以Supfina公司生产的双轴平面磨床为例,在详细的叙述该机床的结构和工艺流程的基础上,介绍S7-300 PLC应用技术。
1 引言
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。
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s7-300 PLC、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下表所示。
图2 机床电控框图
PLC硬件配置表
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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。
4 PLC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3 PLC软件解构
4.1 PLC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step7 v5.4编程软件实现，件磨削加工的控制程序流程如图4所示。nextpage
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protool v6.0编程软件完成。
5 结束语
通过以上叙述，我们可以看出：s7-300 PLC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。
