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摘要：生產目標管理板在當今的工廠應用的越來越廣泛，當前很多管理板都采用單片機控制多。但單片在復雜的工廠環境中往往容易受干擾，本文章就針對產品的穩定性，采用永宏PLC以及專用LED顯示模塊，對管理板進行改造。
1 . 前言：
現在很多車間都采用生產目標管理板在生產線上進行產品生產的管理，可以直接進行生產目標的設定，動態顯示實際生產實績數。很直觀的進行目標與當前產量的對照；更能促進生產的進程。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。但在工廠的環境下，往往存在很多干擾信號，導致管理板不能正常地、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來進行控制改造，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 傳統生產目標管理圖示
而操作手柄主要用來設定相關的參數，如生產目標數，定時器時間以及管理板的啟動等。而計數信號一般由生產線的相關傳感器提供。常見的操作方式有純按鍵式，或者按鍵結合撥碼開關方式。在撥碼開關設定值方便，更能方便、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：【目標復位】、【目標暫停】
實績數按鈕：【實績復位】，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,系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.在一定程度上制約著生產效率的提高.而且單片機控制的管理板若在生產系統化的集中管理,就很難發生數據,以便ERP等管理中心進行數據的采集.所以,為提供系統的穩定性,以及適應當前工廠管理模式,對其改造勢在必行.現就以臺灣永宏電機公司生產的FBs系列PLC對其進行改造。永宏PLC提供LED顯示控制的專用模塊FBs-7SG1/2.對生產管理板的改造提供相當便利的條件，無論從配線還是控制方式上，都大大的簡化，從而更能提高系統的穩定性與可靠性以及控制的便利性。
3. 永宏PLC硬件配置
根據上述系統配置，控制系統都集中在開關量輸入和LED顯示兩個單元。若考慮到后期的系統升級，如做生產數據的采集等與尚未機通訊，只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系列就可以，永宏PLC主機最小點數為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。下面重點介紹一下永宏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。用戶只需要用一條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制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， 并不需要特別
去計算LED 的壓降， 只需要按照下列Jumper 表格調整適合的電壓， 使它不至于發生過電壓
驅動（ O.V.） 現象就可以。
圖3 FBs-7SG驅動電路圖示
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。
面板上面還提供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 控制在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，在所有燈節都會被點亮后，通過JP3來測試，將JP3 置放在N 位置，當O.V.燈屬于熄滅狀態，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，就能輕松的完成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) 最右邊一位數對應到SEG0~SEG7 輸出，再往左下一位數為SEG8~SEG15，最左位數為SEG63~SEG56，一片7SG2 共可以推動16 位數7 段數字LED 顯示器。
16段米字型顯示板(一片最多四位數)最右邊一位數的D0~D15 燈節分別對應到7SG2 模塊的SEG0~SEG15 輸出，再往右下一位數為SEG16~SEG31，最左一位數位為SEG63~SEG48。一片7SG2 共可接兩片16 段文數字型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： 各個燈節的暗亮， 獨立由用戶的應用控制. 在此模式下FBs-7SG2 總共使用了8個輸出緩存器來控制128燈節的顯示，每一燈節分別由對應的1個位來控制，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控制輸出。若我們將CH0通道的低2位(對應寄存器R3904)顯示:”4.2”字樣時，那么將R3904的寄存器設定值如下.
表格1：非解碼模式下對應驅動位
程序控制如下：
只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個輸出緩存器來控制8 位數字顯示，每一位數分別由對應的4 個位來控制，此外8 位數的小數點也利用1個輸出緩存器來控制，每一數點分別由對應的一位來控制，各位數字與小數點與輸出緩存器的對應關系如下表所示，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碼轉換(FUN20功能指令)，才能顯示為人眼可識別的0～9數字。
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
這里，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，然后根據配線圖，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，其他地方不要重復使用。整個指令如下。
如上所示就能完成目標數的設定。這時在設定完畢后我們將設定值送到顯示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。
對于實際計數部分，我們現在以一個輸入開關來實現。這里占用X5輸入點，以一個計數器C0來計數當前生產的實績數。因為顯示只為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。
這時，我們再將實績數送往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碼轉換。所以要先對C0做BCD碼轉換再送到R3906顯示。
最后，將目標數減去實績數，得到差異數。再做BCCD碼轉換后送到R3907顯示。
5. 結束語
上述程序即能完成生產管理板的改造，硬件上，比單片機控制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；后期的調試、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和做輸出點輸出，就能更好的完善生產管理板的升級。若上位機要采集數據則擴展個通訊端口，讀取對應的寄存器值即可完成生產線與管理系統的連接。
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] 生產目標管理板操作說明書.
作者簡介：
孫恒孝(1980- ),畢業于合肥工業大學自動化系
主要從事PLC行業的技術支持與行業應用工作
聯系方式：范堤商貿(上海)有限公司
021－66315471
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