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)時不僅需要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信、處理功能，還需對用戶程序作出反應(yīng)。處于STOP狀態(tài)時，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)閺纳系较拢瑥淖蟮接摇Ｓ龅教D(zhuǎn)指令，對跳轉(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，對外部負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動。
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，接下來以機(jī)床基本電路中為例，對PLC的應(yīng)用進(jìn)行探討。機(jī)床基本電路較多，包括啟動—保持—停止電路、三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路、定時電路等。
2.1 在啟動—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—保持—停止是較為典型的程序結(jié)構(gòu)，設(shè)計時應(yīng)考慮的內(nèi)容有：驅(qū)動線圈、線圈得電條件、線圈保持驅(qū)動條件，以及線圈失電條件。其中各梯形圖邏輯行均應(yīng)對線圈進(jìn)行驅(qū)動；同時，邏輯行需對線圈得電條件加以明確。按下并放開啟動按鈕后常開觸點(diǎn)能夠自鎖，使線圈能夠持續(xù)驅(qū)動。另外，在梯形圖邏輯行中應(yīng)對線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，即啟動信號、停止信號分別驅(qū)動SET和RST指令。啟動時將啟動按鈕按下則啟動信號處于ON狀態(tài)，線圈得電保持。停止時將停止按鈕按下，停止型號變?yōu)镺N，線圈失電且保持。
2.1.3 常閉觸點(diǎn)輸入信號處理
除外部常開觸點(diǎn)提供輸入信號外，部分常閉觸點(diǎn)也能提供輸入信號。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，常閉觸點(diǎn)斷開，線路的常開觸點(diǎn)斷開。因此，在梯形圖中應(yīng)將線路的常開觸點(diǎn)和線圈進(jìn)行串聯(lián)。
2.2 在三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路中的應(yīng)用
在PLC梯形圖中可使用兩個起保停程序，對電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制（梯形圖如圖1所示）。將正向啟動按鈕按下，X0狀態(tài)變?yōu)镺N，常開觸點(diǎn)接通，Y0線路得電保持，接觸器線圈得電，電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動。按下停止按鈕，X2狀態(tài)為ON，常閉觸點(diǎn)斷開，Y0失電，電動機(jī)運(yùn)行停止。按下反向啟動按鈕電動機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 三相異步電動機(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)在對方線圈回路中，防止線圈Y0和Y1同時得電。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線圈和X1常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，將Y1線圈和X0串聯(lián)，以避免Y0和Y1線圈同時得電。但需要注意外部硬件接線圖還應(yīng)“硬件互鎖”，原因在于PLC內(nèi)部繼電器互鎖響應(yīng)時間掃描周期僅相差一個，而外部接觸器觸點(diǎn)動作時間通常超過一個掃描周期，具有較長的響應(yīng)時間。
2.3 在定時電路中的應(yīng)用
機(jī)床中定時電路包括延合與延分電路、定時范圍擴(kuò)展電路、閃爍電路等，接下來對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)按下或松開啟動按鈕，保持一定時間后電路才會接通或斷開。該類型電路在機(jī)床中較為常見，可通過設(shè)計PLC程序確定延遲時間。
2.3.2 定時范圍擴(kuò)展電路
當(dāng)PLC定時器長定時時間無法滿足實(shí)際要求時，可設(shè)計定時范圍擴(kuò)展電路延長長定時時間。例如FX系列PLC定時器長定時時間為3 276.7 s，可采用以下方法對這一時間進(jìn)行延長。一方面，應(yīng)用多個定時器，即當(dāng)將X0接通后，T0線圈延時時間設(shè)置為3 000 s，延時時間到后，常開觸點(diǎn)T0閉合，T1線圈得電進(jìn)行3 000 s的延遲，延時時間達(dá)到后Y0線圈得電，使得X0至Y0共獲得6 000 s的延遲。另一方面，將定時器和計數(shù)器組合在一起。將X0斷開，T0與C0復(fù)位，一旦X0接通，T0開始定時，當(dāng)定時時間到后，常閉觸點(diǎn)T0斷開使其復(fù)位。常開觸點(diǎn)閉合計數(shù)器C0計為1。T0復(fù)位后當(dāng)前值變?yōu)?。同時，常開觸點(diǎn)斷開、常閉觸點(diǎn)接通，T0線圈再次得電計時，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)生特定通斷時序脈沖，在閃光報警以及脈沖信號源電路中較為常用。一方面，定時器閃爍電路的實(shí)現(xiàn)。定時器閃爍電路的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：（1）使用T0和T1兩個定時器分別進(jìn)行定時。開始時設(shè)T0與T1均處于OFF狀態(tài)，當(dāng)X0轉(zhuǎn)變?yōu)镺N時，T0線圈得電開始定時，0.5 s T0常開觸點(diǎn)接通，T0得電而接通。與此同時，T1線圈得電定時開始，T1線圈得電0.5 s后，常閉觸點(diǎn)斷開，T0線圈失電，T0常開觸點(diǎn)斷開，Y0和T1線圈斷電。當(dāng)T1線圈斷電后T1常閉觸點(diǎn)接通，T0再次定時，Y0線圈也呈現(xiàn)周期性的斷電與通電，當(dāng)X0變?yōu)镺FF為止。（2）使用T0定時器與T1累計定時。Y0通電與斷電時間和T1與T0的設(shè)定值保持一致，對定時器設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，對輸出脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)整。另一方面，二分頻電路的實(shí)現(xiàn)。二分頻電路指通過一定的電路同一個時鐘信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不同的時鐘信號。應(yīng)用PLC程序時，當(dāng)X0的上升沿要到來時，個掃描周期映像寄存器狀態(tài)為ON，M1線圈因Y0斷開而失電，Y0線圈因連通而得電。進(jìn)入下個掃描周期M0映像寄存器狀態(tài)為OFF，Y0常開觸點(diǎn)接通，但M0常開觸點(diǎn)斷開。因此，M1線圈仍處于失電狀態(tài)，Y0線圈因自鎖觸點(diǎn)一直處于得電狀態(tài)，當(dāng)下個X0上升沿達(dá)到時，M1線圈得電，Y0線圈斷電，達(dá)到二分頻目標(biāo)。
3 結(jié)語
在科技發(fā)展推動下，PLC技術(shù)在各個領(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，推動我國機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展。
本研究通過研究得出以下結(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。