1 引言

　　隨著PLC技術在機電一體化、工業自動化控制等領域的廣泛應用，用PLC取代機床傳統的繼電器硬接線控制已成趨勢。歐姆龍小型PLC機體積小、性價比高。雙面鉆削組合機床電氣控制采用PLC技術，不僅簡化了電氣電路，而且使控制更穩定、維護更方便。

2 機床工作原理和控制要求

　　在著手PLC設計之前，需要詳細了解雙面鉆削組合機床的丁藝過程和控制要求。雙面鉆削機床用于孔深與孔徑比較大的深孔加工。刀具分別從工件的兩端同時進行鉆削，最后在工件中間位置鉆通。深孔鉆削的特點是排屑困難、不易散熱、刀桿長而剛性差，所以雙面鉆削組合機床常采用行程控制法的分級進給方式，將鉆削的行程分成若干級，每加工一定距離即快退至工件端口外進行排屑和冷卻。其電氣控制系統分析如下：

　　2.1主電路

　　機床左右動力頭電動機驅動左右刀具；左右快進電動機通過正反轉驅動左右滑臺快進和快退；左右工進電動機驅動左右滑臺工進；所有電動機均有短路保護、過載保護和失壓保護。

　　2.2控制要求

　　組合機床自動鉆削工作流程圖如圖1所示。

　　滑臺進入工作狀態之前，動力頭電動機應先起動，驅動刀具轉動；

　　自動控制時，左滑臺在原位、工件夾緊后立即起動；右滑臺在原位延時起動；

　　滑臺快進轉工進由移動行程開關控制，移動行程開關受控于分級進給的滑動擋鐵；滑臺工進行程則由時間確定；

　　滑臺快進與快退由快進電動機正反轉實現，所以應有相應的互鎖；

　　滑臺可進行“快進一工進一快退”自動控制，也可進行手動控制；

　　滑臺可在刀具停轉后進行點動調整；

　　左右滑臺可單獨退出，左右動力頭電動機也可單獨退出，以便調整或檢修；

　　應有避免兩刀具在工件中間位置發生碰撞的措施；

　　應有過扭退出和故障退出等控制。

3 PLC控制系統設計

　　3.1 硬件設計

　　3.1.1 確定輸入/輸出元件

　　雙面鉆削機床左右兩邊結構基本對稱。其中輸入元件可分為兩方面。①刀具方面：動力頭電動機起停按鈕2個，用于過扭保護的載荷繼電器左右各1個，動力頭電動機單獨退出開關左右各1個；②左右滑臺方面：前進與后退手動按鈕各2個，點動開關各1個，方式控制開關各1個，故障退回按鈕各1個，行程開關各5個，夾緊壓力繼電器1個，單獨退出開關各1個；另有各電動機的熱繼電器6個，共計35個。輸出元件有：控制各電動機的交流接觸器共8個，左右滑動擋鐵復位電磁鐵各1個，左右滑臺快進電動機電磁制動器各1個，共計12個。

　　3.1.2 PLC機型選擇

　　通常PLC的是根據機床的輸入、輸出信號的實際需要確定的。不過，為了降低改造成本，節約I/0點數是經常要考慮的因素。因此，對PLC的I/0點數可做如下處理：

　　(1)輸入元件中的熱繼電器、動力頭電動機和滑臺退出開關的觸點均不接入PLC輸入端，而接入PLC輸出端的接線中，直接控制相應的接觸器線圈；

　　(2)滑動擋鐵復位用電磁鐵以及電磁制動器為直流24V供電，所以保持原硬接線不變。同時，令控制滑動擋鐵的中間繼電器為一輸出元件連接到PLC。

　　這樣，輸入點25個，輸出點10個，可選擇30點的歐姆龍CPM2A主機配8點的I/O擴展單元，根據輸出元件的電氣要求，選擇交流繼電器輸出型。

　　3.1.3外部接線設計

　　PLC機型確定后，即可進行I/0點的分配及相應的PLC外部接線設計。PLC輸入端的接線簡單，輸入元件均以常開觸點接入。輸出端接線要注意兩點，一是要將卜面提到熱繼電器、動力頭電動機和滑臺退出開關的觸點接入相應的接觸器線圈同路中；二是在PLC外部輸出接線中，仍要有滑臺快進和快退的電氣互鎖，以避免相問短路的發生。

　　3.2梯形圖設計

　　3.2.1基于梯形圖的軟件設計思路

　　設計思路主要有三點：一是先從單邊控制人手，即先進行左邊控制設計，再進行右邊控制設計，然后兩段程序組合在一起；二是每邊控制程序町分為自動控制和手動控制兩部分，自動控制過程大致分為刀具起動、分級進給加工、加丁結束退回三個階段。手動控制主要是針對滑臺進行的手動調整；三是運用移位指令SFT實現滑臺自動進給控制。刀具未起動或工件加工結束作為SFT指令的復位信號，使分級進給加工階段停止；而滑臺“快進一工進一快退”的轉換條件作為SFT指令的移位脈沖；滑臺起動的初始條件做為SFT指令的初始輸入數據。

　　3.2.2左邊控制的梯形圖設計

　　如上所述，左邊梯形圖程序分為兩部分。即自動控制和手動控制，由方式控制開關進行兩者之間的切換。雙面鉆削組合機床左邊自動控制梯形圖如圖2所示。

　　手動控制相對簡單，采人手動按鈕信息，由位邏輯指令實現快進電動機正反轉長動控制，包含電氣自鎖、電氣互鎖及機械互鎖環節。如需前進點動，則利用點動開關切斷自鎖回路即可。

　　需要注意的是手動與自動方式轉換時的復位問題。一般手動和自動的切換由JMP-JME指令實現，當JMP的執行條件由ON變為OFF時，JMP與JME之間的各輸出狀態保持不變，所以在手動方式與自動切換時，要進行復位操作。以免出現錯誤動作。

　　3.2.3右邊控制的梯形圖設計

　　右邊控制要求與左邊基本相同，將左邊控制程序內的軟繼電器編號作相應的變動，就得到了右邊控制程序。但要注意兩處明顯的不同：一是左滑臺快進結束后，已在原位的右滑臺開始計時，計時到則右滑臺起動快進，所以正常情況下，左刀具先鉆達目的位，然后退回，以免與右刀具相撞。那么在程序設計中，SFT指令的初始輸人數據修改為定時器的常開觸點，并同時增加相應的定時控制邏輯行；第二，為確保避免兩刀具在中間相撞，當左滑臺加工至終點，壓下左邊終點行程開關SQ4退回時。右滑臺也同時退回。所以，SQ4作為復位信號引入SFT指令，當滑臺退回至工件端口處時，利用微分指令DIFD產生SFT輸人數據和移位脈沖，滑臺可再次進入循環控制。

4 結語

　　從雙面鉆削機床的PLC程序設計中可以發現。移位指令SFT在實現順序控制中具有一定的編程優勢，尤其是多工位(工步)的控制。另外，如果今后功能的擴展和丁藝的改進，出現PLC的I/O點數不足的情況，可針對程序不同時執行的部分采取分組輸入，組合輸入或者輸入輸出設備不進PLC等常用方式，達到減少I/O點數的目的。