1  引言
现代数控机床的运动控制包括进给驱动、主轴驱动及位置控制。驱动性能及位置控制系统的性能很大程度上决定了数控机床的性能。由于直流电动机具有良好的运行性能，特别是新型电力电子器件、脉宽调制技术的进一步发展，使得直流伺服电动机的性能大大提高，应用越来越广。

2  控制系统的结构
为了保证加工精度和表面质量，数控机床的控制采用转速、位置双闭环控制。但由于机械加工过程中的受力、受热变形、振动和机床磨损等因素影响，使系统的稳定性发生变化，难以调整，因此，目前数控机床多采用半闭环伺服控制。
本文讨论数控机床的进给控制系统，为单轴控制。工作台由直流伺服电动机直接拖动，系统以PLC为控制核心，采用编码器测量电动机的转速，通过数码管显示。系统控制结构如图1所示:

图1     控制系统结构
直流伺服电动机带动工作台做往复直线运动，工作台前进时为工作行程，后退时为返回行程。其运行过程分别为工作台以速度Ｖ1快速前进，运行一定的距离，再转入以速度Ｖ2前进，运行一定的距离，又转入以速度Ｖ3前进(慢进)运行一定的距离到位后，以Ｖ1速度快速返回到原加工位置，再重复这一过程。电动机的正转和反转分别控制工作台前进和后退，调节电动机的转速，可以控制工作台的运行速度。通过控制电路实现对电动机转速大小和方向的控制。

3  PLC控制实现
对工作台的控制电路如图２所示，系统采用晶体输出方式的FX系列的PLC。直流伺服电动机采用PWM脉宽调制波，控制电动机转速的大小，通过继电器控制电动机电枢两端电压的极性来改变电动机正反转向。电动机转速通过圆光栅编码器测量，编码器产生的信号是一组高速脉冲，电机每转一圈就产生100个脉冲信号，这个脉冲信号必须接到PLC内部高速计数器的输入端。

图2     PLC控制系统电路
工作台运行的启/停开关SA接PLC的输入X2，SA接通，电路启动运行，SA断开，电路停止运行。编码器产生的高速脉冲信号接内部高速计数器C235和C236的输入口X0和X1。系统利用PLC的高速计数器C236的高速计数功能，代替位置开关，工作台运行的距离由PLC输出对应的固定脉冲数来定位，通过C235的高速计数功能，来控制每秒输出的脉冲数，控制电动机在不同行程中的转速。电动机的编码器来检测伺服电动机的转速，从而控制工作台的进给速度和位置。
直流伺服电动机转向控制接PLC的输出Y0，控制电动机极性，Y0=0时继电器KA1、KA2断开，对应A点为＋、B点为－，电动机正转，带动工作台前进;Y0=1时继电器KA1、KA2接通，对应A点为－、B点为＋，电动机反转，带动工作台后退。PLC的PWM输出Y1接到直流伺服电动机两端，PLC的PWM输出与电动机之间需加一个平滑电路，用PWM指令调制波形，变直流电压输出，实现电机调速，控制工作台进给速度。

图3     PLC控制伺服电动机程序框图
转速的显示为带有BCD码七段译码显示，PLC的Y2~Y15输出接译码器输入端。

4  控制程序
根据对工作台运行过程的要求，PLC控制直流伺服电动机的程序如图3所示。
程序中用C236高速计数器对编码器脉冲计数在启动后，在第一段行程(0~60000个脉冲)电机以快速Ｖ1速转动，工作台快进，用C235控制电机，每秒输出7500个脉冲。在第二段行程C236再计60000个脉冲，即从60000~120000内，电机以中速Ｖ2速转动，工作台工进，C235控制电机，每秒输出6600个脉冲。在第三段行程C236再计60000个脉冲，即从120000~180000内，电机以慢速Ｖ3速转动，工作台慢进，C235控制电机，每秒输出5700个脉冲。当C236计满180000个脉冲，将使Y0输出动作，使电机反转，，并将C236清零。电机反转时以速度Ｖ1运转，计数器C236计满180000个脉冲后，再重复上述过程。