西门子控制器CPU312​

双轴平面磨床用于齿轮上下两个端面进行磨削加工，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，还有于磨削机床导轨面的导轨磨床、磨削透平叶片型面的磨床等。
  
  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。
  

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，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，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。

随着plc在工厂自动化中的广泛应用，各plc生产商不断推承出新，功能更加完善，性能更加优异的plc不断涌现。以德国西门子公司为例，90年代中期，继s5系列plc之后，就相继推出了s7系列的plc。该系列plc不仅具有s5系列plc的优点，而且更加注重功能的改进和集成。对于现在应用广泛的闭环控制、模拟量处理、通信联网、脉冲输出等均提供了相应的指令及使用途径。编程软件step7为用户提供了界面友好且功能强大的开发工具。本文拟就s7-200系列plc中cpu214通过与一台simovert微型主电机驱动器通信来起动、停止电机，以及改变电机的频率，介绍其特点并给出相应的应用程序流程图或源程序。

2 硬件要求

  （1） 硬件组成

  一台带输入仿真器的s7-200 cpu214，一根rs 485电缆，一台微型主电机驱动器和电机;

  （2） 参数设置

  正确地将电机和微型主电机驱动器接好线，并且所用电机和微型主电机驱动器的参数已通过人工设定，且微型主电机驱动器必须设置在遥控方式（p910=1），波特率：19.2kb（p92=7），地址1（p91=1）;

  （3） 接线方式

  用一根带9针阳性插头的rs 485通信电缆接在s7-200cpu214的1、3、8端上，电缆另一端是插孔，分别接到微型主电机驱动器的13、14、15端子上。

3 分析及说明

  （1） s7-200自由通信口模式

  s7-200cpu214与simovert微型主电机驱动器通信是通过s7-200自由通信口模式进行的，使用uss5字协议。输入仿真器用来初始化发给电机驱动器的命令。用程序监视run/term开关，并选择相应的协议来设置自由通信口模式的控制字节（smb30）;

  （2） 输入点分配

  i0.0 上升沿有效 使电机以上次命令的恒定频率运转;

  i0.2 上升沿有效 使电机以上次命令的频率开始变频运转;

  i0.4 上升沿有效 停止电机;

  i0.5 电平有效 以1或2倍率改变频率：

  i0.5=“0”：1倍，i0.5=“1”：2倍;

  i0.6 上升沿有效 以1或2倍频率增量增加电机频率;

  i0.7 上升沿有效 以1或2倍频率增量降低电机频率;

  i1.0 电平有效 控制电机旋转方向，i1.0=0：电机正转，i1.0=1：电机反转;