以Supfina公司生產的雙軸平面磨床為例,在詳細的敘述該機床的結構和工藝流程的基礎上,介紹S7-300 PLC應用技術。

1 引言

雙軸平面磨床用于齒輪上下兩個端面進行磨削加工，第一軸用來完成一個面的磨削，第二軸用來完成另一個面的磨削，工件輸送、裝卸均為自動完成。s7-300plc是一種功能強大、性能可靠、抗干擾能力強、高度集成的可編程控制器，它被廣泛應用于多種工業場合。

2 電控硬件系統

2.1 機床本體解構

機械部分包括進料輸送帶、上下料機械手、兩根砂輪上下軸、兩根砂輪旋轉軸、兩根工件旋轉軸、出料輸送帶、床身、液壓系統、冷卻系統以及其他輔助裝置，如圖1所示。

圖1 機床解構組成

2.2 機床電控解構

電氣部分包括s7-300 plc、movomatic在線檢測系統、plc定位模塊、交流伺服電機、伺服電機放大驅動電路、西門子的mp370人機接口、各種監控檢測開關以及其他輔助電氣元件。兩根砂輪上下軸、兩根砂輪旋轉軸、兩根工件旋轉軸均由交流伺服電機驅動，其中兩根砂輪上下軸電機(數字的)由plc定位模塊和伺服電機放大驅動電路控制，其他伺服電機(模擬的)由plc模擬輸出模塊和伺服電機放大驅動電路控制，電控解構如圖2所示，plc控制系統硬件配置如表1所示。

圖2 機床電控框圖

表1 plc硬件配置

3 電控系統分析

機床的工藝流程：本機床是用來對齒輪兩個端面進行自動磨削加工的機器。它的整個工藝流程可以分為以下幾個部分：進料輸送帶送料、上下料機械手裝卸工件、磨削加工、下料輸送帶送料。下面詳細說明每個部分的工藝流程。

3.1 進料輸送帶工藝

手工把工件放到進料輸送帶上 → 進料輸送帶把工件送到進料口 → 進料阻擋器動作，保證上料口最多只有一個工件 → 工件到達上料口。

3.2 上下料機械手工藝

工件到達上料口→機械手前進 → 機械手手指抓住工件 → 機械手上升抓起工件 → 機械手后退 → 下一個工件到達上料口 →機械手轉到上料位置 →機械手前進 → 機械手下降，放下工件 → 機械手手指松開 → 機械手后退 → 機械手回位，準備下次上料 。

3.3 磨削加工工藝

工件軸上有工件→ 壓緊裝置抬起 → 壓緊裝置前進 → 壓緊裝置下降，確認工件放到位 → 工件夾緊 → 壓緊裝置抬起 → 壓緊裝置后退 → 測頭抬起 → 測頭前進 → 測頭下降在線檢測工件加工余量 → 砂輪旋轉，切削液打開 → 工件與砂輪逆向旋轉 → 砂輪下降到粗磨點 → 粗磨工件 → 精磨工件 → 拋光工件 → 砂輪上升，關切削液 → 工件停止旋轉 →測頭抬起 → 測頭后退 → 機械手裝卸工件。

3.4 下料輸送帶工藝

工件到達下料輸送帶入口 → 下料輸送帶帶著工件前進 → 工件到達下料阻擋器 → 下料阻擋器動作(保證下料氣缸推桿前最多只有一個工件) → 工件到達下料氣缸推桿前 → 下料氣缸動作，把工件送到下一道工序。

4 plc軟件設計

詳細了解機床加工工藝之后，接下來介紹機床的軟件系統。軟件系統分為plc程序和人機接口組態畫面數據兩部分，如圖3所示。

圖3 plc軟件解構

4.1 plc程序

plc程序用來實現機床的所有功能控制要求，包括上面所描述的所有工藝流程，還包括plc定位模塊的組態數據。程序都利用step7 v5.4編程軟件實現，件磨削加工的控制程序流程如圖4所示。

圖4 控制程序流程

(1)利用定位模塊的組態數據和絲杠上端編碼器，結合伺服電機控制放大驅動電路，實現對兩根砂輪上下軸的精確定位控制。該定位模塊內部集成有類似840d數控系統的功能，進給軸的控制采用設定相關數控參數，再結合數控加工編程實現。

(2)利用在線檢測測頭反饋的數據計算磨削量，該反饋數據通過movomatic控制器的數字輸出口輸出到plc的數字輸入模塊，plc從而實現對該數據的實時采樣，并且利用該數據和設定的加工工藝數據進行比較，從而實現機床的粗磨、精磨和拋光功能。

(3)根據設定的加工工藝數據，plc通過模擬量輸出模塊，計算輸出模擬量到伺服電機放大驅動電路，控制砂輪旋轉電機和工件旋轉電機的轉速。

(4) 利用數據塊(db)保存機床設定的加工工藝數據，保證機床斷電重啟時不丟失加工工藝數據。

(5)利用mpi通訊，實現mp370和plc之間的數據交換。

4.2 人機接口程序

人機接口程序主要是畫面組態數據，結合功能鍵和操作盤的按鍵、開關，實現各個畫面之間快速切換，還有相關工藝參數的設定與調整。這些畫面主要有：功能鍵說明，第一個工件軸、砂輪軸和砂輪上下軸控制動作畫面，第二個工件軸、砂輪軸和砂輪上下軸控制動作畫面，進料輸送帶控制動作畫面，出料輸送帶控制動作畫面，上下料機械手控制動作畫面，診斷畫面，加工監控畫面，第一軸加工工藝參數設定畫面，第二軸加工工藝參數設定畫面，定位模塊控制功能畫面等。人機接口程序利用protool v6.0編程軟件完成。

5 結束語

通過以上敘述，我們可以看出：s7-300 plc的應用須注意以下幾點：

要對所用設備功能非常清楚；深刻理解所用設備的系統構成；熟悉所用設備的工藝流程；

根據工藝要求和系統構成組態s7-300plc硬件；根據工藝流程和功能需求詳細編寫控制程序；精通step7編程軟件的應用以及相關的軟硬件模塊功能；根據需要編寫相關人機接口畫面和控制程序。