1 引言
随着PLC技术在机电一体化、工业自动化控制等领域的广泛应用，用PLC取代机床传统的继电器硬接线控制已成趋势。欧姆龙小型PLC机体积小、性价比高。双面钻削组合机床电气控制采用PLC技术，不仅简化了电气电路，而且使控制更稳定、维护更方便。
2 机床工作原理和控制要求
在着手PLC设计之前，需要详细了解双面钻削组合机床的丁艺过程和控制要求。双面钻削机床用于孔深与孔径比较大的深孔加工。刀具分别从工件的两端同时进行钻削，最后在工件中间位置钻通。深孔钻削的特点是排屑困难、不易散热、刀杆长而刚性差，所以双面钻削组合机床常采用行程控制法的分级进给方式，将钻削的行程分成若干级，每加工一定距离即快退至工件端口外进行排屑和冷却。其电气控制系统分析如下：
2.1主电路
机床左右动力头电动机驱动左右刀具；左右快进电动机通过正反转驱动左右滑台快进和快退；左右工进电动机驱动左右滑台工进；所有电动机均有短路保护、过载保护和失压保护。
2.2控制要求
组合机床自动钻削工作流程图如图1所示。
滑台进入工作状态之前，动力头电动机应先起动，驱动刀具转动；
自动控制时，左滑台在原位、工件夹紧后立即起动；右滑台在原位延时起动；
滑台快进转工进由移动行程开关控制，移动行程开关受控于分级进给的滑动挡铁；滑台工进行程则由时间确定；
滑台快进与快退由快进电动机正反转实现，所以应有相应的互锁；
滑台可进行“快进一工进一快退”自动控制，也可进行手动控制；
滑台可在刀具停转后进行点动调整；
左右滑台可单独退出，左右动力头电动机也可单独退出，以便调整或检修；
应有避免两刀具在工件中间位置发生碰撞的措施；
应有过扭退出和故障退出等控制。
3 PLC控制系统设计
3.1 硬件设计
3.1.1 确定输入/输出元件
双面钻削机床左右两边结构基本对称。其中输入元件可分为两方面。①刀具方面：动力头电动机起停按钮2个，用于过扭保护的载荷继电器左右各1个，动力头电动机单独退出开关左右各1个；②左右滑台方面：前进与后退手动按钮各2个，点动开关各1个，方式控制开关各1个，故障退回按钮各1个，行程开关各5个，夹紧压力继电器1个，单独退出开关各1个；另有各电动机的热继电器6个，共计35个。输出元件有：控制各电动机的交流接触器共8个，左右滑动挡铁复位电磁铁各1个，左右滑台快进电动机电磁制动器各1个，共计12个。
3.1.2 PLC机型选择
通常PLC的是根据机床的输入、输出信号的实际需要确定的。不过，为了降低改造成本，节约I/0点数是经常要考虑的因素。因此，对PLC的I/0点数可做如下处理：
(1)输入元件中的热继电器、动力头电动机和滑台退出开关的触点均不接入PLC输入端，而接入PLC输出端的接线中，直接控制相应的接触器线圈；
(2)滑动挡铁复位用电磁铁以及电磁制动器为直流24V供电，所以保持原硬接线不变。同时，令控制滑动挡铁的中间继电器为一输出元件连接到PLC。
这样，输入点25个，输出点10个，可选择30点的欧姆龙CPM2A主机配8点的I/O扩展单元，根据输出元件的电气要求，选择交流继电器输出型。
3.1.3外部接线设计
PLC机型确定后，即可进行I/0点的分配及相应的PLC外部接线设计。PLC输入端的接线简单，输入元件均以常开触点接入。输出端接线要注意两点，一是要将卜面提到热继电器、动力头电动机和滑台退出开关的触点接入相应的接触器线圈同路中；二是在PLC外部输出接线中，仍要有滑台快进和快退的电气互锁，以避免相问短路的发生。
3.2梯形图设计
3.2.1基于梯形图的软件设计思路
设计思路主要有三点：一是先从单边控制人手，即先进行左边控制设计，再进行右边控制设计，然后两段程序组合在一起；二是每边控制程序町分为自动控制和手动控制两部分，自动控制过程大致分为刀具起动、分级进给加工、加丁结束退回三个阶段。手动控制主要是针对滑台进行的手动调整；三是运用移位指令SFT实现滑台自动进给控制。刀具未起动或工件加工结束作为SFT指令的复位信号，使分级进给加工阶段停止；而滑台“快进一工进一快退”的转换条件作为SFT指令的移位脉冲；滑台起动的初始条件做为SFT指令的初始输入数据。
3.2.2左边控制的梯形图设计
如上所述，左边梯形图程序分为两部分。即自动控制和手动控制，由方式控制开关进行两者之间的切换。双面钻削组合机床左边自动控制梯形图如图2所示。
手动控制相对简单，采人手动按钮信息，由位逻辑指令实现快进电动机正反转长动控制，包含电气自锁、电气互锁及机械互锁环节。如需前进点动，则利用点动开关切断自锁回路即可。
需要注意的是手动与自动方式转换时的复位问题。一般手动和自动的切换由JMP-JME指令实现，当JMP的执行条件由ON变为OFF时，JMP与JME之间的各输出状态保持不变，所以在手动方式与自动切换时，要进行复位操作。以免出现错误动作。
3.2.3右边控制的梯形图设计
右边控制要求与左边基本相同，将左边控制程序内的软继电器编号作相应的变动，就得到了右边控制程序。但要注意两处明显的不同：一是左滑台快进结束后，已在原位的右滑台开始计时，计时到则右滑台起动快进，所以正常情况下，左刀具先钻达目的位，然后退回，以免与右刀具相撞。那么在程序设计中，SFT指令的初始输人数据修改为定时器的常开触点，并同时增加相应的定时控制逻辑行；第二，为确保避免两刀具在中间相撞，当左滑台加工至终点，压下左边终点行程开关SQ4退回时。右滑台也同时退回。所以，SQ4作为复位信号引入SFT指令，当滑台退回至工件端口处时，利用微分指令DIFD产生SFT输人数据和移位脉冲，滑台可再次进入循环控制。
4 结语
从双面钻削机床的PLC程序设计中可以发现。移位指令SFT在实现顺序控制中具有一定的编程优势，尤其是多工位(工步)的控制。另外，如果今后功能的扩展和丁艺的改进，出现PLC的I/O点数不足的情况，可针对程序不同时执行的部分采取分组输入，组合输入或者输入输出设备不进PLC等常用方式，达到减少I/O点数的目的。
(审核编辑: 智汇小新)
