機(jī)床是機(jī)械制造業(yè)常用設(shè)備，構(gòu)成復(fù)雜，需要各子系統(tǒng)密切配合，才能保證生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行，因此，提高機(jī)床控制水平及精密度，對(duì)保證生產(chǎn)質(zhì)量意義重大。實(shí)踐表明，在機(jī)床電氣控制中應(yīng)用PLC技術(shù)*，使得機(jī)床控制水平得以顯著提升，有效地促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。
1 PLC構(gòu)成及工作原理
PLC雖然外形存在一定差異，但內(nèi)部構(gòu)成相似，主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、編程設(shè)備、通信接口等部分構(gòu)成，各部分相互配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制功能。
PLC包括運(yùn)行（RUN）與停止（STOP）兩種基本工作狀態(tài)。其中處于RUN狀態(tài)時(shí)不僅需要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信、處理功能，還需對(duì)用戶(hù)程序作出反應(yīng)。處于STOP狀態(tài)時(shí)，PLC僅實(shí)現(xiàn)同步通信及內(nèi)部處理，該狀態(tài)通常用于修改與編制程序。
PLC功能的實(shí)現(xiàn)基于編制的程序，運(yùn)行時(shí)PLC按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描，如程序以梯形圖表示，則執(zhí)行順序?yàn)閺纳系较?，從左到右。遇到跳轉(zhuǎn)指令，對(duì)跳轉(zhuǎn)條件進(jìn)行判斷，決定是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)程序執(zhí)行結(jié)束后，PLC將元件映像寄存器中與輸出狀態(tài)相關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并以一定方式輸出，對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
2 PLC在機(jī)床電氣控制中的應(yīng)用
PLC在機(jī)床電氣控制的應(yīng)用體現(xiàn)在很多方面，接下來(lái)以機(jī)床基本電路中為例，對(duì)PLC的應(yīng)用進(jìn)行探討。機(jī)床基本電路較多，包括啟動(dòng)—保持—停止電路、三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路、定時(shí)電路等。
2.1 在啟動(dòng)—保持—停止電路中的應(yīng)用
2.1.1 啟保停電路
在梯形圖程序中啟動(dòng)—保持—停止是較為典型的程序結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的內(nèi)容有：驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈、線(xiàn)圈得電條件、線(xiàn)圈保持驅(qū)動(dòng)條件，以及線(xiàn)圈失電條件。其中各梯形圖邏輯行均應(yīng)對(duì)線(xiàn)圈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；同時(shí)，邏輯行需對(duì)線(xiàn)圈得電條件加以明確。按下并放開(kāi)啟動(dòng)按鈕后常開(kāi)觸點(diǎn)能夠自鎖，使線(xiàn)圈能夠持續(xù)驅(qū)動(dòng)。另外，在梯形圖邏輯行中應(yīng)對(duì)線(xiàn)圈失電條件加以明確。
2.1.2 啟保停電路指令實(shí)現(xiàn)
使用SET和RST指令實(shí)現(xiàn)啟保停電路的控制，即啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)SET和RST指令。啟動(dòng)時(shí)將啟動(dòng)按鈕按下則啟動(dòng)信號(hào)處于ON狀態(tài)，線(xiàn)圈得電保持。停止時(shí)將停止按鈕按下，停止型號(hào)變?yōu)镺N，線(xiàn)圈失電且保持。
2.1.3 常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)處理
除外部常開(kāi)觸點(diǎn)提供輸入信號(hào)外，部分常閉觸點(diǎn)也能提供輸入信號(hào)。如和PLC輸入端相連的為停止按鈕的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)將停止按鈕按下時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線(xiàn)路的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。因此，在梯形圖中應(yīng)將線(xiàn)路的常開(kāi)觸點(diǎn)和線(xiàn)圈進(jìn)行串聯(lián)。
2.2 在三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路中的應(yīng)用
在PLC梯形圖中可使用兩個(gè)起保停程序，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制（梯形圖如圖1所示）。將正向啟動(dòng)按鈕按下，X0狀態(tài)變?yōu)镺N，常開(kāi)觸點(diǎn)接通，Y0線(xiàn)路得電保持，接觸器線(xiàn)圈得電，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。按下停止按鈕，X2狀態(tài)為ON，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y0失電，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行停止。按下反向啟動(dòng)按鈕電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC梯形圖
另外，為保證安全性需實(shí)現(xiàn)“軟件互鎖”，即，將Y0和Y1常閉觸點(diǎn)均串聯(lián)在對(duì)方線(xiàn)圈回路中，防止線(xiàn)圈Y0和Y1同時(shí)得電。另外，在梯形圖中還應(yīng)設(shè)置“按鈕聯(lián)鎖”，即，將控制正傳的Y0線(xiàn)圈和X1常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，將Y1線(xiàn)圈和X0串聯(lián)，以避免Y0和Y1線(xiàn)圈同時(shí)得電。但需要注意外部硬件接線(xiàn)圖還應(yīng)“硬件互鎖”，原因在于PLC內(nèi)部繼電器互鎖響應(yīng)時(shí)間掃描周期僅相差一個(gè)，而外部接觸器觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間通常超過(guò)一個(gè)掃描周期，具有較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間。
2.3 在定時(shí)電路中的應(yīng)用
機(jī)床中定時(shí)電路包括延合與延分電路、定時(shí)范圍擴(kuò)展電路、閃爍電路等，接下來(lái)對(duì)PLC在該電路中的應(yīng)用進(jìn)行分析。
2.3.1 延合與延分電路
延合與延分電路指當(dāng)按下或松開(kāi)啟動(dòng)按鈕，保持一定時(shí)間后電路才會(huì)接通或斷開(kāi)。該類(lèi)型電路在機(jī)床中較為常見(jiàn)，可通過(guò)設(shè)計(jì)PLC程序確定延遲時(shí)間。
2.3.2 定時(shí)范圍擴(kuò)展電路
當(dāng)PLC定時(shí)器長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際要求時(shí)，可設(shè)計(jì)定時(shí)范圍擴(kuò)展電路延長(zhǎng)長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間。例如FX系列PLC定時(shí)器長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為3 276.7 s，可采用以下方法對(duì)這一時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)。一方面，應(yīng)用多個(gè)定時(shí)器，即當(dāng)將X0接通后，T0線(xiàn)圈延時(shí)時(shí)間設(shè)置為3 000 s，延時(shí)時(shí)間到后，常開(kāi)觸點(diǎn)T0閉合，T1線(xiàn)圈得電進(jìn)行3 000 s的延遲，延時(shí)時(shí)間達(dá)到后Y0線(xiàn)圈得電，使得X0至Y0共獲得6 000 s的延遲。另一方面，將定時(shí)器和計(jì)數(shù)器組合在一起。將X0斷開(kāi)，T0與C0復(fù)位，一旦X0接通，T0開(kāi)始定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，常閉觸點(diǎn)T0斷開(kāi)使其復(fù)位。常開(kāi)觸點(diǎn)閉合計(jì)數(shù)器C0計(jì)為1。T0復(fù)位后當(dāng)前值變?yōu)?。同時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)、常閉觸點(diǎn)接通，T0線(xiàn)圈再次得電計(jì)時(shí)，反復(fù)進(jìn)行，達(dá)到延遲目的。
2.3.3 閃爍電路                                                                                  
閃爍電路本質(zhì)上為具備正反饋的振蕩電路，能夠產(chǎn)生特定通斷時(shí)序脈沖，在閃光報(bào)警以及脈沖信號(hào)源電路中較為常用。一方面，定時(shí)器閃爍電路的實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器閃爍電路的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：（1）使用T0和T1兩個(gè)定時(shí)器分別進(jìn)行定時(shí)。開(kāi)始時(shí)設(shè)T0與T1均處于OFF狀態(tài)，當(dāng)X0轉(zhuǎn)變?yōu)镺N時(shí)，T0線(xiàn)圈得電開(kāi)始定時(shí)，0.5 s T0常開(kāi)觸點(diǎn)接通，T0得電而接通。與此同時(shí)，T1線(xiàn)圈得電定時(shí)開(kāi)始，T1線(xiàn)圈得電0.5 s后，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，T0線(xiàn)圈失電，T0常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y0和T1線(xiàn)圈斷電。當(dāng)T1線(xiàn)圈斷電后T1常閉觸點(diǎn)接通，T0再次定時(shí)，Y0線(xiàn)圈也呈現(xiàn)周期性的斷電與通電，當(dāng)X0變?yōu)镺FF為止。（2）使用T0定時(shí)器與T1累計(jì)定時(shí)。Y0通電與斷電時(shí)間和T1與T0的設(shè)定值保持一致，對(duì)定時(shí)器設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，對(duì)輸出脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)整。另一方面，二分頻電路的實(shí)現(xiàn)。二分頻電路指通過(guò)一定的電路同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不同的時(shí)鐘信號(hào)。應(yīng)用PLC程序時(shí)，當(dāng)X0的上升沿要到來(lái)時(shí)，個(gè)掃描周期映像寄存器狀態(tài)為ON，M1線(xiàn)圈因Y0斷開(kāi)而失電，Y0線(xiàn)圈因連通而得電。進(jìn)入下個(gè)掃描周期M0映像寄存器狀態(tài)為OFF，Y0常開(kāi)觸點(diǎn)接通，但M0常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。因此，M1線(xiàn)圈仍處于失電狀態(tài)，Y0線(xiàn)圈因自鎖觸點(diǎn)一直處于得電狀態(tài)，當(dāng)下個(gè)X0上升沿達(dá)到時(shí)，M1線(xiàn)圈得電，Y0線(xiàn)圈斷電，達(dá)到二分頻目標(biāo)。
3 結(jié)語(yǔ)
在科技發(fā)展推動(dòng)下，PLC技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，極大地提高各領(lǐng)域的生產(chǎn)控制水平，尤其在機(jī)床中的應(yīng)用，大大提高機(jī)床控制水平與效率，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展。
本研究通過(guò)研究得出以下結(jié)論：（1）PLC構(gòu)成復(fù)雜，應(yīng)用中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編程，因此，要求技術(shù)人員明確PLC工作原理，熟練掌握各種程序指令，按照一定的流程編制控制程序，保證程序編制的合理性。（2）PLC在機(jī)床電氣控制中的應(yīng)用體現(xiàn)在很多方面，要求技術(shù)人員明確不同電路運(yùn)行特點(diǎn)，做好電路設(shè)計(jì)以及PLC控制分析，設(shè)置合理的程序參數(shù)，保證PLC執(zhí)行相關(guān)程序?qū)C(jī)床電路進(jìn)行控制。