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摘要：生產(chǎn)目標(biāo)管理板在當(dāng)今的工廠應(yīng)用的越來越廣泛，當(dāng)前很多管理板都采用單片機控制多。但單片在復(fù)雜的工廠環(huán)境中往往容易受干擾，本文章就針對產(chǎn)品的穩(wěn)定性，采用永宏P(guān)LC以及專用LED顯示模塊，對管理板進行改造。
1 . 前言：
現(xiàn)在很多車間都采用生產(chǎn)目標(biāo)管理板在生產(chǎn)線上進行產(chǎn)品生產(chǎn)的管理，可以直接進行生產(chǎn)目標(biāo)的設(shè)定，動態(tài)顯示實際生產(chǎn)實績數(shù)。很直觀的進行目標(biāo)與當(dāng)前產(chǎn)量的對照；更能促進生產(chǎn)的進程。由于管理板控制較為簡單，所以基本上都采用單片機來實現(xiàn)。但在工廠的環(huán)境下，往往存在很多干擾信號，導(dǎo)致管理板不能正常地、穩(wěn)定的工作。這樣對生產(chǎn)會造成直接的影響。所以為了提高產(chǎn)品的可靠性，采用PLC來進行控制改造，將很有效的提高管理板的穩(wěn)定性。
2. 傳統(tǒng)生產(chǎn)管理板簡介
傳統(tǒng)的生產(chǎn)目標(biāo)管理板都采用一塊大面板來顯示，集成單片機控制電路，LED顯示；以及操作手柄。通常采用懸掛方式。
圖1 傳統(tǒng)生產(chǎn)目標(biāo)管理圖示
而操作手柄主要用來設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，如生產(chǎn)目標(biāo)數(shù)，定時器時間以及管理板的啟動等。而計數(shù)信號一般由生產(chǎn)線的相關(guān)傳感器提供。常見的操作方式有純按鍵式，或者按鍵結(jié)合撥碼開關(guān)方式。在撥碼開關(guān)設(shè)定值方便，更能方便、直觀的操作。
目前有如下一個生產(chǎn)管理板：
使用按鈕進行參數(shù)的設(shè)定，【設(shè)定】、【選位】、【+1】和【－1】
目標(biāo)值按鈕：【目標(biāo)復(fù)位】、【目標(biāo)暫停】
實績數(shù)按鈕：【實績復(fù)位】，另外還有連接生產(chǎn)線的【實績＋1】輸入開關(guān)。生產(chǎn)管理設(shè)定過程如下“：
根據(jù)流程圖,系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定主要通過按鍵來操作.步驟顯得繁瑣.設(shè)定速度較為緩慢.在一定程度上制約著生產(chǎn)效率的提高.而且單片機控制的管理板若在生產(chǎn)系統(tǒng)化的集中管理,就很難發(fā)生數(shù)據(jù),以便ERP等管理中心進行數(shù)據(jù)的采集.所以,為提供系統(tǒng)的穩(wěn)定性,以及適應(yīng)當(dāng)前工廠管理模式,對其改造勢在必行.現(xiàn)就以臺灣永宏電機公司生產(chǎn)的FBs系列PLC對其進行改造。永宏P(guān)LC提供LED顯示控制的專用模塊FBs-7SG1/2.對生產(chǎn)管理板的改造提供相當(dāng)便利的條件，無論從配線還是控制方式上，都大大的簡化，從而更能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性以及控制的便利性。
3. 永宏P(guān)LC硬件配置
根據(jù)上述系統(tǒng)配置，控制系統(tǒng)都集中在開關(guān)量輸入和LED顯示兩個單元。若考慮到后期的系統(tǒng)升級，如做生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集等與尚未機通訊，只需再增加一塊通訊板即可實現(xiàn)。所以在選擇PLC時，選擇永宏經(jīng)濟型主機FBs-MA系列就可以，永宏P(guān)LC主機最小點數(shù)為10點，最大為60點；但由于LED先必須采用擴展模塊才能實現(xiàn)控制輸出，能帶擴展模塊的主機至少為20點，所以這里要選擇FBs-20MA主機。(詳細(xì)主機介紹請參考永宏公司相關(guān)產(chǎn)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。下面重點介紹一下永宏P(guān)LC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(nèi)部分別具有1個或2個可顯示8個數(shù)字7段數(shù)碼管或者4個16段數(shù)碼管，下圖是以FBs-7SG2 為例的示意圖。
FBs-7SG 內(nèi)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(wù)掃描顯示。用戶只需要用一條16 芯的扁平排線連接就可以得到8 位數(shù)的數(shù)字顯示或64 點獨立的燈號顯示（ 一個數(shù)字顯示可分為8個獨立點顯示或可以選擇數(shù)字與獨立點混合顯示） 或4 位數(shù)的文數(shù)字顯示。每一片7SG 模塊會在I/O 尋址上占用3～ 8個數(shù)字輸出緩存器的地址(R3904～ R3967)， 因此一個主機最多可控制192個7段數(shù)字顯示或64個16段米字型文數(shù)字顯示或1024個獨立點LED 顯示。
下圖為FBs-7SG 內(nèi)部顯示IC 的輸出驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖， 對一般用戶而言， 并不需要特別
去計算LED 的壓降， 只需要按照下列Jumper 表格調(diào)整適合的電壓， 使它不至于發(fā)生過電壓
驅(qū)動（ O.V.） 現(xiàn)象就可以。
圖3 FBs-7SG驅(qū)動電路圖示
驅(qū)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面的電壓降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(qū)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制在0.8W 以下， 也就是它的VIC 必需小于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。
由于不同尺寸的LED 顯示器其工作所需的驅(qū)動電壓不同， 因此應(yīng)用本模塊時需先設(shè)定適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓。驅(qū)動電壓大小的正確選擇，通過調(diào)整電壓跳線來進行調(diào)整。
模塊底部有個高電壓驅(qū)動跳線JP1，提供7.5V,10V和12.5V電壓選擇，出廠設(shè)定在7.5V。
面板上面還提供JP5/8跳線，為LV和HV電壓選擇。當(dāng)在LV位置時，驅(qū)動電壓范圍為：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(diào)跳線。JP6/9調(diào)整0.6V的壓降；JP7/10調(diào)整1.2V的壓降；通過這些跳線來獲取LED允許的電壓驅(qū)動。
為了能讓驅(qū)動IC 的CE 間端電壓VI C 控制在2V 以下，F(xiàn)Bs-7SG 設(shè)計有過電壓驅(qū)動顯示LED， 以供用戶檢視是否有過電壓驅(qū)動現(xiàn)象，在面板上提供“O.V.”指示燈。通過JP3來測試模塊是否過壓顯示，在所有燈節(jié)都會被點亮后，通過JP3來測試，將JP3 置放在N 位置，當(dāng)O.V.燈屬于熄滅狀態(tài)，表示未過壓驅(qū)動；反之則表示過壓，再做電壓的調(diào)整。這樣起到對模塊的保護作用。
結(jié)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(yīng)尺寸和顯示段數(shù)，就能輕松的完成LED顯示的輸出，無需自行進行繁瑣線路焊接與調(diào)試。下面圖示為7段LED顯示板的原理圖。
圖4 DBx.xLEDR顯示原理圖
7段LED顯示板( 一片最多八位數(shù)) 最右邊一位數(shù)對應(yīng)到SEG0~SEG7 輸出，再往左下一位數(shù)為SEG8~SEG15，最左位數(shù)為SEG63~SEG56，一片7SG2 共可以推動16 位數(shù)7 段數(shù)字LED 顯示器。
16段米字型顯示板(一片最多四位數(shù))最右邊一位數(shù)的D0~D15 燈節(jié)分別對應(yīng)到7SG2 模塊的SEG0~SEG15 輸出，再往右下一位數(shù)為SEG16~SEG31，最左一位數(shù)位為SEG63~SEG48。一片7SG2 共可接兩片16 段文數(shù)字型LED 顯示模塊。
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(jié)的暗亮， 獨立由用戶的應(yīng)用控制. 在此模式下FBs-7SG2 總共使用了8個輸出緩存器來控制128燈節(jié)的顯示，每一燈節(jié)分別由對應(yīng)的1個位來控制，當(dāng)位值為1 時對應(yīng)燈節(jié)會點亮，各燈節(jié)與輸出緩存器的對應(yīng)關(guān)系如下表所示，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(nèi)容分兩次輸出每次輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)(8 個燈節(jié))， 各字節(jié)數(shù)據(jù)分別送到對應(yīng)的P/D7~ A/D0 輸出。
例；每2個顯示LED(7段)由一個OR控制輸出。若我們將CH0通道的低2位(對應(yīng)寄存器R3904)顯示:”4.2”字樣時，那么將R3904的寄存器設(shè)定值如下.
表格1：非解碼模式下對應(yīng)驅(qū)動位
程序控制如下：
只需該條指令即能顯示:”4.2”字樣。其他非解碼的數(shù)字對應(yīng)驅(qū)動寄存器位請參考《永宏P(guān)LC使用手冊》2的第16章節(jié)。
譯碼顯示： 直接以內(nèi)定字型編碼顯示其對應(yīng)的字型燈節(jié)
在此模式下FBs-7SG2 總共使用4個輸出緩存器來控制8 位數(shù)字顯示，每一位數(shù)分別由對應(yīng)的4 個位來控制，此外8 位數(shù)的小數(shù)點也利用1個輸出緩存器來控制，每一數(shù)點分別由對應(yīng)的一位來控制，各位數(shù)字與小數(shù)點與輸出緩存器的對應(yīng)關(guān)系如下表所示，其中OR 為模塊占用的第一個輸出緩存器。
如上面例子顯示:”4.2”的控制方式如下
注：在對應(yīng)的16進制位上，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(zhuǎn)換(FUN20功能指令)，才能顯示為人眼可識別的0～9數(shù)字。
4. 控制程序編寫
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。對于略有電氣基礎(chǔ)的技術(shù)人員就能進行修改，調(diào)試。可以大大降低維護的成本。
目標(biāo)數(shù)設(shè)定
這里，我們對目標(biāo)設(shè)定值的設(shè)定方式進行改造，采用4位撥碼開關(guān)來輸入設(shè)定值，這樣使得設(shè)定操作更為方便。
圖6：8421碼撥碼開關(guān)
永宏P(guān)LC有支持撥碼開關(guān)輸入的專用指令，這樣無論在PLC的配線，或者獲取對應(yīng)輸入值時，都相當(dāng)?shù)姆奖恪艽a開關(guān)指令為FUN78功能指令。使用4位數(shù)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：
在編寫程序時，調(diào)用一個FUN78功能指令塊，然后根據(jù)配線圖，做相關(guān)參數(shù)設(shè)定。“IN”輸入點占用X0~X3，“OT”輸出點占用Y0~Y3。我們將撥碼開關(guān)輸入值送到R10。D10為其內(nèi)部工作寄存器，指令占用，其他地方不要重復(fù)使用。整個指令如下。
如上所示就能完成目標(biāo)數(shù)的設(shè)定。這時在設(shè)定完畢后我們將設(shè)定值送到顯示FBs-7SG2模塊做顯示。
這里顯示模塊使用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(shè)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(guān)輸入的即為BCD碼。所以在送到R3905時，不必再做BCD碼轉(zhuǎn)換。
對于實際計數(shù)部分，我們現(xiàn)在以一個輸入開關(guān)來實現(xiàn)。這里占用X5輸入點，以一個計數(shù)器C0來計數(shù)當(dāng)前生產(chǎn)的實績數(shù)。因為顯示只為4段，即數(shù)目為0～9999.所以當(dāng)計數(shù)滿10000時，要進行清零。計數(shù)程序如下。
這時，我們再將實績數(shù)送往R3906做顯示。因為C0為二進制碼，要在LED顯示為人眼所能識別的文字格式，必須做BCD碼轉(zhuǎn)換。所以要先對C0做BCD碼轉(zhuǎn)換再送到R3906顯示。
最后，將目標(biāo)數(shù)減去實績數(shù)，得到差異數(shù)。再做BCCD碼轉(zhuǎn)換后送到R3907顯示。
5. 結(jié)束語
上述程序即能完成生產(chǎn)管理板的改造，硬件上，比單片機控制方式運行得更加可靠、穩(wěn)定；擴展性比單片機更優(yōu)越。軟件上，設(shè)計程序比單片機更能容易編寫和修改；后期的調(diào)試、維護更加的便利。因為PLC尚有剩余輸入點和輸出點，只需在配線增加輸入開關(guān)和做輸出點輸出，就能更好的完善生產(chǎn)管理板的升級。若上位機要采集數(shù)據(jù)則擴展個通訊端口，讀取對應(yīng)的寄存器值即可完成生產(chǎn)線與管理系統(tǒng)的連接。
參考文獻：
[1] 永宏可編程控制器使用手冊I 和使用手冊II.臺灣永宏電機股份有限公司
[2] 生產(chǎn)目標(biāo)管理板操作說明書.
作者簡介：
孫恒孝(1980- ),畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)自動化系
主要從事PLC行業(yè)的技術(shù)支持與行業(yè)應(yīng)用工作
聯(lián)系方式：范堤商貿(mào)(上海)有限公司
021－66315471
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