PLC內部數據低成本的顯示
1 引言
可編程邏輯控制器（ProgrammingLogicController,PLC）作為一臺工業計算機，集數據的采集、處理、顯示于一身，那么作為數據終端，數據的顯示是完全必要的。雖然PLC本身有許多指示燈，可以觀測到PLC的CPU單元、輸入/輸出單元及網絡通信單元的運行工作狀態，但無法顯示PLC內部數據。計算機通過與PLC通信以及觸摸屏都可以實現PLC內部數據顯示，但價格昂貴，對一些小型不需要經常改動的系統來說更是浪費。本文采用撥碼開關和數碼管來顯示PLC內部數據，操作簡單、成本低廉，對實驗教學和工程人員有參考價值。
(1)應用行業：機加工、過程控制等。
(2)使用產品：CJ1M(CPU22)，CS1W-ID211，CS1W-OD261
(3)應用的主要工藝點及要解決的主要問題：內部數據的動態顯示
(4)應用方案簡介：用高頻率晶體管輸出單元，結合高速定時器指令TIMH實現內部數據的動態顯示。
2 動態數據顯示
2.1硬件系統設計
LED數碼管有7段顯示燈，可以用來顯示0～9間的10個數字。CJ1M系列PLC內部通道數據一般都是四位，如果用借用每個輸出點來控
制一個顯示燈，那么一個數碼管就需要7個輸出點，這顯然要占用大量的輸出點，是不經濟的。這里選用含有內置譯碼電路的數碼管如CD4511，可以把8421碼自動譯成7段碼。8421碼或BCD碼用4個接口加選通信號，就可以顯示一個數據位。將四個8421輸入線組合與某個輸出通道的最低四位相連，每個選通信號的輸入信號與通道中剩下的四位相對應連接，這樣一個輸出通道就能顯示PLC四位（一個字）內部數據。
注意，這里的PLC輸出模塊應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。因為繼電器輸出單元為有觸點開關，響應慢、速度低，不適用于高頻率的通斷，也不適用于動態數據顯示[1>。故圖1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64點）晶體管作為輸出單元，其在本PLC機架上的IO地址分配為6.00～9.15，這里用0006通道作為內部數據的顯示通道。6.00～6.03為CD4511的數據輸入端A、B、C、D，其中A為最低位，D為最高位，為高電平時鎖存數據，四位數據的端由PLC的6.04～6.07分別控制，4個數碼管共占用8個輸出點。
2.2選通信號的生成
由于4個數碼管的線皆由一個I/O口控制，因此，在每一瞬間，4位LED會顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方式輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。使每位分時顯示該位應顯示字符，根據人眼視覺特性，當LED所加信號頻率大于50Hz時,人眼不能感覺其變化，所以每位顯示的間隔不能超過20ms，也就是說要在20ms之內分時的點亮所有LED，LED越多所分的時間越短，亮度就會不足；如果增加點亮時間，又會使掃描頻率下降，有閃爍感容易造成人眼的彼勞，故常采用動態掃描方式[2>。
這種掃描方式僅適用于LED不超過10個時的場合，本例中只有4只LED數碼管，故可以選用此方法。
CJ1M系列PLC有豐富的定時指令，其定時器類型有1ms、10ms和100ms，這里選用TIMH指令[3>，定時器的設定值為#1，這樣選通信號的周期為10ms。
2.3同步化處理
PLC采用循環周期掃描工作方式，指令的執行由上至下，有左至右，前面的結果將影響后面；前一個周期的結果影響下一周期。PLC邏輯設計同步化就是設法實現：用脈沖信號控制輸出及內部狀態的轉換，有脈沖作用的周期，執行指令才有效果；而且在脈沖信號起作用的這周期中，前面指令的執行結果，不改變后面指令的執行條件[4>。同步化處理的方法很多，在圖2中是通過合理安排指令的先后順序來實現同步的。
系統上電，高速定時器開始定時，10ms后，其常閉觸點斷開，即T0輸出一個脈沖，寬度為一個掃描周期。第一個脈沖到了，6.04置位，成為前一行的指令執行條件，但這時它的指令已經執行完畢，故在此脈沖作用期間，也不會有什么變化。依此類推，第四個脈沖之后，6.07置位，6.06復位，成為工作寄存器W0.00輸出的條件，第五個脈沖到來，6.07復位，梯形圖又回到初始狀態，如此反復，分時實現四位數據的端6.04～6.07輪流接通10ms。
2.4數據顯示
采用MOVD指令，將要顯示的內部數據如DM區、W區、T/C區等中的一個字通過通道6顯示出來。如圖3所示，本例中，依不同的選通信號，將D0中的數據通過選擇不同的位進行顯示。
3 功能擴展
3.1顯示雙字
在圖1中，PLC輸入端0.01接撥碼開關SA，其作用根據其所在位置不同結合跳轉指令（JMP/JME）來確定數據顯示是哪個通道。如圖4中，當SA為ON時，顯示D0中的數據；當SA為OFF時，顯示D1中的數據。
3.2硬件擴展
如果對4個選通輸出點6.00～6.03采用一片4線－16線譯碼器（如SG74HC154）進行譯碼，可以擴展成16個循環的選通信號，就能顯示4個通道的數據。如果結合開關SA，按圖4中的方式，就可以顯示8個通道的數據。
5 結束語
本文以CJ1M系列PLC為例，用9個I/O點（1個輸入，8個輸出）結合軟件編程和硬件擴展來顯示8個內部通道的數據（128位）。實踐證明，該方法簡易可靠、成本不高，適合實驗教學和工程現場操作。
可編程邏輯控制器（ProgrammingLogicController,PLC）作為一臺工業計算機，集數據的采集、處理、顯示于一身，那么作為數據終端，數據的顯示是完全必要的。雖然PLC本身有許多指示燈，可以觀測到PLC的CPU單元、輸入/輸出單元及網絡通信單元的運行工作狀態，但無法顯示PLC內部數據。計算機通過與PLC通信以及觸摸屏都可以實現PLC內部數據顯示，但價格昂貴，對一些小型不需要經常改動的系統來說更是浪費。本文采用撥碼開關和數碼管來顯示PLC內部數據，操作簡單、成本低廉，對實驗教學和工程人員有參考價值。
(1)應用行業：機加工、過程控制等。
(2)使用產品：CJ1M(CPU22)，CS1W-ID211，CS1W-OD261
(3)應用的主要工藝點及要解決的主要問題：內部數據的動態顯示
(4)應用方案簡介：用高頻率晶體管輸出單元，結合高速定時器指令TIMH實現內部數據的動態顯示。
2 動態數據顯示
2.1硬件系統設計
LED數碼管有7段顯示燈，可以用來顯示0～9間的10個數字。CJ1M系列PLC內部通道數據一般都是四位，如果用借用每個輸出點來控
制一個顯示燈，那么一個數碼管就需要7個輸出點，這顯然要占用大量的輸出點，是不經濟的。這里選用含有內置譯碼電路的數碼管如CD4511，可以把8421碼自動譯成7段碼。8421碼或BCD碼用4個接口加選通信號，就可以顯示一個數據位。將四個8421輸入線組合與某個輸出通道的最低四位相連，每個選通信號的輸入信號與通道中剩下的四位相對應連接，這樣一個輸出通道就能顯示PLC四位（一個字）內部數據。
注意，這里的PLC輸出模塊應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。因為繼電器輸出單元為有觸點開關，響應慢、速度低，不適用于高頻率的通斷，也不適用于動態數據顯示[1>。故圖1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64點）晶體管作為輸出單元，其在本PLC機架上的IO地址分配為6.00～9.15，這里用0006通道作為內部數據的顯示通道。6.00～6.03為CD4511的數據輸入端A、B、C、D，其中A為最低位，D為最高位，為高電平時鎖存數據，四位數據的端由PLC的6.04～6.07分別控制，4個數碼管共占用8個輸出點。
2.2選通信號的生成
由于4個數碼管的線皆由一個I/O口控制，因此，在每一瞬間，4位LED會顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方式輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。使每位分時顯示該位應顯示字符，根據人眼視覺特性，當LED所加信號頻率大于50Hz時,人眼不能感覺其變化，所以每位顯示的間隔不能超過20ms，也就是說要在20ms之內分時的點亮所有LED，LED越多所分的時間越短，亮度就會不足；如果增加點亮時間，又會使掃描頻率下降，有閃爍感容易造成人眼的彼勞，故常采用動態掃描方式[2>。
這種掃描方式僅適用于LED不超過10個時的場合，本例中只有4只LED數碼管，故可以選用此方法。
CJ1M系列PLC有豐富的定時指令，其定時器類型有1ms、10ms和100ms，這里選用TIMH指令[3>，定時器的設定值為#1，這樣選通信號的周期為10ms。
2.3同步化處理
PLC采用循環周期掃描工作方式，指令的執行由上至下，有左至右，前面的結果將影響后面；前一個周期的結果影響下一周期。PLC邏輯設計同步化就是設法實現：用脈沖信號控制輸出及內部狀態的轉換，有脈沖作用的周期，執行指令才有效果；而且在脈沖信號起作用的這周期中，前面指令的執行結果，不改變后面指令的執行條件[4>。同步化處理的方法很多，在圖2中是通過合理安排指令的先后順序來實現同步的。
系統上電，高速定時器開始定時，10ms后，其常閉觸點斷開，即T0輸出一個脈沖，寬度為一個掃描周期。第一個脈沖到了，6.04置位，成為前一行的指令執行條件，但這時它的指令已經執行完畢，故在此脈沖作用期間，也不會有什么變化。依此類推，第四個脈沖之后，6.07置位，6.06復位，成為工作寄存器W0.00輸出的條件，第五個脈沖到來，6.07復位，梯形圖又回到初始狀態，如此反復，分時實現四位數據的端6.04～6.07輪流接通10ms。
2.4數據顯示
采用MOVD指令，將要顯示的內部數據如DM區、W區、T/C區等中的一個字通過通道6顯示出來。如圖3所示，本例中，依不同的選通信號，將D0中的數據通過選擇不同的位進行顯示。
3 功能擴展
3.1顯示雙字
在圖1中，PLC輸入端0.01接撥碼開關SA，其作用根據其所在位置不同結合跳轉指令（JMP/JME）來確定數據顯示是哪個通道。如圖4中，當SA為ON時，顯示D0中的數據；當SA為OFF時，顯示D1中的數據。
3.2硬件擴展
如果對4個選通輸出點6.00～6.03采用一片4線－16線譯碼器（如SG74HC154）進行譯碼，可以擴展成16個循環的選通信號，就能顯示4個通道的數據。如果結合開關SA，按圖4中的方式，就可以顯示8個通道的數據。
5 結束語
本文以CJ1M系列PLC為例，用9個I/O點（1個輸入，8個輸出）結合軟件編程和硬件擴展來顯示8個內部通道的數據（128位）。實踐證明，該方法簡易可靠、成本不高，適合實驗教學和工程現場操作。
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