正文 第五章 OMRON CJ係列可編程序控製器的基本結構及工作原理(2 / 3)

(三)基本I/O單元

基本I/O單元是PLC與工業控製現場各類信號或其它外設之間的連接部件。根據不同功能,I/O單元分為基本I/O單元和專用I/O單元兩大類。PLC最基本的應用是開關量的邏輯控製和順序控製。因此,基本I/O單元用於譬如:按鈕、行程開關、選擇開關、接近開關、光電開關、數字撥碼開關等的開關量的輸入信號,另一類是由電位器、測速發電機、溫度和壓力等各種傳感器和各種變送器等模擬量輸入信號;輸出單元用來連接被控對象中各種執行元件,如接觸器、電磁閥、指示燈、調節閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)等。由於可編程序控製器在工業現場工作,因此對輸入單元有兩個基本要求:一是單元有良好的抗幹擾能力;二是單元能滿足工業現場各類信號的要求。

1.基本輸入單元

基本輸入單元的作用是把現場的數字(開關)量信號如控製按鈕、操作開關和限位開關、傳感器、繼電器接點、行程開關、接近開關等數字量信號轉換成CPU能夠接收和處理的標準電信號。現場輸入的數字量大多是開關量。開關量一般是直流信號,個別情況下也有交流信號。因此,輸入單元按照輸入信號的類型,可分為直流輸入單元和交流輸入單元兩種。

(1) 直流輸入單元各種型號的直流輸入單元的內部結構基本相同,其原理是一致的。點劃線框內的光耦合器,將兩個發光二極管與光敏三極管封裝在一個管殼中,用於把外來輸入的電信號轉換為光信號,再轉換為標準的電信號;R1、R2和C1構成濾波電路,濾除輸入信號中的高頻幹擾,並提供合適的電壓使發光二極管工作;LED用來指示該點輸入狀態。當IN00輸入直流24V電壓時,該信號經光耦合器耦合到內部電路,使該端對應的輸入映像寄存器狀態置為1,且LED燈亮;當IN00端沒有信號輸入時,則該輸入映像寄存器的狀態置為0,且LED燈滅。由於光耦合器中兩個發光二極管反向並聯,所以電源的正負極性可以任意接入,以簡化配線。

(2) 交流輸入單元交流輸入單元和直流輸入單元的電路原理大致相同。點劃線框內為CJ1W-IA211的IN0點輸入電路。輸入的交流220V電壓經R1、R2和C1、R3和C2(0.01μF)等元件作用,一方麵將輸入的交流電壓進行分壓,使發光二極管正常發光,另一方麵濾除輸入信號中的高頻幹擾。當IN0有信號輸入時,則該端對應的輸入映像寄存器狀態置為1,且LED燈亮;當IN0沒有信號輸入時,該輸入映像寄存器狀態為0,且LED燈滅。交流輸入單元也采用了雙向發光二極管,以保證信號的連續性,省略了整流電路。

2.基本輸出單元

輸出單元的作用是將CPU送出的弱電控製信號通過輸出電路的光電隔離和功率放大,轉換成標準的電信號輸出,以驅動執行元件工作。數字量輸出單元按可編程序控製器內部的電路不同,可分為繼電器輸出型、晶閘管輸出型和場效應晶體管輸出型。

(1)繼電器輸出單元以CJ1W-OC211為例,繼電器輸出模塊的負載回路,既可選用直流電源,也可選用交流電源兩種驅動。當PLC內部電路有信號輸出時,繼電器接點吸合,可使負載工作,且輸出指示燈LED亮;當PLC內部電路沒有信號輸出時,繼電器接點斷開,負載停止工作,且LED滅。這種輸出單元的輸出端既可以接交流負載,也可以接直流負載,但負載功率不能超過繼電器的最大接通容量。在電阻性負載時,輸出的最大負載電流為2A/點。這裏的繼電器既是輸出開關器件,又是隔離器件,R1和LED組成輸出狀態顯示器,R2和C組成RC滅弧電路,繼電器觸點動作的響應時間約為10ms。這種電路的特點是:響應速度慢,但工作可靠,適用於高速、小功率負載場合。要特別注意的是:輸出單元本身都不帶電源,需要外部電源供給負載動力。

(2)晶體管輸出單元晶體管輸出單元的核心部分是場效應晶體管,它隻能接直流負載,對電源的極性要求不能接反,以免損壞內部電路,所以使用時要特別小心。晶體管輸出單元可分為N溝道型晶體管和P溝道型晶體管兩種。R1、R2為限流電阻,R3為偏置電阻, LED為輸出指示燈,複合型晶體管將兩個穩壓管、一個N溝道型晶體管和一個二極管封裝在一個整體內,其中穩壓管用於穩定晶體管柵極和源極之間的電壓二極管用於反向保護,也防止電源極性接錯而損壞晶體管。當輸出單元內部電路有信號輸出時,經光耦合器耦合到晶體管的柵極和源極上,再經過放大輸出到輸出端OUT00上,使負載工作,同時LED燈亮,表示有信號輸出;相反,當內部電路沒有信號輸出時,OUT00端就沒有輸出,則LED燈滅。P溝道型晶體管輸出單元和N溝道型晶體管輸出單元的內部電路基本相同,不同之處在於後者的晶體管工作時為輸入電流(俗稱灌電流),前者晶體管向控製對象提供電流(俗稱拉電流);另外,P溝道型晶體管輸出單元的COM端應接直流電源的正極性端。有的輸出單元還加了一個短路防止電路,當電路發生短路時,短路防止電路經光耦合器,將短路信息反饋到內部電路,從而停止輸出,起到短路保護作用。晶體管輸出型由於接通、斷開的頻率快,故適用於高速、小功率驅動的場合。

(3)晶閘管輸出單元晶閘管輸出單元主要用於接大電流的交流負載。光控複合晶閘管將發光二極管、光控晶閘管與RC滅弧電路封裝在一起;LED為輸出指示燈;FU為熔斷器,起過電流保護;壓敏電阻(Rt)起過電壓保護作用,有自動恢複能力。當內部電路有信號輸出時,光控晶閘管導通,可帶動交流負載工作,同時LED燈亮,表示有信號輸出。當負載電流超過規定的最大接通電流時,FU會熔斷。這種輸出單元的結構緊湊,對損壞的熔斷器應由廠商負責更換;當負載電壓過高時,將使壓敏電阻擊穿短路,對光控晶閘管起保護作用,電壓正常時壓敏電阻可自動恢複正常電阻值;對於輸出端外接感性負載時,RC電路可以起到滅弧保護作用。晶閘管輸出電路適用於大功率、交流驅動場合。

(四)電源單元

PLC電源分為外部電源和內部電源兩部分。內部電源為開關穩壓電源,僅供內部電路及其它單元提供可靠的工作電能使用;PLC的電源單元還可以向外部提供DC24V穩壓電源,為現場的傳感器和開關信號供電。

二、CJ1係列PLC的特殊單元

(一)模擬量輸入單元

模擬量輸入單元的作用是將現場連續變化的模擬量標準信號,即符合國際標準的通用電壓電流值,如電壓信號-10~10V、0~5V、0~10V、1~5V或電流信號4~20mA,轉換成適合可編程序控製器內部處理的由若幹位二進製數字表示的數字量信號。這種轉換後的信號將被送入PLC中相應存儲區的單元。需要指出的是:工業現場中模擬量信號的變化範圍一般是不標準的,在送入模擬量單元時都需做轉換處理。

現場模擬量輸入信號一般要經過運算放大器放大後變換成標準電信號,之後進入模擬量輸入單元再進行電平轉換、A/D轉換再經光電耦合後成為CPU能夠處理的數字量信號。

(二)模擬量輸出單元

模擬量輸出單元是將PLC運算處理後的數字量(16位二進製數)轉換成模擬量(電壓或電流)輸出的單元。模擬量信號輸出驅動,諸如電動執行器等生產過程連續控製信號的需求。

(三)溫度控製單元

溫度是過程控製係統中重要的被控變量之一,工業現場通常采用非接觸式測溫方式,而檢測方式包括熱膨脹原理法、壓力與溫度變換原理法、熱效應法、熱電阻原理法及熱輻射原理法等。其中熱電阻原理法是最成熟的方法之一,它的測溫原理是根據導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質,將電阻值的變化用顯示儀表反映出來,從而達到測溫的目的。

溫度信號單元用於將溫度傳感器的檢測值(模擬量)轉換為BCD碼或十六進製數,並存入PLC的指定通道(字)。CJ1係列用於連接熱電偶的溫度控製單元型號有CJ1W-PTS01-V1、CJW-PTS11、CJW-PTS51;用於連接鉑熱電阻的溫度控製單元型號有CJ1W-PTS02、CJ1W-PTS03、CJW-PTS12、CJW-PTS52。不同型號的溫度控製單元與對應不同類型的溫度傳感器。

為了使PLC實現對溫度信號的數字化處理及自動控製,在過程控製中引用了熱電阻式、熱電偶式等不同類型的溫度信號單元。它能將各種溫度計轉換出的模擬量信號(電阻、電壓信號等),在用戶任意設置的量程內進行線性轉換成數字量,並按工程單位重新標定為百分比型數據後送入PLC中相應存儲區的字內保存。

(四)位置控製單元

位置控製單元的作用是用於實現精確定位控製。也有稱作NC(Numeric Control)單元。它接收來自PLC 工作區的指令信號,向各種伺服電機驅動器輸出脈衝序列,從而實現位置控製。NC單元除具有點動、示教、減速停止、超馳、偏差計數器複位、間隙補償、軟件限位、區域、加速/減速曲線、初始脈衝、停止和釋放禁止、複位等具體功能外,還具有絕對/相對移動、線性插補、中斷進給、速度控製和強製中斷等功能。另外,還具有原點確定功能。

原點確定功能包括原點搜索、當前位置預設和原點返回三個具體功能。其中,原點搜索是指啟動電動機時建立原點;當前位置預設是指將電動機當前停止的位置值設為原點;原點返回是指將軸返回已設好的原點位置。

絕對/相對移動功能是指NC單元根據事先設定的定位序列連續執行絕對或相對定位的功能;線性插補功能是指NC單元根據事先設定的定位序列連續用線性插補執行定位的功能;中斷進給功能是指NC單元根據事先設定的定位執行中斷進給的功能;速度控製功能是指NC單元根據事先設定的定位序列以確定速度輸出脈衝的功能;強製中斷功能是指NC單元停止當前正在執行的定位操作並執行另一個定位操作的功能。

(五)高速計數器單元

高速計數器單元屬於特殊單元,主要作用是接收並處理來自碼盤、編碼器等傳感器發來的高頻脈衝信號,送給PLC進行處理。CJ1W-CT021高速計數器單元具有兩個計數器,且計數的最大範圍為32位二進製數;最多可接收高達500 kHz 的輸入脈衝頻率,特別適用於處理精確控製快速運動的場合;單元的雙向計數能力使得能檢測任一方向的運轉;單元的每個計數器可以單獨配置;單元各有2個數字輸入,2個數字輸出和30個軟輸出;0.5ms 的最大響應時間保證了高速閉環控製的應用。

第六節CJ1係列PLC地址分配

CJ1係列PLC屬於中小型模塊化結構PLC,由用戶根據實際控製需要選擇各模塊單元,按照一定順序安裝連接,組合構成一個PLC係統。各模塊單元之間是通過總線連接器連接的。包括CPU本身也是一個模塊。當CPU模塊訪問其它模塊時,首先就要找到其它模塊的地址即尋址。CJ1係列PLC采用自由編址法,即按照各模塊單元的安裝位置順序來確定各模塊的地址。從CPU單元開始的模塊為起始地址,其它所有模塊的地址都基於這個起始地址。CJ1 係列PLC模塊單元之間是通過總線連接器連接的,沒有底板,但仍使用了“槽(slot)”這一概念來說明模塊單元在機架上的相對位置。緊靠CPU單元槽號為1,其它單元的槽號自動依次增加。

一、元件分配

CJ1係列PLC也用繼電器來描述其內部元件,但內部繼電器都是內存中的一個字或位,這些字或位的狀態代表繼電器元件的狀態,故被稱為“軟元件”。但相對於繼電器,PLC中的軟繼電器,其觸點數量沒有限製,可以反複使用。常用術語:

(1)位(bit)二進製數的一位,取值1或0,分別對應繼電器線圈得/失電( ON /OFF)或觸點的通/斷(ON/ OFF )。繼電器是位元件,按位使用。

(2)數字(digit)由4位二進製數構成一個數字,它可以是十進製0~9(用於十進製數的表示),也可是十六進製0~F(用於十六進製數的表示)。

(3)字節(byte)由2個數字或8位二進製數構成一個字節。

(4)字(word)該字與輸入、輸出點有對應關係,又稱為通道(channel)。由2個字節構成,一個通道含有16位(2個字節,16個繼電器)。

(5)雙字(dword) 占存儲器中的32位(BCD碼形式存放)。

(6)混合數據(位與字節或字)計時器或計數器等的設定值和當前值均為字節或字數據,而它們的觸點狀態則為位數據。

(7)區域(area)具有相同功能或性質的軟元件稱為區域。如I/O內存區,它存儲的數據就是PLC指令的操作數;如參數區(D區),用於存儲係統設定參數。D區數據是字元件,按字使用,每個字16位。

二、數據的輸入與轉換格式

以十進製形式輸入的數據用BCD碼形式存儲,以十六進製輸入的數據用二進製形式存儲,所以一個二進製字(16位)能夠表示4位十進製或十六進製數字。在使用數據時,一定要注意十進製與十六進製的區別,按照要求輸入。不同數製之間可以使用相應的轉換指令進行轉換。注意,輸入的二進製數有帶符號和不帶符號的,如果沒有特別說明,都是無符號數。若帶符號的二進製數,第15位是符號位,它為“0”時表示正數,為“1”時表示該二進製數是負數。可以用在CJ1係列PLC中的數據有二進製(十六進製)、BCD碼和浮點數三種。

(一)常數表達

CJ1係列PLC使用的常數有16位、32位。常數前麵加上不同的前綴表示不同的數據形式,這一點在使用時必須注意。

(二)地址表達方法

CJ1係列PLC采用通道字的概念尋址,將每個存儲區都劃分為若幹個通道,一個通道由16個二進製位(存儲器)組成,每一位稱為一個繼電器(號)。每個通道都由2~4個數字或加注前綴英文字母組成惟一的通道地址(簡稱通道號),每個繼電器也有惟一地址,它由所在的通道地址後加兩位數碼00~15組成(稱為位地址),其中00表示最低位,15表示最高位。當繼電器選用CIO區時,其通道地址不必輸入縮寫詞“CIO”,可直接用數字表示通道號。CIO區通常用於各單元I/O刷新的數據交換。當選用CIO區之外的其它繼電器區時,則通道號由字母和數字共同表示,例如保持區用H000~H511表示。

對於各存儲區的訪問,CJ1係列采用字和位的尋址方式。一個通道可存儲一個字的數據,每個字對應16位二進製數。大多數的存儲區,例如CIO、W、H、A、TR等繼電器區既可以進行字操作,又能進行位操作;而DM區和EM區隻能進行字操作,不能以位操作。

32位常數表達與16位常數表達基本相同,隻不過數據範圍擴大一倍

三、軟元件地址分配

CJ1係列PLC將軟元件分為兩大類,即與外部設備直接相連接的輸入/輸出器件和內部元件。這些區域被分為四個區域,即:CIO區、專用繼電器區、數據區和標誌區。輸入/輸出器件是內存區中與輸入、輸出繼電器(點)相對應的區域,又稱作映射區域,通常稱為基本I/O單元。內部元件用於存儲中間結果,它與硬件沒有映射關係,CJ1係列PLC內部元件包括:內部工作區(W區)、保持區(H區)、輔助區(A區)、暫存區(TR區)、動態數據區(DM區)、擴展數據區(EM區)、定時/計數區(T/C區)、任務標誌區(TK區)、變址寄存器區(IR區)、數據寄存器區(DR區)、條件標誌區和時鍾脈衝區。下麵詳細介紹各個區的地址分配。

(一)CIO區的地址分配

CIO區通常用於各種單元I/O刷新的數據交換。它又分成基本I/O繼電器區、數據鏈接區、總線單元區、專用I/O單元區、內插板區、DeviceNet區、內部I/O區等多個區。對於CJ1係列的PLC,若CIO區以字訪問時,隻需要給出4位通道號即可;若CIO區以位訪問,則需在通道號之後再加2位數字,用6位數字表示CIO區的一位。

1.基本I/O區

基本I/O區是PLC係統外部輸入/輸出設備狀態的映像區。它的通道號最大範圍為CIO0000~CIO0319(由CPU類型決定),共有320字、5120位(即每一位的地址為:0000.00 ~0319.15 )。每個通道對應16個I/O繼電器,每個基本I/O繼電器與一個I/O端子相對應。I/O單元究竟占用哪些通道號,由它在機架上的槽的位置(從左至右)將字分配給標準I/O單元,字的分配必須是連續的並且跳過空的槽。I/O區中沒有分配給外部I/O端子的字或位號,隻能作為工作字或工作位來存儲中間變量在程序中編程使用。而那些被I/O單元所占用的字和位都將以I/O登記表的形式存入用戶存儲器中,以備CPU操作時使用。當把基本I/O區的一個位分配給一個輸入端子時,這個位稱為輸入位,用於接入外圍設備,如按鈕、限位開關、行程開關、光電開關等;當把基本I/O區的一個位分配給一個輸出端子時,這個位稱為輸出位,輸出位用於接到驅動設備上,如執行機構等。輸入點和輸出點用於反映輸入設備或輸出設備的ON/OFF狀態,並且將這些狀態存儲到輸入映像存儲區和輸出映像存儲區上。基本I/O區在外部作為基本I/O單元分配,在內部可作為所有任務共享使用。

PLC通常有三種輸入/輸出狀態的刷新方法。I/O繼電器區中的狀態還可以強製置位和強製複位。

(1)正常刷新在正常刷新時,在程序執行後的每個周期讀取一次I/O點的狀態或輸出位狀態到外圍設備。

(2)立即刷新在立即刷新時,應在指令前加一個感歎號“!”表明該操作數為立即刷新的變量。當操作數是輸入位或字時,包含該位的字(或該字)除了執行每周期一次的正常I/O刷新外,還將在指令執行時立即被刷新。

(3)IORF(097)刷新在執行I/O刷新指令IORF(097)刷新時,在指定範圍字中的輸入位被刷新,除了執行每周期一次的正常I/O刷新外,還將在指令執行時立即被刷新。

2. PLC鏈接區

當用PLC 鏈接單元創建一個PLC鏈接係統時,這個區域用於指示PLC鏈接錯誤和PLC鏈接中CPU單元操作狀態的標誌。其中,CIO0247~CIO0250為PLC鏈接,用這些字監控PLC鏈接錯誤,包括監控CPU單元的操作狀態,檢測PLC鏈接區中的標誌,指示PLC鏈接的操作狀態。

3.數據鏈接區

數據鏈接通過安裝在CPU機架上的鏈接單元與網絡中其它PLC中的CPU單元的鏈接區自動共享數據(獨立於程序)。數據鏈接區的通道號範圍為CIO1000 ~CIO1199,有200個字,該區域既可字訪問,也可位訪問。數據鏈接區作為普通數據區,在數據鏈接中不使用的通道可在程序中使用。

4. CPU總線單元區

CJ1係列PLC的CPU總線內存區包含有400個通道號,地址為CIO1500~CIO1899。這些通道分配給CJ1的CPU總線單元模塊使用,用來儲存CPU總線單元的操作狀態信息。每個單元按其模塊單元號分配25個字,最多可使用16個單元。未被CPU總線單元使用的通道可在程序中作為普通寄存器使用。程序執行後的I/O 刷新過程中,每個循環數據與CPU總線單元交換一次數據。

每一個CPU總線模塊有一個惟一的單元號(unit N0),單元號由模塊上的設定開關設定。單元號的範圍為:0~F。模塊號設定以後,其工作使用的地址就確定了。CPU總線模塊工作時,還要用到DM區。設定模塊號以後,係統為每個模塊預留了100字。

5.特殊 I/O 單元區

特殊I/O模塊(如模入/模出、高速計數模塊等)由模塊上的設定開關來設定單元號。特殊 I/O模塊總共有96個單元號可供使用,單元號在0~95選用。單元區包含有960個通道號,範圍為CIO2000~CIO2959 。係統為每個特殊I/O單元號分配10個I/O通道及100個字的DM區辟為專用。實際上CJ1係列每個PLC係統最多隻能安裝40個特殊I/O單元,主機架上最多安裝10個單元。

如CJ1係列PLC模擬量模塊占用I/O通道、DM區地址分配與單元號之間的關係如下:

設該模塊占用的CIO 區首通道為n及DM區首通道為m的計算公式為:

n=CIO2000+(10×單元號)

m=D20000+(100×單元號)

6.內部I/O 區

內部I/O 區中的位是在編程中用作工作位、在程序中用作邏輯運算來控製程序的執行,這些通道隻能用於程序的工作字,它們不能用作外部I/O終端的I/O交換。內部I/O區的通道號範圍是CIO3800~CIO6143。

(二)專用繼電器區的地址分配

1.工作區(WR)

工作區包含512個通道號,字地址為W000~W511(位地址為W000.00~W511.15)。這些通道隻能用於程序內部,不能用於與外部I/O端子的輸入/輸出的數據交換。CIO區(CIO1200~CIO1499 和CIO3800~CIO6143)中未使用的通道號也可以在程序中當作工作字來使用。在編程中使用工作位時,在使用別的區域的位之前,應首先使用工作區(WR)內的位。

2.輔助區(AR)

輔助區中的輔助位分配作特定功能。該區分為兩部分,A000~A447為隻讀部分(448字),它是PLC工作用的各種標誌字或控製位,用於監控操作;A448~A959為讀/寫部分(8192位/512字),它也是PLC工作用的各種標誌字或控製位,它是PLC非常重要的內存工作區。具體輔助位或字的作用參見附錄。

3.暫存區(TR)

CJ1係列PLC的TR區有16位,地址為TR00~TR15 。這些位可用於程序分支處的ON/OFF執行條件。當有幾個輸出分支而不能使用聯鎖(指令)時,可用TR位來處理。在用CX-Programmer梯形圖編程軟件時,用戶看不到TR指令的使用,隻有在用助記符指令編程時才能用到它們。

4.保持區(HR)

保持區包含有512個通道號,通道地址為H000~H511(位地址H00000~H51115)。保持位用於控製程序的執行。保持位當在PLC為ON或操作模式在PROGRAM與MONITOR之間轉換時將保持它們的內容,保持位具有斷電保持功能。

5.定時器/計數器區(T/C區)

(T/C區)為用戶提供了4096個定時器或計數器,地址編號為:T/C 0000~T/C 4095。

通過這些定時器編號,可訪問定時器的完成標誌和當前值(PV)。定時器區主要由TIM、TIMH(015)、TMHH(540)、TTIM(087)、TIMW(813)和TMHW(815)指令組成,當一個定時器編號用在一個需要以位數據操作時,定時器編號讀寫的是定時器的完成標誌;當定時器用在一個需要以字數據操作時,定時器編號讀寫的是定時器的PV值。定時器的完成標誌可以多次用作常開和常閉條件,而定時器的PV值可作為普通數據讀取。

計數器區編號主要由CNT、CNTR(012)和CNTW(814)指令組成,它們共同使用4096個(C0000~C4095)計數器。計數器編號與定時器編號相互獨立。當計數器用在一個需要以位數據操作時,計數器編號訪問計數器的完成標誌;當計數器編號用在一個需要以字數據操作時,計數器編號訪問計數器的當前值(PV)。

在同一個程序中使用多於一個定時器或計數器時,不能使用相同的定時器編號或計數器編號。

6.變址寄存器(IR)

IR寄存器可以用作I/O存儲區的指針,實現對數據區的間接訪問。16個變址寄存器(IR00~IR15)用於間接尋址一個字,每個變址寄存器存儲一個PLC的存儲器地址,該地址是在I/O存儲區域中的一個絕對地址。

7.數據寄存器(DR)

數據寄存器共有16個(DR00~DR15),它儲存間接尋址的PLC存儲器的地址,與IR寄存器的配合使用來進行間接尋址。在間接尋址時用變址寄存器的值作為偏移地址,即可將數據寄存器中的數值加到變址寄存器中的PLC存儲地址上,數據寄存器中的地址是帶符號的二進製數,因此,變址寄存器中的內容即可偏移到高地址,也可以偏移到低地址。

(三)數據區的地址分配

1.數據存儲區(DM)

數據(DM)區用於存儲和操作普通數據,它隻能以字(16位)為單位進行讀/寫數據。作為通用數據區,它以字為單元。DM區包含有32768(32K)個通道,通道號為D00000~D32767。當PLC斷電再上電或PLC的操作模式[PROGRAM與RUN(或MONITOR)]切換時,DM區的數據被保持。盡管不能直接訪問DM區的位,但可以使用位測試指令TST(350)和TSTN(351)訪問這些位的狀態。DM區的通道可以采用二進製模式和BCD模式進行間接尋址。

PLC中是以二進製數進行運算,用十六進製數或BCD碼進行存儲,而使用十進製數作為通道號。因此,對同一個數據在不同場合需要進行相應的轉換。

(1)BCD碼模式尋址(*D)在DM地址前輸入一個“*”符號時,DM通道的內容被當作BCD碼處理,指令將對這個BCD碼地址所指的DM字進行操作。隻有部分DM區(D00000~D09999)可以用於BCD(0000~9999)的間接尋址。DM區00100通道的內容0200當作BCD碼處理,00100通道的內容0200自動變換為十進製數0200,則間接使用的地址就是以這個十進製數表示的D00200地址,所使用的數據就是D00200中的內容。

(2)二進製模式尋址(@D)在DM地址前輸入一個“@”符號時,DM通道的內容被當作二進製數對待,並且指令將對這個二進製地址處的DM通道進行操作。整個DM區(D00000 ~D32767)都可以用十六進製(0000~7FFF )進行間接尋址。DM區00100通道的內容0200當作十六進製(即二進製)處理,00100通道的內容0200自動變換為十進製數0512,則間接使用的地址就是以這個十進製數表示的D00512地址,所使用的數據就是 D00512中的內容。

2.擴展數據存儲區(EM)

作為以字(16位)為單位讀寫的通用數據區,EM區用庫(bank)劃分,地址從0~C 共13個,每個庫有32768個通道號,範圍為E0 -00000~EC - 32767。EM區的地址可以用兩種方法規定,一種是同時指定庫和地址,另一種是當前庫中的一個地址。一般推薦采用前者,用這種方法,是在EM地址前指定庫號。例如E2-00010 中,所指定的庫號是E2,即EM區的2#庫中存儲單元地址為00010。

通過在PLC設置中的設定,可以將部分EM區轉換為文件存儲區。一旦將EM單元轉換成文件存儲區,就不能再用指令讀寫它們,否則,將發生非法讀寫錯誤。

(四)標誌區

1.任務標誌區(TK區)

任務標誌32位,是隻讀標誌,地址從TK00~TK31,對應於任務0~31 。當相應的循環任務處於可執行(RUN)狀態時,則標誌為ON;當對應的任務沒有執行或處於待機狀態時為OFF。

2.狀態標誌字(位)

狀態標誌包括算術標誌,指令執行結果的錯誤標誌以及小於、大於、等於標誌,常ON、OFF等。這些標誌的狀態反映了指令執行的結果,為隻讀方式。早期PLC的這些標誌都放在特殊輔助繼電器(SR)區中。但CJ1 係列PLC中同樣具有這些特殊的標誌字(或位),隻是這些標誌字沒有實際對應的內存區,而對應輔助區的某些通道或位。我們在編寫梯形圖時可通過CX-Programmer軟件在全局符號窗口查看P_CY BOOL CF004進位(CY)標誌、P_EQ BOOL CF006 等於(EQ)標誌和P_N BOOL CF008 負數(N)標誌等。狀態標誌用標簽規定(如進位用CY表示,出錯用ER表示)或用符號(如P_Carry和P_Instr_Error)表示,而不是用地址表示。有關特殊標識功能詳見附錄。

3.時鍾脈衝

時鍾脈衝也是一種標誌,它由CPU內部的定時器係統按規定的時間間隔交替轉為ON和OFF的標誌。它們用符號而不是地址表示。每個時鍾脈衝發生器標誌的占空比為1∶1。

(五)參數區

參數區包括PLC設置、I/O登記表、路由表和CPU總線單元的設定。與I/O存儲器中的數據區不同的是,參數區內容不能由指令操作,隻能由編程工具讀寫。OMRON CJ1係列PLC對參數區的操作是通過CX-ONE集成軟件中的梯形圖編寫軟件CX-Programmer進行的。

1.PLC 設置

PLC設置包括硬件設置和軟件設置兩個部分,這裏主要指PLC的軟件設置。用戶可以通過PLC的設置功能定製CPU單元的基本規格和對各種功能單元進行設置。CPU設置內容如上電狀態、RS-232C端口的通信設定和最小循環時間等;單元設置如使能位、量程等。設置內容視不同功能而定,在程序執行前都要設定好。有些情況下,硬件和軟件都能實現同樣的設置,例如對CPU上的RS-232C端口,既可以用硬件設置,也可以用軟件設置,但硬件設置優先。

2. I/O登記表

I/O登記表是CPU單元中的一張表格,它包含所有安裝在CPU主機架、I/O擴展機架和從站機架上各種單元型號和所在槽位的信息,用編程工具CX-Programmer軟件可以將I/O登記表寫進CPU單元。CPU單元依據I/O登記表中的信息,將I/O存儲區分配給實際的I/O位數(基本I/O單元或遠程I/O單元)和CPU總線單元。I/O登記表中登記的設備必須與硬件安裝相一致,否則上位機(計算機)將無法對PLC進行操作。

I/O表用於登記安裝在CPU主機架和擴展機架上的單元型號和位置信息。如果沒有登記I/O表,則CPU單元無法識別連到PLC上的基本I/O單元、專用I/O單元和CJ1-CPU總線單元。

(1)用CX-P在線登記I/O表的步驟如下:

① 在CPU單元第一次被使用時,首先要創建I/O表,否則無法登記I/O表;

② 雙擊主窗口中項目樹的I/O表,顯示I/O表窗口,並可登記I/O表;

③ 選擇“選項”中的“傳送到PLC”,可將安裝在機架上的單元的型號和設置寫入CPU 單元,則完成了登記I/O表的工作。

(2)離線登記I/O表的步驟如下:

① 雙擊主窗口中項目樹的I/O表,顯示I/O表窗口;

② 單擊要輸入或編輯的機架,顯示機架的槽;

③ 單擊要分配給單元的槽並從下拉菜單中選擇單元,即可對各槽(單元)登記I/O表;

④ PLC在線後,可按(1)中的步驟③將I/O表傳送到CPU單元。

3.CPU總線單元的設定

這是為由CPU控製的CPU總線單元的設定,實際取決於使用CPU總線單元的型號。這些設定不像I/O存儲器數據區可以直接管理,而是像I/O登記表一樣用編程工具設定。例如,對於Controller Link 單元,用戶設定的數據鏈接參數和網絡參數,可作為CPU總線單元加以設定管理;對於Ethernet 單元,設定為Ethernet節點操作(如IP地址表)時,可作為CPU總線單元加以設定管理。為了方便起見,除了一些必須的設置之外,其它的可以采用默認設置。

第七節OMRON PLC 編程工具及使用

PLC常用的編程工具主要有手持編程器和計算機編程兩種。手持編程器可接在PLC的CPU單元上,通過一個專用接口對PLC進行編程和調試,在早期PLC中,它是必需的編程工具。隨著PLC與計算機通信的建立,在計算機上運行專用的編程軟件,通過專用的編程電纜,就可以更方便地對PLC進行編程、調試和仿真等功能,彌補了手持編程器編程效率低和監控功能少的不足。OMRON公司集成軟件CX-ONE中文版,集成了OMRON公司的PLC和歐姆龍元器件的連接、設定、編程的FA綜合工具包,也同時包含了可編程終端NS係列、溫度控製器等的設定、編程等的集成開發環境,目前已經發布了2.1版本。其中CX-Programmer編程軟件(簡稱CX-P)是CX-ONE集成軟件中PLC控製係統梯形圖程序的開發平台,是最常用的OMRON PLC開發工具。因此,本節重點介紹在Windows環境下CX-P編程軟件的使用方法。

一、CX-P編程軟件簡介

CX-P是用於支持OMRON係列PLC設備的編程軟件平台,對OMRON的C係列、CV係列、CJ1係列以及CS1係列的PLC進行程序編輯、調試和維護,CX-P的網絡平台還可以實現OMRON係列PLC支持的網絡設備相互通信。

CX-P安裝運行時需在Windows環境(Microsoft Windows98以上更新版本)運行。新版CX-ONE 2.1占用存儲空間較大,這點在使用時需注意。

安裝CX-ONE編程軟件時,先把CX-ONE軟件的第三張光盤放入光驅中,運行光盤中的Setup.exe安裝文件,按照屏幕提示進行操作依次進行。安裝時首先要選擇安裝語言,然後輸入正版許可證號係統(一般由OMRON 公司的代理商提供)。如果在安裝時沒有輸入許可證號,CX-ONE將以演示模式安裝,提供除工程文件保存和打印以外的全部功能,支持所有PLC。該模式在安裝完成以後也可以輸入許可證號,但要獲得CX-ONE的完全功能,必須重新啟動CX-ONE。如果需要對該軟件升級,必須與OMRON公司的技術服務部門聯係。

要正常使用CX-P,還必須安裝CX-Server。CX-ONE安裝完成後,會出現關於CX-Server的安裝提示信息。

為了方便用戶操作和使用,CX-P編程軟件主要有以下基本功能:

(1)離線編程功能該項功能不需要連接PLC就可以在計算機上對PLC進行編程,它可為用戶提供助記符編程和梯形圖編程兩種基本編程模式。助記符編程模式適合於計算機專業人員對已有的PLC程序進行輸入操作;梯形圖編程模式適合於電氣工程技術人員創建新的PLC程序。兩者比較,梯形圖的編程直觀形象,容易理清各部分之間的邏輯控製關係。

在編程之後,可以對程序進行編譯。它可以提示用戶所編寫的程序有無錯誤和警告信息,其中包括發出錯誤和警告的個數、類型,錯誤以及提示錯誤出現在程序中的什麼地方。因此,使用程序編譯功能,將為程序的編輯修改帶來極大的方便,提高編程效率。

(2)在線監視功能在線工作,是指PLC與計算機建立通信,所編的程序由計算機傳送到PLC中,並可模擬該程序所實現的控製過程(即計算機仿真)。當PLC在線工作時,打開監視功能,可以直觀的看到程序中的狀態變化、數值改變和控製過程,對程序的調試非常有用。簡單來講,PLC在線時,具有傳送程序、仿真、監視和在線編程等功能。

(3)在線更換單元功能對於PLC的各種單元,可以通過CX-P進行在線更換。打開工程文件的I/O表,點擊需要更換的單元,右鍵單擊打開菜單,選擇“熱插拔”,點擊“開始熱插拔”按鈕,即可移去舊單元。當安裝好新單元後,再點擊“結束熱插拔”按鈕即可。

(一)CX-P的啟動

安裝完成後,打開Windows任務條的“開始”菜單,選擇“程序”中的“OMRON”,再選擇運行“CX-Programmer”中的“CX-Programmer”啟動CX-P。CX-P的啟動操作與顯示的界麵窗口。

(二)CX-P的操作界麵

界麵中左上角單擊“文件”菜單中的“新建”。設備名稱可自行輸入,也可默認為“新PLC1”;點擊設備型號的設置按鈕,並設置CPU型號。本書中的設備類型如不作特殊說明,均選“CJ1G-H”。如果計算機和PLC通過RS-232串口通信,則“網絡類型選”SYSMAC WAY”或“Toolbus”;之後點擊“網絡類型設定”按鈕,根據計算機上的串口位置在驅動對話框中選“COM1”或“COM2”;波特率為9600,8位數據位,偶校驗,1位停止位,即“8、E、1”方式。點擊“確定”按鈕,進入到“CX-Programmer”編輯環境。

CX-Programmer 的布局可根據要求來定義視圖。在“視圖”菜單中提供的“窗口”選項來控製視圖窗口。當全部打開時。編程時,一般除“工程工作區”外,其餘窗口都在隱藏狀態。

1.工程工作區

在缺省設置下,一個新的工程文件建立後,工程工作區會出現在CX-P窗口的左側。在工程工作區中,工程數據用易於理解的樹形結構表示。

“PLC對象”用於標識和修改PLC,雙擊可打開;“符號(全局符號表即特殊標誌字或位)”用於定義、編輯、存放所在PLC所有程序都可引用的特殊專用標誌字或位,當PLC對象中設定好PLC後,由軟件自動在全局符號表中填入預先定義好的符號;“IO表”用於恢複和配置PLC機架和地址數據;“設置”用於恢複和配置PLC的設定;“內存”用於觀察、編輯和監視PLC各區域中的字或位;“程序對象”用於標識程序;新程序下的“符號(局部符號表)”用於存放、編輯所在程序中所用到的符號,雙擊可打開該表,它優先於全局符號表;“段”用於存放程序段,雙擊可展開已經存放的程序段內容;“END”由CX-P自動生成,表示程序段結束。

另外,工程工作區中的-、+用於顯示工程工作區樹的全部或者一部分,可以點擊這些圖標來展開和收縮樹形的目錄層次。

符號是一個具有名稱的變量,它具有地址或數值。傳統上PLC在程序中隻使用數值作為操作數,由於地址沒有明顯意義,故程序難以閱讀和維護。使用符號編程時,可以用名稱代替地址,使程序獲得可讀性和可維護性。例如,可以改變符號的地址,程序就會自動使用新地址。此外,CX-P還允許為一個PLC或者程序自定義符號。但多個程序共用的符號要在全局符號表中進行定義,單個程序使用的符號要在局部符號表中定義。