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　　Abstract: in order to enhance the students’ ability of the PLC application, a corresponding experimental training platform based on the various functions of the new CP1H Omron PLC is developed, which forms a complete training system, from simple to complex, from single PC to network.

　　Key words: programmable logic controller, laboratory experiment

　　1 引言

　　可編程序控制器的應用和發(fā)展非常快,從只有基本數字輸入輸出到現在的模擬量、網絡通信等高性能的PLC不斷出現。很多高校的原有老款可編程序控制器已不能適應市場發(fā)展的要求，實驗箱也是封閉的形式，實踐說明這種方式不利于學生應用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了提高學生的對PLC的應用能力, 使得所學知識也能已企業(yè)應用接軌，2007年初電子工程系電子實驗實訓中心PLC實驗室引入OMRON較新型的CP1H可編程控制器。CP1H可編程序控制器是OMRON公司為了滿足工業(yè)控制領域對設備的高性能、高集成度以及提高維護性能的需求推出的全新的具有高度擴展性的小型一體化可編程控制器(PLC)——SYSMAC CP1H，主要包括CP1H-X(標準型)、CP1H-XA(模擬量內置型)和CP1H-Y(高速定位型)這3種型號。電子實驗室共引進CP1H-XA(模擬量內置型)25套、2套中型系列的機器,以及相關的工業(yè)網絡設備。結合歐姆龍新型的CP1H 可編程序控制器的豐富功能開發(fā)了相應的實驗實訓平臺, 形成了簡單到復雜，單機到網絡的完整的實訓系統(tǒng)。

　　2 CP1H 基本功能

　　CP1H-XA型CPU單元的基本結構如下圖1所示。

　　   
               a) 正面                               b) 側面

　　圖1 XA型CPU單元的基本結構

　　CP1H各部分主要功能介紹如下：

　　(1)CPU單元內置24點輸入，16點輸出。其中CP1HXA40DT-D型為晶體管輸出(漏型)，CP1HXA40DT1-D型為晶體管輸出(源型)。CP1HXA40DR-A型為繼電器輸出。

　　(2)晶體管輸出類型除用作普通輸出外，還可以用4軸脈沖輸出;從CPU單元內置輸出中發(fā)出固定占空比脈沖輸出信號，并通過脈沖輸入的伺服電動機驅動器進行定位/速度控制。X/XA型脈沖輸出分1Hz～100kHz和1Hz～30kHz兩種。Y型脈沖輸出分1Hz～1M Hz和1Hz～30kHz兩種。可進行三角控制、定位中可變更定位目標位置、可在速度控制中向定位變更、可在加速或減速中變更目標速度或加減速比率、可發(fā)出可變占空比脈沖輸出信號等。

　　(3)輸入實現4軸高速計數;在內置輸入上連接旋轉編碼器，可進行高速脈沖輸入。通過與高速計數器當前值相符的目標值一致或區(qū)域比較中斷可進行高速處理。通過PRV指令，可測定輸入脈沖的頻率(僅1 點)。可進行高速計數器的當前值的保持/更新的切換。作為計數器模式，可選擇4種輸入信號：X/XA 型的高速計數器：相位差輸入(4 倍頻)50kHz;脈沖+方向輸入100kHz;加減法脈沖輸入100kHz;加法脈沖輸入：100kHz。

　　作為計數器值的復位方式，可選擇Z相信號+軟復位、軟復位。

　　(4)置模擬4點電壓/電流輸入、2點模擬電壓/電流輸出，分辨率6000、12000可選;XA型的CP1H CPU 單元內置模擬輸入4點及模擬輸出2點。分辨率分為1/6000或1/12000兩種。輸入/輸出分別可選擇：0～5V、1～5V、0～10V、-10～10V、0～20mA、4～20mA等五種方式。

　　(5)通過擴展CPM1A系列的擴展I/O單元，CP1H經擴展整體可以達到最大320點的輸入輸出;通過擴展CPM1A系列的擴展單元，也能夠進行功能擴展(溫度傳感器輸入等);

　　(6)通過安裝選件板，可進行RS-232C通信或RS-422A/485通信(PT、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用)，通過擴展CJ系列高功能單元，可擴展向高位或低位的通信功能等，如圖2所示;

　　圖2 使用串行端口通信

　　(7)7 段LED顯示在2位的7段LED上顯示CPU單元的異常信息，便于把握設備運行中的故障狀態(tài)，提高維護時的人機界面性能。它能顯示單元版本、CPU單元發(fā)生中異常的故障代碼、CPU單元與存儲盒間傳送的進度狀態(tài)、模擬電位器值的變更狀態(tài)、通過梯形圖程序上的專用顯示指令，顯示用戶定義的代碼等

　　(8)模擬電位器操作功能。通過用螺絲刀旋轉CP1H CPU單元的模擬電位器，可將特殊輔助繼電器(A642 CH)的當前值在0～0255 的范圍內自由地變更。

　　(9)中斷功能

　　中斷與循環(huán)掃描不同，根據特定要素的發(fā)生，可以在該掃描周期的中途中斷，使其執(zhí)行特定的程序，這種功能稱為中斷。CP1H具有輸入中斷(直接模式)、輸入中斷(計數器模式)、定時中斷、高速計數器中斷、外部中斷等功能。

　　(10)快速響應輸入功能

　　通過將CPU單元內置輸入作為脈沖接收功能，與周期時間無關，可切實獲取到最小輸入信號寬度30μs的輸入。X/XA型最大可使用8點，Y型最大可使用6點。

　　3 CP1H 實驗平臺的設計

　　3.1 PLC實驗室硬件系統(tǒng)設計

　　圖3 PLC實驗室系統(tǒng)框架

　　鑒于CP1H功能強大，性價比高，也有較好的品牌效應，我們實驗室采用了25臺CP1H-XA40DT-D型PLC，附帶RS232模塊，RS485模塊，DEVICENET模塊以及作為上位機的CJ系列的兩套PLC構建如圖3的PLC網絡系統(tǒng)。DeviceNet是一種簡單的網絡解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間。DeviceNet不僅僅使設備之間以一根電纜互相連接和通訊，更重要的是它給系統(tǒng)所帶來的設備級的診斷功能，該功能在傳統(tǒng)的I/O上是很難實現的。CONTROL LINK 是歐姆龍工業(yè)自動化的一種現場工業(yè)總線，通信速率快，通信距離遠，可靠性高，主要實現PLC與PLC之間的通信的。

　　3.2 PLC實驗室外圍配套硬件的設計

　　為了更好地結合課程，體現本課程的特色，每個PLC的外圍設備由電子實驗室自己設計制作。共三個模塊即PWM控制電機調速模塊，普通I/O模塊，模擬量模塊。如圖4。

　　a) 模擬量單元            b)PWM及計數單元                     c)普通I/O單元

　　圖4 PLC外圍設備

　　此自制的設備硬件上主要特點打破原有實驗箱的模式具有以下特點：

　　(1)只提供接線端子，與PLC的對接連線由使用者自己連接，提高同學隊硬件外圍連線的能力。如傳感器的連接，以往同學只會關心傳感器的地址就行了，不用關心與PLC的配接，現在必須考慮傳感器的輸出方式，PLC的輸入方式。

　　(2)地址自己定義，加深同學硬件連線與軟件編程的配合。而不是實驗指導書上固定的地址，不用關心連接的位置，也不用考慮地址定義的合理性。實驗時老師也可以對不同同學提出不同的地址要求，也可以防止同學抄襲程序。

　　(3)擴展更加靈活，隨時可以加入新的設備。成本低。

　　(4)提高同學排除故障的能力，使得同學能全面考慮問題。比如連接線的故障造成的設備運行不正常，排除軟件錯誤的同時必須考慮硬件的連接可靠。

　　3.3 PLC實驗項目的設計

　　自制的設備在實驗內容層更具層次，結合CP1H的特點筆者考慮了以下類型的實驗:

　　普通I/O實驗有：開關的輸入實驗;LED燈的點亮的實驗;繼電器的控制的實驗等等。相對較高的控制要求：模擬量的輸入控制(包括算法);模擬量的輸出控制，(控制變頻器的運轉);程序結構的控制(順序控制，子函數調用等)。復雜的控制要求;通信的控制，(兩臺PLC之間的通信，PLC與PC之間的通信);PWM的應用;高速計數的應用。系統(tǒng)內部字功能應用，網絡的應用。

　　雖然只有三個盒子但幾乎涵蓋了CP1H的所有功能，由淺入深，適合不同專業(yè)不同學時的要求。雖然每次實驗會多化幾分鐘接線的時間，但卻大大加強了同學軟件結合硬件的應用能力。

　　4 構建實驗實訓平臺

　　實驗(教學)在現有的實驗設備及相關的材料的基礎上已經建立完成，教學在能安排的情況下都改到實驗室上，投影儀加實驗設備邊講邊練習的效果會比兩者分開會好的多，比如講一條指令，在普通教室上得把語法講得再好也沒有在實驗室操作一下動動手的效果好。

　　實訓系統(tǒng)(課程設計，畢業(yè)設計)目前主要圍繞網絡控制，及電梯模型，機械手模型來展開。相對控制要求增加，有實物作為控制對象，實驗典型的控制目的。

　　在實驗實訓的基礎上我們同歐姆龍中國有限公司建立PLC考評系統(tǒng)(歐姆龍聯(lián)合實驗室)

　　使得我們能第一手掌握工控設備的相關資料，信息，同時可以實施對PLC相關的考評，頒發(fā)歐姆龍企業(yè)認可的證書以及勞動部就業(yè)指導中心的證書。

　　5 結束語

　　PLC實驗實訓室建成近一學期，已有3個班在本學期開展了實驗，有38位同學參加了歐姆龍PLC單機自動化編程培訓，以及多位同學選擇了幾個相關的畢業(yè)設計課題。同學起初對要求自己連線做實驗不太適應，但從最后的實驗考試，培訓測評的結果來看，同學在軟件結合硬件的能力得到較大的加強。我們自制的設備運行情況良好，為我們以后開發(fā)更好的配套設備打下了良好的基礎。

　　參考文獻

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　　作者簡介

　　張進峰(1974.6-)男 實驗師，研究方向：工業(yè)自動化。