西门子S7-300 PLC在双轴平面磨床的应用

　　【编者按】双轴平面磨床用于齿轮上下两个端面进行磨削加工，第一轴用来完成一个面的磨削，第二轴用来完成另一个面的磨削，工件输送、装卸均为自动完成。s7-300plc是一种功能强大、性能可靠、抗干扰能力强、高度集成的可编程控制器，它被广泛应用于多种工业场合。  

　　  双端面磨床：利用两个磨头的砂轮端面同时磨削工件的两个平行平面，有卧轴和立轴两种型式。工件由直线式或旋转式等送料装置引导通过砂轮。这种磨床效率很高，适用于大批量生产轴承环和活塞环等零件。此外，还有专用于磨削机床导轨面的导轨磨床、磨削透平叶片型面的专用磨床等。
　　
　　2电控硬件系统
　　
　　2.1机床本体解构
　　
　　机械部分包括进料输送带、上下料机械手、两根砂轮上下轴、两根砂轮旋转轴、两根工件旋转轴、出料输送带、床身、液压系统、冷却系统以及其他辅助装置，如图1所示。

　　
图1机床解构组成

　　
　　2.2机床电控解构
　　
　　电气部分包括s7-300plc、movomatic在线检测系统、plc定位模块、交流伺服电机、伺服电机放大驱动电路、西门子的mp370人机接口、各种监控检测开关以及其他辅助电气元件。两根砂轮上下轴、两根砂轮旋转轴、两根工件旋转轴均由交流伺服电机驱动，其中两根砂轮上下轴电机（数字的）由plc定位模块和伺服电机放大驱动电路控制，其他伺服电机（模拟的）由plc模拟输出模块和伺服电机放大驱动电路控制，电控解构如图2所示，plc控制系统硬件配置如表1所示。

图2机床电控框图

　　
　　表1plc硬件配置
　　
　　3电控系统分析
　　
　　机床的工艺流程：本机床是用来对齿轮两个端面进行自动磨削加工的机器。它的整个工艺流程可以分为以下几个部分：进料输送带送料、上下料机械手装卸工件、磨削加工、下料输送带送料。下面详细说明每个部分的工艺流程。
　　
　　3.1进料输送带工艺
　　
　　手工把工件放到进料输送带上→进料输送带把工件送到进料口→进料阻挡器动作，保证上料口最多只有一个工件→工件到达上料口。
　　
　　3.2上下料机械手工艺
　　
　　工件到达上料口→机械手前进→机械手手指抓住工件→机械手上升抓起工件→机械手后退→下一个工件到达上料口→机械手转到上料位置→机械手前进→机械手下降，放下工件→机械手手指松开→机械手后退→机械手回位，准备下次上料。
　　
　　3.3磨削加工工艺
　　
　　工件轴上有工件→压紧装置抬起→压紧装置前进→压紧装置下降，确认工件放到位→工件夹紧→压紧装置抬起→压紧装置后退→测头抬起→测头前进→测头下降在线检测工件加工余量→砂轮旋转，切削液打开→工件与砂轮逆向旋转→砂轮下降到粗磨点→粗磨工件→精磨工件→抛光工件→砂轮上升，关切削液→工件停止旋转→测头抬起→测头后退→机械手装卸工件。
　　
　　3.4下料输送带工艺
　　
　　工件到达下料输送带入口→下料输送带带着工件前进→工件到达下料阻挡器→下料阻挡器动作（保证下料气缸推杆前最多只有一个工件）→工件到达下料气缸推杆前→下料气缸动作，把工件送到下一道工序。
　　
　　4plc软件设计
　　
　　详细了解机床加工工艺之后，接下来介绍机床的软件系统。软件系统分为plc程序和人机接口组态画面数据两部分，如图3所示。
　　

图3plc软件解构
　　

　　4.1plc程序
　　
　　plc程序用来实现机床的所有功能控制要求，包括上面所描述的所有工艺流程，还包括plc定位模块的组态数据。程序都利用step7v5.4编程软件实现，件磨削加工的控制程序流程如图4所示。

图4控制程序流程

　　
　　（1）利用定位模块的组态数据和丝杠上端编码器，结合伺服电机控制放大驱动电路，实现对两根砂轮上下轴的精确定位控制。该定位模块内部集成有类似840d数控系统的功能，进给轴的控制采用设定相关数控参数，再结合数控加工编程实现。
　　
　　（2）利用在线检测测头反馈的数据计算磨削量，该反馈数据通过movomatic控制器的数字输出口输出到plc的数字输入模块，plc从而实现对该数据的实时采样，并且利用该数据和设定的加工工艺数据进行比较，从而实现机床的粗磨、精磨和抛光功能。
　　
　　（3）根据设定的加工工艺数据，plc通过模拟量输出模块，计算输出模拟量到伺服电机放大驱动电路，控制砂轮旋转电机和工件旋转电机的转速。
　　
　　（4）利用数据块（db）保存机床设定的加工工艺数据，保证机床断电重启时不丢失加工工艺数据。
　　
　　（5）利用mpi通讯，实现mp370和plc之间的数据交换。
　　
　　4.2人机接口程序
　　
　　人机接口程序主要是画面组态数据，结合功能键和操作盘的按键、开关，实现各个画面之间快速切换，还有相关工艺参数的设定与调整。这些画面主要有：功能键说明，第一个工件轴、砂轮轴和砂轮上下轴控制动作画面，第二个工件轴、砂轮轴和砂轮上下轴控制动作画面，进料输送带控制动作画面，出料输送带控制动作画面，上下料机械手控制动作画面，诊断画面，加工监控画面，第一轴加工工艺参数设定画面，第二轴加工工艺参数设定画面，定位模块控制功能画面等。人机接口程序利用protoolv6.0编程软件完成。
　　
　　5结束语
　　
　　通过以上叙述，我们可以看出：s7-300plc的应用须注意以下几点：
　　
　　要对所用设备功能非常清楚；深刻理解所用设备的系统构成；熟悉所用设备的工艺流程；
　　
　　根据工艺要求和系统构成组态s7-300plc硬件；根据工艺流程和功能需求详细编写控制程序；精通step7编程软件的应用以及相关的软硬件模块功能；根据需要编写相关人机接口画面和控制程序。

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