西门子海东授权总代理商

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，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，

　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。

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。
            
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。

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。

　(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jingque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protool v6.0编程软件完成。

  各种电动机的过载能力可从设计手册中查得。

  电动机因过载而发生温升需要有一段时间，从发热方面来说，容许有短时的过载。但就过载能力而言，即使在很短时间内也是允许的。所以发热和过载能力必须同时考虑。
                
        桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车动机一台、15吨大钩、3吨小钩提升电动机各一台，这次设计总的思路是用4台变额器来控制5台电机。

3.2 plc的选型
            
　　3.2.1 在选择plc时的注意要点
                
　　(1) 根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度；
                
　　(2) 对i/o点数和i/o点的类型(数字量、模拟量等)统计；
                
　　(3) 适当进行内存容量估计的基础上，确定留有适当的余量而不浪费资源的机型(小、中、大形机器)；
                
　　(4) 结合市场情况，考察plc生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的plc机型。在plc实际应用中，是以其为控制核心组成电气控制系统，实现对生产、工业过程的控制。
            
　　3.2.2 选型时的注意事项
                
　　(1) 在plc选型时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。
                
　　(2) plc输入/输出点确定：i/o点数选择时要留出10%～15%的余量。
                
　　(3) plc储存容量：系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量选择大一些。
                
　　(4) 储存时间、维持时间：一般储存期保持1～3年(与使用次数有关)。若要长期或断电保持应选用eeprom储存(不需备用电源)，也可选外用储存卡盒。
                
　　(5) plc的扩展：可通过增加扩展模块，扩展单元与主单元连接的方式。扩展模块有输入单元、输出单元，输入/输出一体单元。扩展部分超出主单元驱动能力时应选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给予支持。

　　(6) plc的联网：plc的联网方式分为plc与计算机联网和plc之间互联网两种。与计算机联网可通过rs-232c接口直接连接，rs-422+rs-232c。一台计算机与多台plc联网，可通过采用通讯处理器，网络适配器等方式进行连接，连接介质为双绞线或光缆；plc之间互联时可通过专用通讯电缆直接连接，通讯板卡或模块+数据线连接等方式。
                
　　(7) 不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏plc。
                
　　(8) 充分合理利用软、硬件资源。
                
　　(9) 不参与控制循环前已经投入的指令可不接入plc。
                
　　(10) 多重指令空闲等待一个任务时，可在plc外部将它们并联后再接入一个输入点。
                
　　(11) 尽量利用plc内部功能软件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也能减少硬件投入，降低成本。
                
　　(12) 条件允许的情况下好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控。
                
　　(13) 输出若为正/反向控制的负载，不仅要从plc内部程序上联锁，并要在plc外部采取措施，防止负载在两方向动作。
                
　　(14) plc紧急停止应使用外部开关切断，以确保安全。

　3.2.3 plc型号的确定
                
　　本设计应用了德国西门子公司simatic s7-300系列的plc进行控制。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。设计中应用的i/o端子数分别是：输入点数为56个，输出点数为39个；

　3.3 主令控制器的选用
                
　　主令控制器主要用于要求按一定顺序频繁操纵的控制线路中，如绕线电动机按顺序切除转子附加电阻，也可实现与其它控制线路联锁、转换的目的。它的结构与转换开关有些类似，也是通过手柄操作凸轮，使触点按规定的接通表闭合或断开电路，但其触点对数较多。主令控制器的触点没有灭弧装置，使触点分断能力只比按钮稍大。
                
　　有触点的主令控制器有两种：一种是凸轮可以调整，另一种是凸轮不能调整。有触点的主令控制器，对电路输出的是开关量主令信号；无触点的主令控制器(又称无级主令控制器)，对电路输出的是模拟量主令信号；无触点主令控制器的内部是一个自整角机，其转子由操作手柄带动。
                
　　本系统选用的主令控制器的型号是lk5-052/2-1003。特点：lk5系列主令控制器适用于交流50hz电压至380v及直流电压至440v的电路中，主要用于各类型电力驱动装置的遥远控制，可以控制需要较多控制电路的联锁与转换装置，适合于频繁操作任务。但它不适用于有化学活跃性，易燃气体及充满灰尘以及非常潮湿的场所。它的手柄在各操作位置时，表中“ⅹ”处代表触点在该位置上闭合，空格代表触点处于断开状态。

4  结束语
                
　　桥式起重机变频调速技术具有节能、减少机械磨损、启动性能好等优点。
                
　　本文主要研究的是起重机数字化控制系统的设计，通过用主令控制器给定plc控制信号，该信号分别控制大车、小车、主钩、副钩的速度档和行走方向，从而控制电机的方向和转速，在变频器的输入端设定3个速度信号端子，然后通过plc编程控制来实现。
                
　　采用plc来控制，具有可靠和灵活的切换逻辑功能。plc与变频器两者的结合应用于桥式起重机控制系统中，具有很好的实用价值和显著的经济效益。