6ES7512-1DK01-0AB0型号介绍

1 引言

可编程逻辑控制器（Programming Logic Controller, PLC）作为一台工业计算机，集数据的采集、处理、显示于一身，那么作为数据终端，数据的显示是完全必要的。虽然PLC本身有许多指示灯，可以观测到PLC的CPU单元、输入/输出单元及网络通信单元的运行工作状态，但无法显示PLC内部数据。计算机通过与PLC通信以及触摸屏都可以实现PLC内部数据显示，但价格昂贵，对一些小型不需要经常改动的系统来说更是浪费。本文采用拨码开关和数码管来显示PLC内部数据，操作简单、成本低廉，对实验教学和工程人员有参考价值。

（1）应用行业：机加工、过程控制等。

（2）使用产品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261

（3）应用的主要工艺点及要解决的主要问题：内部数据的动态显示

（4）应用方案简介：用高频率晶体管输出单元，结合高速定时器指令TIMH实现内部数据的动态显示。

2 动态数据显示

2.1 硬件系统设计

LED数码管有7段显示灯，可以用来显示0～9间的10个数字。CJ1M系列PLC内部通道数据一般都是四位，如果用借用每个输出点来控制一个显示灯，那么一个数码管就需要7个输出点，这显然要占用大量的输出点，是不经济的。这里选用含有内置译码电路的数码管如CD4511，可以把8421码自动译成7段码。8421码或BCD码用4个接口加选通信号，就可以显示一个数据位。将四个8421输入线组合与某个输出通道的低四位相连，每个选通信号的输入信号与通道中剩下的四位相对应连接，这样一个输出通道就能显示PLC四位（一个字）内部数据。具体接线图如图1所示。

图1 PLC硬件接线图

注意，这里的PLC输出模块应选用晶体管或者晶闸管输出单元，而不宜采用继电器输出单元。因为继电器输出单元为有触点开关，响应慢、速度低，不适用于高频率的通断，也不适用于动态数据显示[1]。故图1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64点）晶体管作为输出单元，其在本PLC机架上的IO地址分配为6.00～9.15，这里用0006通道作为内部数据的显示通道。6.00～6.03为CD4511的数据输入端A、B、C、D，其中A为低位，D为高位， 为高电平时锁存数据，四位数据的 端由PLC的6.04～6.07分别控制，4个数码管共占用8个输出点。

2.2 选通信号的生成

由于4个数码管 的线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，4位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方式轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时,人眼不能感觉其变化，所以每位显示的间隔不能超过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式[2]。这种扫描方式仅适用于LED不超过10个时的场合，本例中只有4只LED数码管，故可以选用此方法。

CJ1M系列PLC有丰富的定时指令，其定时器类型有1ms、10ms和100ms，这里选用TIMH指令[3]，定时器的设定值为#1，这样选通信号的周期为10ms。

2.3 同步化处理

PLC采用循环周期扫描工作方式，指令的执行由上至下，有左至右，前面的结果将影响后面；前一个周期的结果影响下一周期。PLC逻辑设计同步化就是设法实现：用脉冲信号控制输出及内部状态的转换，有脉冲作用的周期，执行指令才有效果；而且在脉冲信号起作用的这周期中，前面指令的执行结果，不改变后面指令的执行条件[4]。同步化处理的方法很多，在图2中是通过合理安排指令的先后顺序来实现同步的。

图2中，系统上电，高速定时器开始定时，10ms后，其常闭触点断开，即T0输出一个脉冲，宽度为一个扫描周期。个脉冲到了， 6.04置位，成为前一行的指令执行条件，但这时它的指令已经执行完毕，故在此脉冲作用期间，也不会有什么变化。依此类推，第四个脉冲之后，6.07置位，6.06复位，成为工作寄存器W0.00输出的条件，第五个脉冲到来，6.07复位，梯形图又回到初始状态，如此反复，分时实现四位数据的 端6.04～6.07轮流接通10ms。

图2 选通信号的生成

2.4 数据显示

采用MOVD指令，将要显示的内部数据如DM区、W区、T/C区等中的一个字通过通道6显示出来。如图3所示，本例中，依不同的选通信号，将D0中的数据通过选择不同的位进行显示。

图3 数据显示输出

3 功能扩展

3.1 显示双字

在图1中，PLC输入端0.01接拨码开关SA，其作用根据其所在位置不同结合跳转指令（JMP/JME）来确定数据显示是哪个通道。如图4中，当SA为ON时，显示D0中的数据；当SA为OFF时，显示D1中的数据。

图4 双字数据显示输出

3.2 硬件扩展

如果对4个选通输出点6.00～6.03采用一片4线－16线译码器（如SG74HC154）进行译码，可以扩展成16个循环的选通信号，就能显示4个通道的数据。如果结合开关SA，按图4中的方式，就可以显示8个通道的数据。

5 结束语

本文以CJ1M系列PLC为例，用9个I/O点（1个输入，8个输出）结合软件编程和硬件扩展来显示8个内部通道的数据（128位）。实践证明，该方法简易可靠、成本不高，适合实验教学和工程现场操作。

0 引言

　　目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可提高排线的精度和性能。通过可编程控制器PLC进行角度闭环控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC检测到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求[1>-[2>。

1 层绕的工艺原理

　　自动排线器的结构如图1所示。排线器采用滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以一定的角度排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有超前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现瑕疵，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。

Fig1 Automatic Arranging Welding Wire System
图1 焊丝层绕机自动排线器

Fig2 The Change Process of Angle in reversing Area
图2 换向区内角度的变化过程

　　通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。收线与倒线开关的上升沿将对直线单元的左右行走标志取反。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元以6倍基速快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的右边一圈线时，直线单元停止，同时复位直线单元右行标志，置位左行标志。收线左换向同理于收线右换向。收线左行时，角度α维持≤中心角+滞后角;右行时，角度α维持≥中心角-滞后角。换向区内角度的变化过程如图2所示。

2 控制系统结构以及工作原理

　　2.1控制系统结构

Fig3 The Control System for Arranging Welding Wire
图3 排线器控制系统

Fig4 The Control Block
图4 控制方框图

根据排线器的排线原理，控制系统首先必须完成排线角度的实时检测。设计采用1000线增量式编码器与PLC程序的结合实现的数字角度传感器进行排线角度的实时检测，传感器的分辨率为0.09°，满足小线径为0.8mm的焊丝在主轴上层绕一圈角度检测的要求;通过接近开关的动作来实现直线单元正常区域和换向区域的跟踪;通过PLC的输出脉冲控制伺服电机驱动直线单元的运行[3>。

　　2.2 直线单元工作原理

　　直线单元的行进速度应与主轴转速相匹配。通过主轴上安装的速度传感器，测算出主轴的旋转角速度N（转/秒）。工字轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ ，其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s。为保持排线机构与主轴上焊丝移动速度的同步，即保持固定的滞后角，直线单元的推进速度应等于V。为确保滞后角的**同步，直线单元的行进速度应等于V加上角度回路输出值（偏移量），V转换成伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：

　　脉冲速率=M＊N＊Φ/d（个/秒） （1）

　　其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的码盘的每圈线数，d为滚轴丝杠的导程（毫米/转）。

　　根据式2-1伺服电机给定脉冲速率的计算公式，其取值范围为0～25000 P/S，故MV的输出饱和上限值应设为2500 P/S。

3 基于角度控制的程序编制

　　3.1排线角度检测

Program1 Angle Measuring
程序1 角度检测

Program2 Master Speed Measuring
程序2 主速度检测

硬件高速计数器采用4倍频的工作模式，在中断服务程序中实现角度传感器的回零功能。如程序1所示。

　　3.2主轴速度检测

　　采用M测速法，以固定时间中断（不受PLC程序扫描时间的影响）的方式测算主轴速度，即由每0.4秒光电码盘的计数脉冲值测算出主轴速度。如程序2所示。

　　3.3滞后角层绕的闭环控制

　　这部分程序是层绕机控制系统软件的核心，流程框图见图5所示。

Fig5 Program Flow Block for winding by layer
图5 层绕程序流程图

4 结 论

　　本文作者创新点：采用角度控制的自动排线器使得焊丝层绕的张力均匀，换向平稳，设备运行倒车率低，焊丝质量大大提高。通过若干工程的应用表明，角度传感器检测准确且灵敏度高，直线单元滞后角跟踪稳定、换向准确，极大提高系统的稳定性、可靠性