工控自動化技術文摘：永宏PLC在生產目標管理板上的改造

摘要：生sheng產chan目mu標biao管guan理li板ban在zai當dang今jin的de工gong廠chang應ying用yong的de越yue來lai越yue廣guang泛fan，當dang前qian很hen多duo管guan理li板ban都dou采cai用yong單dan片pian機ji控kong製zhi多duo。但dan單dan片pian在zai複fu雜za的de工gong廠chang環huan境jing中zhong往wang往wang容rong易yi受shou幹gan擾rao，本ben文wen章zhang就jiu針zhen對dui產chan品pin的de穩wen定ding性xing，采cai用yong永yong宏hongPLC以及專用LED顯示模塊，對管理板進行改造。

1 . 前言：
xianzaihenduochejiandoucaiyongshengchanmubiaoguanlibanzaishengchanxianshangjinxingchanpinshengchandeguanli，keyizhijiejinxingshengchanmubiaodesheding，dongtaixianshishijishengchanshijishu。henzhiguandejinxingmubiaoyudangqianchanliangdeduizhao；更(geng)能(neng)促(cu)進(jin)生(sheng)產(chan)的(de)進(jin)程(cheng)。由(you)於(yu)管(guan)理(li)板(ban)控(kong)製(zhi)較(jiao)為(wei)簡(jian)單(dan)，所(suo)以(yi)基(ji)本(ben)上(shang)都(dou)采(cai)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)來(lai)實(shi)現(xian)。但(dan)在(zai)工(gong)廠(chang)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)，往(wang)往(wang)存(cun)在(zai)很(hen)多(duo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)，導(dao)致(zhi)管(guan)理(li)板(ban)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)地(di)、穩定的工作。這樣對生產會造成直接的影響。所以為了提高產品的可靠性，采用PLC來進行控製改造，將很有效的提高管理板的穩定性。
2. 傳統生產管理板簡介
傳統的生產目標管理板都采用一塊大麵板來顯示，集成單片機控製電路，LED顯示；以及操作手柄。通常采用懸掛方式。

而(er)操(cao)作(zuo)手(shou)柄(bing)主(zhu)要(yao)用(yong)來(lai)設(she)定(ding)相(xiang)關(guan)的(de)參(can)數(shu)，如(ru)生(sheng)產(chan)目(mu)標(biao)數(shu)，定(ding)時(shi)器(qi)時(shi)間(jian)以(yi)及(ji)管(guan)理(li)板(ban)的(de)啟(qi)動(dong)等(deng)。而(er)計(ji)數(shu)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)由(you)生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)相(xiang)關(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)提(ti)供(gong)。常(chang)見(jian)的(de)操(cao)作(zuo)方(fang)式(shi)有(you)純(chun)按(an)鍵(jian)式(shi)，或(huo)者(zhe)按(an)鍵(jian)結(jie)合(he)撥(bo)碼(ma)開(kai)關(guan)方(fang)式(shi)。在(zai)撥(bo)碼(ma)開(kai)關(guan)設(she)定(ding)值(zhi)方(fang)便(bian)，更(geng)能(neng)方(fang)便(bian)、直觀的操作。
目前有如下一個生產管理板：
使用按鈕進行參數的設定，【設定】、【選位】、【+1】和【－1】
目標值按鈕：【目標複位】、【目標暫停】
實績數按鈕：【實績複位】，另外還有連接生產線的【實績＋1】輸入開關。生產管理設定過程如下“：

根據流程圖,係統的參數設定主要通過按鍵來操作.步驟顯得繁瑣.設定速度較為緩慢.在一定程度上製約著生產效率的提高.而且單片機控製的管理板若在生產係統化的集中管理,就很難發生數據,以便ERP等管理中心進行數據的采集.所以,為提供係統的穩定性,以及適應當前工廠管理模式,對其改造勢在必行.現就以台灣永宏電機公司生產的FBs係列PLC對其進行改造。永宏PLC提供LED顯示控製的專用模塊FBs-7SG1/2.對(dui)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)板(ban)的(de)改(gai)造(zao)提(ti)供(gong)相(xiang)當(dang)便(bian)利(li)的(de)條(tiao)件(jian)，無(wu)論(lun)從(cong)配(pei)線(xian)還(hai)是(shi)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)上(shang)，都(dou)大(da)大(da)的(de)簡(jian)化(hua)，從(cong)而(er)更(geng)能(neng)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)與(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)以(yi)及(ji)控(kong)製(zhi)的(de)便(bian)利(li)性(xing)。

3. 永宏PLC硬件配置
根據上述係統配置，控製係統都集中在開關量輸入和LED顯示兩個單元。若考慮到後期的係統升級，如做生產數據的采集等與尚未機通訊，隻需再增加一塊通訊板即可實現。所以在選擇PLC時，選擇永宏經濟型主機FBs-MA係列就可以，永宏PLC主機最小點數為10點，最大為60點；但由於LED先必須采用擴展模塊才能實現控製輸出，能帶擴展模塊的主機至少為20點，所以這裏要選擇FBs-20MA主機。(詳細主機介紹請參考永宏公司相關產品手冊)。主機為12點輸入和8點輸出；可以擴展到3個通訊口，自帶一個編程口。下麵重點介紹一下永宏PLC提供的LED顯示輸出模塊FBs-7SG1/2.
FBs-7SG 有7SG1 與7SG2 兩種機型，它們內部分別具有1個或2個可顯示8個數字7段數碼管或者4個16段數碼管，下圖是以FBs-7SG2 為例的示意圖。

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FBs-7SG 內部具有專用的七段LED 顯示IC，用來作為1～ 8個七段或1～ 4個16 段LED顯示器的多任務掃描顯示。用戶隻需要用一條16 芯的扁平排線連接就可以得到8 位數的數字顯示或64 點獨立的燈號顯示（一個數字顯示可分為8個獨立點顯示或可以選擇數字與獨立點混合顯示）或4 位數的文數字顯示。每一片7SG 模塊會在I/O 尋址上占用3～ 8個數字輸出緩存器的地址(R3904～ R3967)，因此一個主機最多可控製192個7段數字顯示或64個16段米字型文數字顯示或1024個獨立點LED 顯示。
下圖為FBs-7SG 內部顯示IC 的輸出驅動電路結構圖，對一般用戶而言，並不需要特別
去計算LED 的壓降，隻需要按照下列Jumper 表格調整適合的電壓，使它不至於發生過電壓
驅動（ O.V.）現象就可以。

驅動電壓
因為顯示IC 為40mA 定電流源，故其功率消耗完全由跨接在它上麵的電壓降VIC（ PD =40mA × VIC）的大小決定，如上圖所示VIC = VIN − VLED − 0.8V，也就是VIC 受到驅動電源電壓VIN 及七段顯示器順向壓降VLED 的影響，因顯示IC 的安全功率消耗在最惡劣周圍溫度條件下必須限製在0.8W 以下，也就是它的VIC 必需小於2V。VIC 過低將造成顯示亮度不足或者無法顯示，過高則將造成不正確的顯示（不該亮也點亮）或損壞顯示IC。
由於不同尺寸的LED 顯示器其工作所需的驅動電壓不同，因此應用本模塊時需先設定適當的驅動電壓。驅動電壓大小的正確選擇，通過調整電壓跳線來進行調整。
模塊底部有個高電壓驅動跳線JP1，提供7.5V,10V和12.5V電壓選擇，出廠設定在7.5V。
麵板上麵還提供JP5/8跳線，為LV和HV電壓選擇。當在LV位置時，驅動電壓範圍為：2.4V-4.2V；若在HV位置則才是7.5V-12.5V.
另外還提供JP6/9和JP7/10兩個微調跳線。JP6/9調整0.6V的壓降；JP7/10調整1.2V的壓降；通過這些跳線來獲取LED允許的電壓驅動。
為了能讓驅動IC 的CE 間端電壓VI C 控製在2V 以下，FBs-7SG 設計有過電壓驅動顯示LED，以供用戶檢視是否有過電壓驅動現象，在麵板上提供“O.V.”指示燈。通過JP3來測試模塊是否過壓顯示，在所有燈節都會被點亮後，通過JP3來測試，將JP3 置放在N 位置，當O.V.燈屬於熄滅狀態，表示未過壓驅動；反之則表示過壓，再做電壓的調整。這樣起到對模塊的保護作用。
結合FBs-7SG顯示模塊，永宏公司還提供配套使用的LED顯示板。有7段顯示以及16段顯示，尺寸有0.56寸～4寸的選擇。這樣，客戶可以直接定購相應尺寸和顯示段數，就能輕鬆的完成LED顯示的輸出，無需自行進行繁瑣線路焊接與調試。下麵圖示為7段LED顯示板的原理圖。

圖5 7段與16段LED原理圖

解碼與非解碼
在FBs-7SG模塊上，還提供一個解碼/非解碼模式的顯示選擇跳線JP2.此模式基本上使用在7段LED上.
非譯碼顯示：各個燈節的暗亮，獨立由用戶的應用控製. 在此模式下FBs-7SG2 總共使用了8個輸出緩存器來控製128燈節的顯示，每一燈節分別由對應的1個位來控製，當位值為1 時對應燈節會點亮，各燈節與輸出緩存器的對應關係如下表所示，其中OR 為模塊占用的第一個輸出緩存器，每一輸出緩存器的內容分兩次輸出每次輸出一個字節數據(8 個燈節)，各字節數據分別送到對應的P/D7~ A/D0 輸出。
例；每2個顯示LED(7段)由一個OR控製輸出。若我們將CH0通道的低2位(對應寄存器R3904)顯示:”4.2”字樣時，那麼將R3904的寄存器設定值如下.

表格1：非解碼模式下對應驅動位

程序控製如下：

隻需該條指令即能顯示:”4.2”字樣。其他非解碼的數字對應驅動寄存器位請參考《永宏PLC使用手冊》2的第16章節。
譯碼顯示：直接以內定字型編碼顯示其對應的字型燈節
在此模式下FBs-7SG2 總共使用4個輸出緩存器來控製8 位數字顯示，每一位數分別由對應的4 個位來控製，此外8 位數的小數點也利用1個輸出緩存器來控製，每一數點分別由對應的一位來控製，各位數字與小數點與輸出緩存器的對應關係如下表所示，其中OR 為模塊占用的第一個輸出緩存器。
如上麵例子顯示:”4.2”的控製方式如下

注：在對應的16進製位上，填寫F時，LED無顯示輸出。若對直接對寄存器做顯示的話，中間則需要對寄存器做BCD碼轉換(FUN20功能指令)，才能顯示為人眼可識別的0～9數字。

4. 控製程序編寫
我們就依照上例做PLC程序上的變換。PLC程序比單片機程序更加直觀，更易懂。對於略有電氣基礎的技術人員就能進行修改，調試。可以大大降低維護的成本。
目標數設定
這裏，我們對目標設定值的設定方式進行改造，采用4位撥碼開關來輸入設定值，這樣使得設定操作更為方便。

圖6：8421碼撥碼開關
永宏PLC有支持撥碼開關輸入的專用指令，這樣無論在PLC的配線，或者獲取對應輸入值時，都相當的方便。撥碼開關指令為FUN78功能指令。使用4位數輸入時，共需占用4個輸入點和4個輸出掃描點。PLC配線如下圖：

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在編寫程序時，調用一個FUN78功能指令塊，然後根據配線圖，做相關參數設定。“IN”輸入點占用X0~X3，“OT”輸出點占用Y0~Y3。我們將撥碼開關輸入值送到R10。D10為其內部工作寄存器，指令占用，其他地方不要重複使用。整個指令如下。

如上所示就能完成目標數的設定。這時在設定完畢後我們將設定值送到顯示FBs-7SG2模塊做顯示。
這裏顯示模塊使用FBs-7SG2.共有2個通道，一個通道顯示8位7段LED。我們對顯示模塊采用譯碼碼模式。LED顯示單元為了配合程序更好設計。我們這樣編排：

這時，我們可以通過搬移指令將R0值直接送至R3905。因為撥碼開關輸入的即為BCD碼。所以在送到R3905時，不必再做BCD碼轉換。

對於實際計數部分，我們現在以一個輸入開關來實現。這裏占用X5輸入點，以一個計數器C0來計數當前生產的實績數。因為顯示隻為4段，即數目為0～9999.所以當計數滿10000時，要進行清零。計數程序如下。

5. 結束語
上述程序即能完成生產管理板的改造，硬件上，比單片機控製方式運行得更加可靠、穩定；擴展性比單片機更優越。軟件上，設計程序比單片機更能容易編寫和修改；後期的調試、維護更加的便利。因為PLC尚(shang)有(you)剩(sheng)餘(yu)輸(shu)入(ru)點(dian)和(he)輸(shu)出(chu)點(dian)，隻(zhi)需(xu)在(zai)配(pei)線(xian)增(zeng)加(jia)輸(shu)入(ru)開(kai)關(guan)和(he)做(zuo)輸(shu)出(chu)點(dian)輸(shu)出(chu)，就(jiu)能(neng)更(geng)好(hao)的(de)完(wan)善(shan)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)板(ban)的(de)升(sheng)級(ji)。若(ruo)上(shang)位(wei)機(ji)要(yao)采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)則(ze)擴(kuo)展(zhan)個(ge)通(tong)訊(xun)端(duan)口(kou)，讀(du)取(qu)對(dui)應(ying)的(de)寄(ji)存(cun)器(qi)值(zhi)即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)生(sheng)產(chan)線(xian)與(yu)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)連(lian)接(jie)。

參考文獻：
[1] 永宏可編程控製器使用手冊I 和使用手冊II.台灣永宏電機股份有限公司
[2] 生產目標管理板操作說明書.

作者簡介：
孫恒孝(1980- ),畢業於合肥工業大學自動化係
主要從事PLC行業的技術支持與行業應用工作
聯係方式：範堤商貿(上海)有限公司
021－66315471