. 利用规划求解法确定水泵工况点[J].中国农村水利水电, 2011(09): 149-151.

蒸发真空系统改造方案 篇6

陕西省化工总厂2万吨/年烧碱系统是由原1万吨/年逐步扩建而来:首先将二、三效蒸发器由自然循环改成强制循环, 随后一、二效蒸发器的加热面积也由120㎡扩大到180㎡。虽然蒸发器的能力在不断增加, 但三效的真空系统一直没有改造, 造成真空喷射器循环水进水温度达40℃, 出水温度更是高达53℃, 真空度由当初的650-670mm Hg柱下降到500-530mm Hg柱, 蒸发系统的温度整体上升, 对设备的腐蚀增加, 检修频繁。蒸发生产能力达不到要求, 形成氯碱系统生产的瓶颈, 因此, 真空系统的改造迫在眉睫。

但氯碱市场低迷, 企业资金紧张, 只能寻找一种经济可行的改造方法。

我厂蒸发真空系统的实际状况如下: (表1)

冷却塔为水喷射驱动风机雾化式冷却塔, 原来装了16组, 因热水泵压力过低运行效果差, 卸掉了4组, 所以现在还空4个位置。

二、改造思路、目标及可行性分析

从上面的情况可以看出, 热水泵型号是10SH-13A, 换个叶轮, 就变为10SH-13, 流量、扬程必将大幅度提高;冷却塔增加4组, 再加上热水泵流量、扬程的增加, 能力提高45%是完全可能的;凉水泵因为原设计选用压力本来就高, 流量增大后, 压力的降低不会影响真空系统的正常运行;最后, 再在真空喷射器上下点功夫就完全有可能用很小的投资使真空系统的能力提高45%左右, 这就是我们改造的目标。

三、改造方案

首先分析热水泵, 换叶轮后流量提高45%即流量达到418m3/h, 依据表2泵性能表, 利用插值法可以估算出:此时实际扬程为25.3*92%=23.3m, 轴功率约为36KW, 由于我厂当初安装泵时配的电机就是45KW, 因此, 对热水泵的改造, 仅仅换个叶轮就可以满足需要了。

其次分析凉水泵, 流量提高45%, 即流量达到398m3/h, 同样依据表2泵性能表, 利用插值法可以估算出:此时扬程约为57.6*92%=53m, 该扬程完全满足真空喷射器对水压的要求, 显然我厂现有凉水泵不用进行任何改造。

再看冷却塔, 水喷射驱动风机雾化式冷却塔虽说0.08MPa的进水压力就能运行, 但效果还是比较差的。随着进水压力的提高, 冷却效果越来越好, 冷却水量也自动增加, 根据长期的运行经验来看, 如能将进水压力控制在1.3—1.5Mpa是比较合适的。

考虑到现在泵的底阀常常回不了位 (卡住) , 我们计划加高水池沿壁, 使水面高于泵进口, 这样就可以去掉底阀, 也降低了管道系统的阻力。改造前水池液面与喷雾口高度差7.5m, 改造后水池水面升高, 水池液面与喷雾口高度差降为6.5m。

根据现场的实际情况, 参考《建筑给排水设计规范》GB50015-2003, 计算出改造前热水泵进出口管线 (dn250) 折合阻力约为2.9m, 凉水泵进出口管线 (dn250) 折合阻力约为5.6m;改造后热水泵进出口管线折合阻力为4.5m, 凉水泵进出口管线折合阻力为8.2m。

工艺流程图见图1

对于水喷射驱动风机雾化式冷却塔来说, 由于改造前后水压相差不大, 冷却水量可按Q≈K*h0.5来估算。h为进塔水压 (m水柱) (根据厂家所给塔的性能表, 喷嘴处压力15m水柱时冷却水量30 m3/h, 这里按28 m3/h计算)

冷却塔的k≈Q/h0.5=28/150.5=28/3.87=7.24

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-泵进出口液位差=21.4-2.9-7.5=11.0m, 故:改造前单台冷却塔能力:

Qq1=K*h0.5=7.24*11.00.5=7.24*3.32=24.0m3/hr。

改造后喷嘴处水压=23.9-4.5-6.5=12.9m,

改造后单台冷却塔能力:

Qh1=K*h0.5=7.24*12.90.5=7.24*3.59=26.0m3/hr。

所以, 改造前热水泵冷却塔系统的能力为:24*12=288 m3/h

改造后热水泵与凉水塔系统的能力为:26*16=416 m3/h, 实际能力提高了 (416-288) /288=44.4% (与前面假设基本一致) 。

再来分析凉水泵与水喷射真空泵: (现用水喷射真空器喷嘴面积共0.002769m2)

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-喷嘴处距凉水池液面高度差=59.8-5.6-14.5=39.7m水柱。此时真空度为550mm Hg柱, 折合7.48m水柱。

可以计算出改造前喷嘴处压差ΔH=39.7m+7.48m=47.18 m

喷嘴系数取0.92, 则

要达到流量提高45%, 即流量达到398m3/h, 此时, 凉水泵的扬程为 (0.576 MPa*0.92) =0.53Mpa:

这时喷嘴处水压=53-8.2-14.5=30.2m, 改造后真空度可以达到650mm Hg柱, 折合8.84m水柱, 可以计算出喷嘴前后压差30.2m+8.84m=39.04m

V流速=0.92* (2*9.8*39.04) ^0.5=25.45m/s

要达到总流量为398 m3/h, 则需要的喷嘴面积为:

S0=398/3600/25.45=0.004344m2

故需要增加的喷嘴面积ΔS=0.004344m2-0.002769m2=0.001575 m2

四、扁形喷嘴的布置方法

由于现有真空喷射器中无法再安装喷嘴, 但现有真空喷射器已经满足对不凝性气体的抽气能力要求, 所以, 考虑在现有真空喷射器蒸汽进口前增加一直径φ800辅助喷水降温器, 新增加的喷嘴安装在辅助喷水降温器内, 由斜下方向上喷水, 与设备顶碰撞后散开落下, 用于对蒸汽冷凝降温, 分担真空喷射器的冷凝负荷。

为防止堵塞, 考虑将φ57*3.5钢管端部压扁, 形成约5.5mm*60mm条形扁喷嘴。则需要该种扁喷嘴数n=0.001575/0.0055/0.06=5个, 刚好满足要求。

这样, 就用极小的投资, 完成了蒸发系统的改造, 可以说是事半功倍。

参考文献

射流泵技术的理论及应用--陆宏圻著水利电力出版社1989

焊接转台调速系统改造 篇7

车间焊接转台使用近15年, 电气控制系统采用TDGC型单相调压器进行设备转速, 这种速度控制方式存在一些问题: (1) 转台低速运转时有明显卡顿现象, 严重影响产品焊接质量。 (2) 无法精确变速和显示转速, 使用不便。 (2) 调压器对使用者有较大安全隐患。为此, 对焊接转台调速系统进行改造。

2.改造实施

(1) 保留直流电机, 经过调研, 改用直流电机控制器——博山电机SK400B型直流电机控制稳压电源, 进行电机调速。SK400B型稳压电源采用脉宽调制技术, 电枢输出电压稳定度高, 电枢电压从零到额定值连续可调, 使得电机调速极为方便。电源工作频率高, 确保电机在低速下能稳定工作, 不出现爬行现象。

(2) 改造控制面板, 使其直观显示各个功能状态。SK400B型稳压电源内部装有正反转继电器, 可实现正反转切换功能, 配合组合开关使电枢输出电压分别接入不同电机, 实现快慢速两挡转换。增加急停开关, 保证操作安全。将DP3A型数显电压表接入调速电位器, 用转速仪标定后, 可实现转速数字化显示, 使操作更加直观。

数控系统改造 篇8

关键词：数控系统,改造,设计,评估,步骤

0 引言

对普通机床数控系统中的关键部位按照一定的要求进行改造, 由原来完全依靠手工的操作形式改成由程序控制的自动运行, 不仅可以减轻劳动强度, 同时还可提高加工质量的稳定性。对旧的数控机床的关键部件投入一定费用进行数控化改造, 势必会提高生产效率, 使机床在生产中继续发挥关键的作用。在我国目前的发展条件下, 不可能更新全部的旧设备, 因此, 力争少花钱来改造机床中的关键部件是必经之路。

1 数控系统中改造的关键部件

1.1 主传动系统

数控系统中车床的主传动系统主要作用是承受主切削力的传动运动, 其回转的速度和工作的功率大小直接影响机床的加工效率。为保证机床加工的自动化程度的实现和加工的精度, 主轴部件作为主要的部件起着重要的作用, 并且决定着数控车床的性能好坏。对数控系统中普通车床进行数控改造的过程, 可保留原机床的变速操纵机构和主传动系统, 这样不仅保证了机床的原有功能, 同时还可减少改造的工作量。

在交直流主轴电动机的数控车床中广泛应用到主传动系统, 这就要求主传动的调速范围及功率要大大增加。同时在数控机床中我们常采用机电相结合的方法, 这样可进一步满足对主传动扭矩输出和调速的相应要求。为达到该要求可采用齿轮变速和电动机调速2种方法。

1.2 进给传动系统

对数控系统中的进给传动系统进行改造有着重要的意义, 进给运动的灵敏度、传动精度以及稳定度决定了被加工工件的轮廓精度和坐标精度。因此, 对数控系统中的进给传动系统的设计和改造有几点要求:

(1) 提高传动的刚度和精度。在进给系统中决定传动刚度和精度的主要部件是圆周进给系统、直线进给系统以及支承结构。因此, 在设计改造过程中可以在传动链中加入减速齿轮, 并且采用适当的方法来消除滚珠等之间的传动间隙, 这样可提高支承的刚度, 从而提高进给系统的传动精度。

(2) 减少运动件之间的摩擦力。减少运动件之间的相互摩擦阻力可在很大程度上提高进给系统快速响应的特性。进给系统中的主要摩擦力来自于丝杠和导轨之间。因此, 针对该种情况采用的结构可以有效地减少摩擦。

(3) 减少运动惯量。在进给系统中每个元件都影响着机构的制动和启动。因此, 在数控系统主要部件的设计和选择中应该尽可能地减少元件之间的组合惯量。

2 数控系统中关键部件改造基本步骤

对数控系统中的关键部件进行改造和设计时, 所遵循的一般改造和设计步骤主要有确定改造方案、准备改造技术方案、实施改造、验收以及后期工作。其中, 对于要进行改造的部分, 主要包括以下几个方面:

2.1 原机床的全面保养

机床在使用一段时间后, 机械、润滑、液压、冷却等部分会有不同程度的损伤, 因此首先要对原机床进行全面的保养;其次, 应对机床进行一次尺寸精度、几何精度的测量并记录下来, 一方面可以对关键部件的改造起到一定的指导参考作用, 还可以作为改造结束后的分析对照物。

2.2 调整保留的电气部分

在数控系统的改造中一般只是对某些部件进行改造, 而对那些不用进行改造的部件, 则需要进行调整和保养。例如在电气系统中, 可进行保养的部件有电机, 调整的措施包括更换强电部分的零件、清洁污染物等, 同时还可以对通风冷却装置、驱动装置进行最佳化的调整。只有对保留的电气部分进行仔细的最佳化调整, 才可以保证关键部件在改造后机床在运行工作时具有较低的故障率。

2.3 原系统拆除

对原系统的拆除, 为防止在拆除过程中的遗漏以及对局部进行改造时的过拆, 在拆除过程中要对照原图纸仔细核对, 并进行相应的标记。在对原系统进行拆除时会发现新的系统可能会存在一些不足之处, 因此我们要及时地进行修正。对于从原系统拆下的主要部件要分门别类地妥善保管, 这样可以保证在某些特殊的情况下, 其可作为其他机床的部件使用。

2.4 对新系统位置及布线的合理安排

根据新系统的设计图纸, 对新系统进行合理的配置, 主要包括面板的安放、箱体的固定、固定调整元器件的位置以线路走向等。各项工作必须做到复查检验、分工明确, 以保证连线工艺的规范, 走线路径的合理准确。

2.5 调试

调试工作必须要按照事先确定的要求和步骤进行。调试人员在调试过程中必须保持头脑冷静, 并对调试结果随时记录, 以便能够及时地发现问题、解决问题。在调试过程中, 首先应确保测试安全系统的灵敏度, 以防止安全事故的发生;调试现场必须保持清洁干净, 没有多余物品存留。在调试中可以模拟试验的, 要先模拟后实动;可以空载试验的, 要做到先空载后加载;可以手动的, 要先手动后自动。

3 数控系统中关键部件改造的可行性评估

3.1 剩余价值的评估

任何一种机床在使用一定的年限之后, 必然会出现一些问题, 如加工精度下降、故障频发以及生产率降低等。在对这些关键部件进行改造和设计之前, 要对其剩余价值进行一定的评估。如对一台立式的旧加工机床, 其主要的部件有数控系统、机床电气部分、伺服系统、刀库系统、机床机械部分等, 针对每个部件的情况给出相应的剩余价值评估。例如对于十几年前的数控系统已经很难找到能够去改造的零部件, 因此可以认为其剩余价值为零。而对于伺服系统, 在进行剩余价值评估时, 应该考虑其与新更换的数控系统之间的匹配程度, 以及性能的好坏。如果评价之后仍不能达到要求, 就需考虑彻底更换。实践表明, 某些关键部件即使其已超过了使用年限, 其磨损程度也不是很彻底, 即磨损有限, 那么就可认为其剩余价值较高。对于刀库系统, 其主要的易损件集中在几个关键的零件上, 如手爪等, 要进行改造花费也不是很高。机床的电气部分的剩余价值一般也可保持在30%~40%以上。

3.2 应用指标的评估

在对机床改造后需要对使用性能和加工的精度进行评估。如果对机床的改造只是在机床已经不能正常工作的年限的时候才开始, 这样不仅会增加改造的成本, 同时很难预料可能会发生的困难以及很难对改造效果进行预测。因此, 要想达到较为理想的效果, 在数控改造中最好采用分批次的改造方式。一般而言, 在机床改造的过程中, 并不是所有的部件都需要一次性的全面改造, 因此, 在改造的过程中, 要将整个电气系统分为几个子系统, 例如数控系统、进给系统、主轴等, 在改造时可以根据相应的要求和标准对某一个子系统进行改造, 在改造完某一个子系统后可以再进行其他系统的改造。在每个子系统的改造分批次的工作中, 应先做工作量较大、技术性较低的工作, 然后再进行要求精细、技术性高的的工作, 使改造的注意力集中到关键的地方。

3.3 人力、财力、物力的评估

在改造应用目标确定以后, 要对投入的人力、物力和财力进行估算, 具体包括: (1) 数控及伺服系统; (2) 更换机床的电气部件; (3) 精度修复及维护机床的机械部件; (4) 修复机床的外观; (5) 对冷却系统、液压系统和润滑系统等的维护; (6) 机床改造后的调试; (7) 机床改造其他费用的评估。

3.4 风险因素的评估

要保证改造方案的顺利实施, 风险评估是基本的必不可少的部分。一般情况下, 即使一台旧机床的资料齐全, 也同样会存在隐患。例如, 在制定改造方案时, 对机床的现状不可能做到完全剖析, 也不能准确掌握机床的现有加工精度等。对于这类问题, 只能要求施工在现场调研的基础上, 根据相关经验对改造和设计作出相应的风险评估并制订对策。在改造过程中, 事先对项目进行风险评估可以成功应对改造过程中的各类技术难题。

3.5 性价比的评估

对性价比的评估实际上是对数控系统中关键部件在改造过程中风险因素以及改造后应用指标的一项综合性评估。具体的做法是:选取1台相似性能的、现有的机床进行对比分析, 以其价格作为参考的标准来进行性价比的评估。

4 结语

目前在我国数控系统中需要改造和设计的设备数量较大, 并且费用较高。因此, 对于数控系统的改造和设计一般集中在几个主要的关键部件, 而不是对系统的全部改造。机械制造业中的相关企业要想在市场中占有一席之地, 就需要充分分析和研究本企业中的数控系统的现状, 利用自己的技术特长来对相关的部件和系统进行改造和设计, 从而实现本企业的价值。

参考文献

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[2]张云峰.浅谈普通机床的数控化改造[J].科技信息, 2010, 20 (2)

DR悬吊系统及立柱系统改造说明 篇9

我院DR设备悬吊系统和立柱的控制电路损坏，球管上下运动、旋转、吊架左右移动、立柱上的探测器上下运动、旋转都不能正常工作，严重影响我院拍片工作。请厂家维修价格太高，通过对电路的详细分析，决定对其进行改造。

更换电路板上的重要集成块MAX232、PCA9554ABS、LPC2119BD64等，机器开机，还是不能进行左右、上下及旋转等机械运动。在这种情况下，我们在不破坏原有电路的基础上对悬吊系统、立柱系统进行线路改造。

1 悬吊系统改造

悬吊系统的运动只包括球管及准直器的旋转、吊架上下运动、天轨的左右移动。在分析它的电路后(电路图见图1)，可以确定悬吊系统的机械运动是在按面板上的按键后，输出一个24V DC电压的信号给悬吊系统，通过降压、光藕及集成电路的变换0V DC到继电器线圈的一端(开始的时候继电器线圈两端都是24V DC)，这样线圈两端产生电压差，线圈产生回路，吸合继电器，使得电磁阀的两端有电压差(在继电器不吸合的情况下，电磁阀的两个电源中一个24V DC、一个0V DC(断开)，在继电器吸合后24V DC就给了另外一根线路，不产生电压差)，电磁阀松开，就能做机械运动。经测量面板输出线中，蓝色是球管旋转，白色是天轨的左右移动，绿色是悬吊的上下运动，黑色是天轨的左右、悬吊的上下同时运动。在保持原有电路的情况下，现改装电路如下(电路图见图2):

由于在改造过程中，继电器K0、K1、K2、K3、K4、K7的正负级发生改变，故将与继电器相连的二极管的正负极重新换向。改造完成后，在不关机的情况下可以按面板上的键进行想要的运动模式。

2 立柱系统改造

立柱系统的运动包括CCD探测器的上下、旋转运动。现在机器只能上升，不能下降;CCD探测器的旋转只能往一个方向旋转，另一个方向不能旋转。

经检查，在按上升键时，产生140V AC电压供电机运动，按下降时没有电压，在按顺时针旋转时也产生140V AC电压供电机运动，反之没有电压。由此说明按立柱下降和CCD探测器的反时针旋转不起作用，只能使用上升和顺时针旋转的键。由于电机是三相交流电机，在按原有的键的基础上，通过调相来使电机变成相反的运动。经分析电路，不破坏原有电路的情况下，通过继电器的常开、常闭接点来实现改变三相电压的相位，现改造电路如下(见图3):

说明如下：(1)当K1、K2接通，K3断开，电压通过继电器K4常闭节点(当K3断开、继电器线圈不工作，只有1-9、2-10、3-11、4-12接通，9-5、10-6、11-7、12-8断开，电压只能通过左侧常闭节点出去)U-9-1-U、V-10-2-V、W-W、启动电机，按上升键，立柱的CCD探测器上升。(2)当K1、K2、K3接通，电压通过继电器K4的常开节点(当K3接通、继电器线圈工作，只有9-5、10-6、11-7、12-8接通，1-9、2-10、3-11、4-12断开，电压只能通过右侧节点出去)U-12-8-V、V-11-7-U、W-W,使得U、V换相，按上升键，立柱的CCD探测器下降。(3)为了保护CCD探测器在下降过程中不至于和地面碰撞，加了K1、K2这两个限位开关，当K1、K2断开，表示探测器到了极限位置，不能再运动，只能做相反运动，已达到保护的作用。如在运动过程中K1、K2断开，电机停止运动，必须按K3开关、电机反相，使得运动往相反的方向。(4)CCD旋转电路如上升电路类似。(5)现在DR球管上下、旋转、吊架的左右、立柱上的探测器上下及旋转运行自如，可以做各种部位的拍摄。(6)该电路通过一段时间的运行，工作情况良好。

参考文献

[1]温宏.IMIX DR维修过程分析一例[J].中国医疗设备,2009(8):143-144.

[2]曾路.DR维修实例[J].医疗卫生装备,2008(9):136-137.

教学用数控车床改造 篇10

机械部分的改造

机床机械主体部分主轴箱、变速箱、导轨、丝杠、光杠、尾座等关键部件没用大的问题根据我校车床情况得出主要改造的着眼点是：日常的维护保养；刀架旋转不到位、错位、不旋转等现象；主轴不能旋转、车削螺纹乱牙。

具体改造方案是：针对日常维护保养，要求实习教师配合理论教师对学生提出每日实习完毕认真打扫机床，每周对机床进行一次二级保养。针对刀架问题，主要原因刀架旋转的机械锁紧机构可能存在间隙，或刀架刀位的检测信号有误。首先测量刀架上的直流电压，检测刀位信号的集成霍尔元件是否正常。若电气控制都正常，一般要更换损坏磨损机械零件，调整间隙。针对主轴不能旋转、车削螺纹乱牙现象，对电动机和光电编码器起进行维修或更换。

数控系统的改造

由于该设计主要针对职业学校教学用数控机床，而且机床数控系统完全能正常运行，且该系统具有高可靠性、高集成性、高性价比的特点，在经济型数控车床上得到了广泛的应用，其各硬件以及接口、线缆随系统标配，连接、维修更加方便。所以，在设计方案时候，要求既能满足经济效应，又能为了教学有针对性的改造。主要改造针对学生将来就业可能面对多种数控操作系统，加装了开放式数控系统，采用了PC机+可编程运动控制器的结构，从而使学生通过仿真操作面板掌握国内外多种操作系统，提升学生就业能力及和社会实践无缝对接。除此之外，添加与电脑连接端口，能直接把电脑预装的仿真模拟系统和数控机床连接起来，实现先模拟后加工的模式，大大降低因学生初学而导致的操作过程中出现撞刀、扎刀等现象，并能提高学生编程过程中对走刀路线的认识。

电气部分的改造

该机床故障率升高的原因主要是由实习环境和操作不当引起，车间的工作环境不佳使得控制计算机的硬件出现受损、老化，粉尘使得外部接口信号不稳定，这对这点重点是加入自动润滑系统，增加一个自动定时泵油的伺服电机控制定时自动润滑系统，男外因平时实习主要加工塑胶棒因而拆除冷却系统。

参数设定

因前面几个部分改造后数控车床能否正常运行的必要条件是要保证数控系统的各种参数的设定必须正确，不正确的参数可能会导致后期严重的后果，因而车床改造后必须按照机床手册和说明书对各种系统参数进行设定。具体针对实习教学用机床和我校机床改造现实情况，参数设定如下：

设定主轴参数。主要对刀架位置名称、刀架旋转位置编码器，主轴转速、电机转速、主轴传感器等参数进行设定，根据手册介绍进入参数设定界面对以上几项按照要求对参数进行正确的设定。

设置基础性参数。主要包括I/0通道、超程检查、各轴互锁、手轮有效等，同理进入系统界面对以上需改动参数进行修改设定。

设定轴参数。

参数N02736：4095×4500/6000=3071。

参数N0.3735：4095×150/6000=102。

参数N0.3741：6000×11/108=611。

参数N0.3742：6000×11/12=1833。

参数N0.3743：6000×11/12=5500。

参数设定完毕后，在PMC程序中自动判别，合理選择档位。

另外，因学生实习需进行无挡块参考点设置，故采用以下步骤进行：先将#1815中的APC和APZ设O；关机后再开机，手轮摇至参考点；再将#1815中的APZ设1，再看机械零位是否为零，是的话将APC设1，即可。

设定伺服参数。由于数字伺服控制是通过软件方式进行运算控制的，故具体设定方法如下：接通电源；把机床调整到在紧急停止状态；显示伺服画面并调整参数SVS（#O）=1；首先按下系统健，然后按翻页键，最后找到[sV-PRM]界面；按照要求输入初始设定必要的参数：如主轴转速等。

调试、试切

对机床进行各种操作调试，包括：手动方式、手摇方式、自动运行方式下的各种主轴运动和刀架运动情况及编程、MDI方式下各种面板按键输入操作情况。保证无误情况下进行试切削，可加工一类带有外圆、切槽、螺纹加工的零件，通过对刀、编程输入（包含通过外接口u盘或电脑输入）、自动加工、图形图像仿真和后期检测等流程对加工零件过程进行检测，从而对机床改造后情况进行评估反馈。

通过改造后的机床，经过一学期实习教学，未发现机床故障，加工精度进一步提高，螺纹不再有乱牙现象，主轴和刀架运转的故障克服，而且更加提高了实习效率和质量，学生就业后因能掌握多种数控系统，得到就业单位的好评。同时也为各兄弟院校的数控机床改造提供了可行的思路和理论依据。

黏胶压力调节系统改造 篇11

(1) 控制精度低。气动调节器控制精度为1.0级, P.I.D给定值为机械式, 设定误差大。

(2) 控制系统反应慢。气动调节器的传送时间不大于5 s。由于现场原因气动压力变送器;气动调节器;气动调节阀之间的距离大于70 m, 增加气动继动器, 控制环节多, 系统误差会增大, 控制精度会降低, 且故障率会增加, 调节速度慢。

(3) 由于气动仪表的检测;反馈元件为铜质材料, 现场环境恶劣易腐蚀, 造成故障增多;而气动调节阀经常出现卡阻, 膜皮老化等故障。图1为气动调节系统原理框图。

综上所述, 决定用电动仪表替代气动仪表。在选用电动调节仪表时: (1) 采用线性大规模集成电路和智能化设计, 具有强大的逻辑计算功能; (2) 采用国际标准信号制, 现场传送输出为4~20MADC, 控制联络信号为1~5V, 电流与电压转换电阻250Ω; (3) 可构成安全火花型防爆系统, 决定选用电动Ⅲ型 (智能) 仪表, 构成调节方案。

2电动压力调节系统改进实施方案

用电动调节器控制变频器来改变电动机转速, 而控制纺丝泵供胶量的方式。图2为电动控制原理框图。

显示控制精度:数字调节器显示精度为0.1级, 控制输出精度0.3级。特点, PV错误时输出;控制输出变化率设定;控制输出上下限设定;2-PID+模糊控制;故障提示功能。数字调节器二级设定表见表1。

电动调节系统原理:压力实测值与设定值产生的偏差为调节器的输出值4~20MADC, 变频器接受4~20MADC信号后, 输出频率也随之相应变化, 变化的频率 (HZ) 控制电动机的转速, 调节纺丝泵供胶量, 该系统采用双回路供电方式, 其中任一回路掉电, 该系统仍正常工作。保证生产稳定运行。

3改造压力系统后取得的成效

2004年方案实施后, 经过多年的运行实践, 这套系统控制精度高, 压力调节稳定可靠, 未出现故障达到了预期效果。通过计算当年收回成本, 以后每年节约4万元, 为公司取得好的经济效益和生产稳定奠定了基础。

摘要：化纤行业黏胶三道压力调节系统是黏胶纺丝生产中的重要环节。黏胶压力的波动会影响丝饼的内在质量, 压力过低, 容易造成落锭停产, 影响产品产量和质量, 恢复生产需要大量的工艺处理, 增加额外劳动强度;压力过高, 容易造成喷丝头滤机设备的损坏, 直接造成重大经济损失。