Die vertikale Werkzeugmaschine φ3500 ist eine elektromechanische Anlage mit hohen Automatisierungsanforderungen, die in der Metallurgie zur Bearbeitung großer Werkstücke eingesetzt wird. Sie verwendet typischerweise eine Relaislogiksteuerung, was zu einer hohen Ausfallrate und langen Wartungszyklen des elektrischen Steuerungssystems führt. Mit dem technologischen Fortschritt zeigen sich zunehmende Nachteile dieses Steuerungssystems. In den letzten Jahren haben sich speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) in der industriellen Automatisierungstechnik immer weiter verbreitet. Ihre umfassenden Vorteile hinsichtlich Steuerungsleistung, Rüstzeit und Hardwarekosten sind anderen industriellen Steuerungsprodukten überlegen. Die Modernisierung dieser Systeme mit SPS-Steuerungstechnik ist daher von großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung. 1. Lösungsfindung: Die ursprüngliche Anlage wurde manuell bedient. Auf Anregung des Anwenders wurde der Modernisierungsplan so gestaltet, dass die ursprüngliche Mensch-Maschine-Schnittstelle der Anlage erhalten bleibt. Dies reduziert effektiv Bedienungsfehler und verhindert einen Anstieg der Unfallrate nach der Modernisierung. Die Arbeitstisch-Drehzahländerungseinheit des Systems basiert auf hydraulischen Magnetventilen, und mechanische Getriebekomponenten ändern kontinuierlich das Übersetzungsverhältnis, um die Arbeitstischgeschwindigkeit zu ändern. Der Drehzahlwechsel ist recht umständlich. Die Haupteinheit muss zunächst angehalten, die Drehzahl ausgewählt, die Zahnräder durch eine Mikrobewegung wieder eingerastet und anschließend geschaltet werden. Schließlich kann die Maschine neu gestartet werden. Basierend auf Lastberechnungen vor Ort und theoretischen Analysen wird der Hauptantriebsmodus beibehalten. Zur Steuerung der Drehzahlumkehr des Werkbankmotors wird ein einzelner Spannungs-Frequenzumrichter vom Typ FRN15G95-4JE verwendet. Dieser Frequenzumrichter verfügt über eine Reihe fortschrittlicher Funktionen, darunter Drehmomentvektorregelung, Schlupfkompensation, elektrische AVR-Selbstoptimierung und Lastdrehmoment-Selbstadaption. Im Open-Loop-Betrieb ohne Drehzahlsensor erreicht oder übertrifft seine Drehzahlregelungsleistung dank Flussvektorregelung und automatischer Motorparameterprüfung sogar die Leistung herkömmlicher thyristorgesteuerter DC-Drehzahlregelungssysteme mit zwei geschlossenen Regelkreisen. Das System besitzt außerdem zwei Werkzeughalter (links und rechts), die sich längs und quer bewegen lassen und über elektromagnetische Kupplungen mit den jeweiligen Antriebsmotoren verbunden sind. Die linken und rechten Antriebsmotoren verfügen über eine Y/Δ-Umwandlung und ermöglichen so zwei Arbeitsvorschubgeschwindigkeiten: Stufe I 0,29–45,6 m/min und Stufe II 0,58–91,2 m/min. Die ursprüngliche Methode bleibt während der Umrüstung erhalten. 2. SPS-Modellauswahl 2.1 Anzahl der Ein-/Ausgänge Die Eingangssignale der SPS-Steuerung umfassen die Bedieneingaben der Bedienkonsole, die Drehzahlsignale des Arbeitstisches und des Werkzeughalters, die an der Werkzeugmaschine verteilten Endschalter sowie die Ansteuersignale des Frequenzumrichters. Insgesamt stehen 64 Eingangspunkte zur Verfügung. Die SPS-Ansteuerung ist in drei Kategorien unterteilt: Erstens die Hauptschütze für die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung der 10 Wechselstrommotoren; zweitens die Kupplungsspulen zur Drehzahlregelung des linken und rechten Werkzeughalters (die elektromagnetische Kupplung wird direkt von der SPS angesteuert); drittens Anzeige- und Alarmlasten (einschließlich Kontrollleuchten, akustischer und optischer Alarme usw.); und viertens den Ausgang zur Drehzahlregelung des Arbeitstisches (zum Frequenzumrichter). Insgesamt stehen 56 Ausgänge zur Verfügung. 2.2 SPS-Auswahl Nach Festlegung der Ein- und Ausgänge muss das SPS-Modell ausgewählt werden. Mit Ausnahme der für den Anschluss an den Wechselrichter benötigten analogen Signale sind alle Signale in diesem System digital. Unter Berücksichtigung des Preis-Leistungs-Verhältnisses und der Anzahl der Ein- und Ausgänge wurde das Modell PPC31 der ATCS-Serie von Devison ausgewählt. Die PPC31 zeichnet sich durch einen modularen Aufbau, flexible Systemkonfiguration, leistungsstarke Programmierfunktionen und ein hohes Preis-Leistungs-Verhältnis aus.