可編程控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)低本錢的顯示
1 引言
可編程邏輯控制器（Programming Logic Controller, PLC）作為一臺(tái)產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)，集數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示于一身，那么作為數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)的顯示是完全必要的。固然PLC本身有很多指示燈，可以觀測(cè)到PLC的CPU單元、輸進(jìn)/輸出單元及網(wǎng)絡(luò)通訊單元的運(yùn)行工作狀態(tài)，但無(wú)法顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)與PLC通訊以及觸摸屏都可以實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示，但價(jià)格昂貴，對(duì)一些小型不需要經(jīng)常改動(dòng)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是浪費(fèi)。本文采用撥碼開關(guān)和數(shù)碼管來(lái)顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)，操縱簡(jiǎn)單、本錢低廉，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程職員有參考價(jià)值。
（1）應(yīng)用行業(yè)：機(jī)加工、過(guò)程控制等。
（2）使用產(chǎn)品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261
（3）應(yīng)用的主要工藝點(diǎn)及要解決的主要題目：內(nèi)部數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示
（4）應(yīng)用方案簡(jiǎn)介：用高頻率晶體管輸出單元，結(jié)合高速定時(shí)器指令TIMH實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。
2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示
2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LED數(shù)碼管有7段顯示燈，可以用來(lái)顯示0～9間的10個(gè)數(shù)字。CJ1M系列PLC內(nèi)部通道數(shù)據(jù)一般都是四位，假如用借用每個(gè)輸出點(diǎn)來(lái)控制一個(gè)顯示燈，那么一個(gè)數(shù)碼管就需要7個(gè)輸出點(diǎn)，這顯然要占用大量的輸出點(diǎn)，是不經(jīng)濟(jì)的。這里選用含有內(nèi)置譯碼電路的數(shù)碼管如CD4511，可以把8421碼自動(dòng)譯成7段碼。8421碼或BCD碼用4個(gè)接口加選通訊號(hào)，就可以顯示一個(gè)數(shù)據(jù)位。將四個(gè)8421輸進(jìn)線組合與某個(gè)輸出通道的最低四位相連，每個(gè)選通訊號(hào)的輸進(jìn)信號(hào)與通道中剩下的四位相對(duì)應(yīng)連接，這樣一個(gè)輸出通道就能顯示PLC四位（一個(gè)字）內(nèi)部數(shù)據(jù)。具體接線圖如圖1所示。
圖1 PLC硬件接線圖
留意，這里的PLC輸出模塊應(yīng)選用晶體管或者晶閘管輸出單元，而不宜采用繼電器輸出單元。由于繼電器輸出單元為有觸點(diǎn)開關(guān)，響應(yīng)慢、速度低，不適用于高頻率的通斷，也不適用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示[1>。故圖1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64點(diǎn)）晶體管作為輸出單元，其在本PLC機(jī)架上的IO地址分配為6.00～9.15，這里用0006通道作為內(nèi)部數(shù)據(jù)的顯示通道。6.00～6.03為CD4511的數(shù)據(jù)輸進(jìn)端A、B、C、D，其中A為最低位，D為最高位， 為高電平時(shí)鎖存數(shù)據(jù)，四位數(shù)據(jù)的 端由PLC的6.04～6.07分別控制，4個(gè)數(shù)碼管共占用8個(gè)輸出點(diǎn)。
2.2 選通訊號(hào)的天生
由于4個(gè)數(shù)碼管 的線皆由一個(gè)I/O口控制，因此，在每一瞬間，4位LED會(huì)顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方式輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符，根據(jù)人眼視覺(jué)特性，當(dāng)LED所加信號(hào)頻率大于50Hz時(shí),人眼不能感覺(jué)其變化，所以每位顯示的間隔不能超過(guò)20ms，也就是說(shuō)要在20ms之內(nèi)分時(shí)的點(diǎn)亮所有LED，LED越多所分的時(shí)間越短，亮度就會(huì)不足；假如增加點(diǎn)亮?xí)r間，又會(huì)使掃描頻率下降，有閃爍感輕易造成人眼的彼勞，故常采用動(dòng)態(tài)掃描方式[2>。這種掃描方式僅適用于LED不超過(guò)10個(gè)時(shí)的場(chǎng)合，本例中只有4只LED數(shù)碼管，故可以選用此方法。
CJ1M系列PLC有豐富的定時(shí)指令，其定時(shí)器類型有1ms、10ms和100ms，這里選用TIMH指令[3>，定時(shí)器的設(shè)定值為#1，這樣選通訊號(hào)的周期為10ms。
2.3 同步化處理
PLC采用循環(huán)周期掃描工作方式，指令的執(zhí)行由上至下，有左至右，前面的結(jié)果將影響后面；前一個(gè)周期的結(jié)果影響下一周期。PLC邏輯設(shè)計(jì)同步化就是想法實(shí)現(xiàn)：用脈沖信號(hào)控制輸出及內(nèi)部狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，有脈沖作用的周期，執(zhí)行指令才有效果；而且在脈沖信號(hào)起作用的這周期中，前面指令的執(zhí)行結(jié)果，不改變后面指令的執(zhí)行條件[4>。同步化處理的方法很多，在圖2中是通過(guò)公道安排指令的先后順序來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。
圖2中，系統(tǒng)上電，高速定時(shí)器開始定時(shí)，10ms后，其常閉觸點(diǎn)斷開，即T0輸出一個(gè)脈沖，寬度為一個(gè)掃描周期。第一個(gè)脈沖到了， 6.04置位，成為前一行的指令執(zhí)行條件，但這時(shí)它的指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，故在此脈沖作用期間，也不會(huì)有什么變化。依此類推，第四個(gè)脈沖之后，6.07置位，6.06復(fù)位，成為工作寄存器W0.00輸出的條件，第五個(gè)脈沖到來(lái)，6.07復(fù)位，梯形圖又回到初始狀態(tài)，如此反復(fù)，分時(shí)實(shí)現(xiàn)四位數(shù)據(jù)的 端6.04～6.07輪流接通10ms。
圖2 選通訊號(hào)的天生
2.4 數(shù)據(jù)顯示
采用MOVD指令，將要顯示的內(nèi)部數(shù)據(jù)如DM區(qū)、W區(qū)、T/C區(qū)等中的一個(gè)字通過(guò)通道6顯示出來(lái)。如圖3所示，本例中，依不同的選通訊號(hào)，將D0中的數(shù)據(jù)通過(guò)選擇不同的位進(jìn)行顯示。
圖3 數(shù)據(jù)顯示輸出
3 功能擴(kuò)展
3.1 顯示雙字
在圖1中，PLC輸進(jìn)端0.01接撥碼開關(guān)SA，其作用根據(jù)其所在位置不同結(jié)合跳轉(zhuǎn)指令（JMP/JME）來(lái)確定數(shù)據(jù)顯示是哪個(gè)通道。如圖4中，當(dāng)SA為ON時(shí)，顯示D0中的數(shù)據(jù)；當(dāng)SA為OFF時(shí)，顯示D1中的數(shù)據(jù)。
圖4 雙字?jǐn)?shù)據(jù)顯示輸出
3.2 硬件擴(kuò)展
假如對(duì)4個(gè)選通輸出點(diǎn)6.00～6.03采用一片4線－16線譯碼器（如SG74HC154）進(jìn)行譯碼，可以擴(kuò)展成16個(gè)循環(huán)的選通訊號(hào)，就能顯示4個(gè)通道的數(shù)據(jù)。假如結(jié)合開關(guān)SA，按圖4中的方式，就可以顯示8個(gè)通道的數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文以CJ1M系列PLC為例，用9個(gè)I/O點(diǎn)（1個(gè)輸進(jìn)，8個(gè)輸出）結(jié)合軟件編程和硬件擴(kuò)展來(lái)顯示8個(gè)內(nèi)部通道的數(shù)據(jù)（128位）。實(shí)踐證實(shí)，該方法簡(jiǎn)易可靠、本錢不高，適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程現(xiàn)場(chǎng)操縱。
可編程邏輯控制器（Programming Logic Controller, PLC）作為一臺(tái)產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)，集數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示于一身，那么作為數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)的顯示是完全必要的。固然PLC本身有很多指示燈，可以觀測(cè)到PLC的CPU單元、輸進(jìn)/輸出單元及網(wǎng)絡(luò)通訊單元的運(yùn)行工作狀態(tài)，但無(wú)法顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)與PLC通訊以及觸摸屏都可以實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示，但價(jià)格昂貴，對(duì)一些小型不需要經(jīng)常改動(dòng)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是浪費(fèi)。本文采用撥碼開關(guān)和數(shù)碼管來(lái)顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)，操縱簡(jiǎn)單、本錢低廉，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程職員有參考價(jià)值。
（1）應(yīng)用行業(yè)：機(jī)加工、過(guò)程控制等。
（2）使用產(chǎn)品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261
（3）應(yīng)用的主要工藝點(diǎn)及要解決的主要題目：內(nèi)部數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示
（4）應(yīng)用方案簡(jiǎn)介：用高頻率晶體管輸出單元，結(jié)合高速定時(shí)器指令TIMH實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。
2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示
2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LED數(shù)碼管有7段顯示燈，可以用來(lái)顯示0～9間的10個(gè)數(shù)字。CJ1M系列PLC內(nèi)部通道數(shù)據(jù)一般都是四位，假如用借用每個(gè)輸出點(diǎn)來(lái)控制一個(gè)顯示燈，那么一個(gè)數(shù)碼管就需要7個(gè)輸出點(diǎn)，這顯然要占用大量的輸出點(diǎn)，是不經(jīng)濟(jì)的。這里選用含有內(nèi)置譯碼電路的數(shù)碼管如CD4511，可以把8421碼自動(dòng)譯成7段碼。8421碼或BCD碼用4個(gè)接口加選通訊號(hào)，就可以顯示一個(gè)數(shù)據(jù)位。將四個(gè)8421輸進(jìn)線組合與某個(gè)輸出通道的最低四位相連，每個(gè)選通訊號(hào)的輸進(jìn)信號(hào)與通道中剩下的四位相對(duì)應(yīng)連接，這樣一個(gè)輸出通道就能顯示PLC四位（一個(gè)字）內(nèi)部數(shù)據(jù)。具體接線圖如圖1所示。
圖1 PLC硬件接線圖
留意，這里的PLC輸出模塊應(yīng)選用晶體管或者晶閘管輸出單元，而不宜采用繼電器輸出單元。由于繼電器輸出單元為有觸點(diǎn)開關(guān)，響應(yīng)慢、速度低，不適用于高頻率的通斷，也不適用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示[1>。故圖1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64點(diǎn)）晶體管作為輸出單元，其在本PLC機(jī)架上的IO地址分配為6.00～9.15，這里用0006通道作為內(nèi)部數(shù)據(jù)的顯示通道。6.00～6.03為CD4511的數(shù)據(jù)輸進(jìn)端A、B、C、D，其中A為最低位，D為最高位， 為高電平時(shí)鎖存數(shù)據(jù)，四位數(shù)據(jù)的 端由PLC的6.04～6.07分別控制，4個(gè)數(shù)碼管共占用8個(gè)輸出點(diǎn)。
2.2 選通訊號(hào)的天生
由于4個(gè)數(shù)碼管 的線皆由一個(gè)I/O口控制，因此，在每一瞬間，4位LED會(huì)顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方式輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符，根據(jù)人眼視覺(jué)特性，當(dāng)LED所加信號(hào)頻率大于50Hz時(shí),人眼不能感覺(jué)其變化，所以每位顯示的間隔不能超過(guò)20ms，也就是說(shuō)要在20ms之內(nèi)分時(shí)的點(diǎn)亮所有LED，LED越多所分的時(shí)間越短，亮度就會(huì)不足；假如增加點(diǎn)亮?xí)r間，又會(huì)使掃描頻率下降，有閃爍感輕易造成人眼的彼勞，故常采用動(dòng)態(tài)掃描方式[2>。這種掃描方式僅適用于LED不超過(guò)10個(gè)時(shí)的場(chǎng)合，本例中只有4只LED數(shù)碼管，故可以選用此方法。
CJ1M系列PLC有豐富的定時(shí)指令，其定時(shí)器類型有1ms、10ms和100ms，這里選用TIMH指令[3>，定時(shí)器的設(shè)定值為#1，這樣選通訊號(hào)的周期為10ms。
2.3 同步化處理
PLC采用循環(huán)周期掃描工作方式，指令的執(zhí)行由上至下，有左至右，前面的結(jié)果將影響后面；前一個(gè)周期的結(jié)果影響下一周期。PLC邏輯設(shè)計(jì)同步化就是想法實(shí)現(xiàn)：用脈沖信號(hào)控制輸出及內(nèi)部狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，有脈沖作用的周期，執(zhí)行指令才有效果；而且在脈沖信號(hào)起作用的這周期中，前面指令的執(zhí)行結(jié)果，不改變后面指令的執(zhí)行條件[4>。同步化處理的方法很多，在圖2中是通過(guò)公道安排指令的先后順序來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。
圖2中，系統(tǒng)上電，高速定時(shí)器開始定時(shí)，10ms后，其常閉觸點(diǎn)斷開，即T0輸出一個(gè)脈沖，寬度為一個(gè)掃描周期。第一個(gè)脈沖到了， 6.04置位，成為前一行的指令執(zhí)行條件，但這時(shí)它的指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，故在此脈沖作用期間，也不會(huì)有什么變化。依此類推，第四個(gè)脈沖之后，6.07置位，6.06復(fù)位，成為工作寄存器W0.00輸出的條件，第五個(gè)脈沖到來(lái)，6.07復(fù)位，梯形圖又回到初始狀態(tài)，如此反復(fù)，分時(shí)實(shí)現(xiàn)四位數(shù)據(jù)的 端6.04～6.07輪流接通10ms。
圖2 選通訊號(hào)的天生
2.4 數(shù)據(jù)顯示
采用MOVD指令，將要顯示的內(nèi)部數(shù)據(jù)如DM區(qū)、W區(qū)、T/C區(qū)等中的一個(gè)字通過(guò)通道6顯示出來(lái)。如圖3所示，本例中，依不同的選通訊號(hào)，將D0中的數(shù)據(jù)通過(guò)選擇不同的位進(jìn)行顯示。
圖3 數(shù)據(jù)顯示輸出
3 功能擴(kuò)展
3.1 顯示雙字
在圖1中，PLC輸進(jìn)端0.01接撥碼開關(guān)SA，其作用根據(jù)其所在位置不同結(jié)合跳轉(zhuǎn)指令（JMP/JME）來(lái)確定數(shù)據(jù)顯示是哪個(gè)通道。如圖4中，當(dāng)SA為ON時(shí)，顯示D0中的數(shù)據(jù)；當(dāng)SA為OFF時(shí)，顯示D1中的數(shù)據(jù)。
圖4 雙字?jǐn)?shù)據(jù)顯示輸出
3.2 硬件擴(kuò)展
假如對(duì)4個(gè)選通輸出點(diǎn)6.00～6.03采用一片4線－16線譯碼器（如SG74HC154）進(jìn)行譯碼，可以擴(kuò)展成16個(gè)循環(huán)的選通訊號(hào)，就能顯示4個(gè)通道的數(shù)據(jù)。假如結(jié)合開關(guān)SA，按圖4中的方式，就可以顯示8個(gè)通道的數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文以CJ1M系列PLC為例，用9個(gè)I/O點(diǎn)（1個(gè)輸進(jìn)，8個(gè)輸出）結(jié)合軟件編程和硬件擴(kuò)展來(lái)顯示8個(gè)內(nèi)部通道的數(shù)據(jù)（128位）。實(shí)踐證實(shí)，該方法簡(jiǎn)易可靠、本錢不高，適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程現(xiàn)場(chǎng)操縱。
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