欧姆龙工业自动化 (中国) 有限公司

　　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

　　可编程序控制器的应用和发展非常快,从只有基本数字输入输出到现在的模拟量、网络通信等高性能的PLC不断出现。很多高校的原有老款可编程序控制器已不能适应市场发展的要求，实验箱也是封闭的形式，实践说明这种方式不利于学生应用创新能力的培养。为了提高学生的对PLC的应用能力, 使得所学知识也能已企业应用接轨，2007年初电子工程系电子实验实训中心PLC实验室引入OMRON较新型的CP1H可编程控制器。CP1H可编程序控制器是OMRON公司为了满足工业控制领域对设备的高性能、高集成度以及提高维护性能的需求推出的全新的具有高度扩展性的小型一体化可编程控制器(PLC)——SYSMAC CP1H，主要包括CP1H-X(标准型)、CP1H-XA(模拟量内置型)和CP1H-Y(高速定位型)这3种型号。电子实验室共引进CP1H-XA(模拟量内置型)25套、2套中型系列的机器,以及相关的工业网络设备。结合欧姆龙新型的CP1H 可编程序控制器的丰富功能开发了相应的实验实训平台, 形成了简单到复杂，单机到网络的完整的实训系统。

　　2 CP1H 基本功能

　　CP1H-XA型CPU单元的基本结构如下图1所示。

　　   
               a) 正面                               b) 侧面

　　图1 XA型CPU单元的基本结构

　　CP1H各部分主要功能介绍如下：

　　(1)CPU单元内置24点输入，16点输出。其中CP1HXA40DT-D型为晶体管输出(漏型)，CP1HXA40DT1-D型为晶体管输出(源型)。CP1HXA40DR-A型为继电器输出。

　　(2)晶体管输出类型除用作普通输出外，还可以用4轴脉冲输出;从CPU单元内置输出中发出固定占空比脉冲输出信号，并通过脉冲输入的伺服电动机驱动器进行定位/速度控制。X/XA型脉冲输出分1Hz～100kHz和1Hz～30kHz两种。Y型脉冲输出分1Hz～1M Hz和1Hz～30kHz两种。可进行三角控制、定位中可变更定位目标位置、可在速度控制中向定位变更、可在加速或减速中变更目标速度或加减速比率、可发出可变占空比脉冲输出信号等。

　　(3)输入实现4轴高速计数;在内置输入上连接旋转编码器，可进行高速脉冲输入。通过与高速计数器当前值相符的目标值一致或区域比较中断可进行高速处理。通过PRV指令，可测定输入脉冲的频率(仅1 点)。可进行高速计数器的当前值的保持/更新的切换。作为计数器模式，可选择4种输入信号：X/XA 型的高速计数器：相位差输入(4 倍频)50kHz;脉冲+方向输入100kHz;加减法脉冲输入100kHz;加法脉冲输入：100kHz。

　　作为计数器值的复位方式，可选择Z相信号+软复位、软复位。

　　(4)置模拟4点电压/电流输入、2点模拟电压/电流输出，分辨率6000、12000可选;XA型的CP1H CPU 单元内置模拟输入4点及模拟输出2点。分辨率分为1/6000或1/12000两种。输入/输出分别可选择：0～5V、1～5V、0～10V、-10～10V、0～20mA、4～20mA等五种方式。

　　(5)通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H经扩展整体可以达到最大320点的输入输出;通过扩展CPM1A系列的扩展单元，也能够进行功能扩展(温度传感器输入等);

　　(6)通过安装选件板，可进行RS-232C通信或RS-422A/485通信(PT、条形码阅读器、变频器等的连接用)，通过扩展CJ系列高功能单元，可扩展向高位或低位的通信功能等，如图2所示;

　　图2 使用串行端口通信

　　(7)7 段LED显示在2位的7段LED上显示CPU单元的异常信息，便于把握设备运行中的故障状态，提高维护时的人机界面性能。它能显示单元版本、CPU单元发生中异常的故障代码、CPU单元与存储盒间传送的进度状态、模拟电位器值的变更状态、通过梯形图程序上的专用显示指令，显示用户定义的代码等

　　(8)模拟电位器操作功能。通过用螺丝刀旋转CP1H CPU单元的模拟电位器，可将特殊辅助继电器(A642 CH)的当前值在0～0255 的范围内自由地变更。

　　(9)中断功能

　　中断与循环扫描不同，根据特定要素的发生，可以在该扫描周期的中途中断，使其执行特定的程序，这种功能称为中断。CP1H具有输入中断(直接模式)、输入中断(计数器模式)、定时中断、高速计数器中断、外部中断等功能。

　　(10)快速响应输入功能

　　通过将CPU单元内置输入作为脉冲接收功能，与周期时间无关，可切实获取到最小输入信号宽度30μs的输入。X/XA型最大可使用8点，Y型最大可使用6点。

　　3 CP1H 实验平台的设计

　　3.1 PLC实验室硬件系统设计

　　图3 PLC实验室系统框架

　　鉴于CP1H功能强大，性价比高，也有较好的品牌效应，我们实验室采用了25台CP1H-XA40DT-D型PLC，附带RS232模块，RS485模块，DEVICENET模块以及作为上位机的CJ系列的两套PLC构建如图3的PLC网络系统。DeviceNet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能，该功能在传统的I/O上是很难实现的。CONTROL LINK 是欧姆龙工业自动化的一种现场工业总线，通信速率快，通信距离远，可靠性高，主要实现PLC与PLC之间的通信的。

　　3.2 PLC实验室外围配套硬件的设计

　　为了更好地结合课程，体现本课程的特色，每个PLC的外围设备由电子实验室自己设计制作。共三个模块即PWM控制电机调速模块，普通I/O模块，模拟量模块。如图4。

　　a) 模拟量单元            b)PWM及计数单元                     c)普通I/O单元

　　图4 PLC外围设备

　　此自制的设备硬件上主要特点打破原有实验箱的模式具有以下特点：

　　(1)只提供接线端子，与PLC的对接连线由使用者自己连接，提高同学队硬件外围连线的能力。如传感器的连接，以往同学只会关心传感器的地址就行了，不用关心与PLC的配接，现在必须考虑传感器的输出方式，PLC的输入方式。

　　(2)地址自己定义，加深同学硬件连线与软件编程的配合。而不是实验指导书上固定的地址，不用关心连接的位置，也不用考虑地址定义的合理性。实验时老师也可以对不同同学提出不同的地址要求，也可以防止同学抄袭程序。

　　(3)扩展更加灵活，随时可以加入新的设备。成本低。

　　(4)提高同学排除故障的能力，使得同学能全面考虑问题。比如连接线的故障造成的设备运行不正常，排除软件错误的同时必须考虑硬件的连接可靠。

　　3.3 PLC实验项目的设计

　　自制的设备在实验内容层更具层次，结合CP1H的特点笔者考虑了以下类型的实验:

　　普通I/O实验有：开关的输入实验;LED灯的点亮的实验;继电器的控制的实验等等。相对较高的控制要求：模拟量的输入控制(包括算法);模拟量的输出控制，(控制变频器的运转);程序结构的控制(顺序控制，子函数调用等)。复杂的控制要求;通信的控制，(两台PLC之间的通信，PLC与PC之间的通信);PWM的应用;高速计数的应用。系统内部字功能应用，网络的应用。

　　虽然只有三个盒子但几乎涵盖了CP1H的所有功能，由浅入深，适合不同专业不同学时的要求。虽然每次实验会多化几分钟接线的时间，但却大大加强了同学软件结合硬件的应用能力。

　　4 构建实验实训平台

　　实验(教学)在现有的实验设备及相关的材料的基础上已经建立完成，教学在能安排的情况下都改到实验室上，投影仪加实验设备边讲边练习的效果会比两者分开会好的多，比如讲一条指令，在普通教室上得把语法讲得再好也没有在实验室操作一下动动手的效果好。

　　实训系统(课程设计，毕业设计)目前主要围绕网络控制，及电梯模型，机械手模型来展开。相对控制要求增加，有实物作为控制对象，实验典型的控制目的。

　　在实验实训的基础上我们同欧姆龙中国有限公司建立PLC考评系统(欧姆龙联合实验室)

　　使得我们能第一手掌握工控设备的相关资料，信息，同时可以实施对PLC相关的考评，颁发欧姆龙企业认可的证书以及劳动部就业指导中心的证书。

　　5 结束语

　　PLC实验实训室建成近一学期，已有3个班在本学期开展了实验，有38位同学参加了欧姆龙PLC单机自动化编程培训，以及多位同学选择了几个相关的毕业设计课题。同学起初对要求自己连线做实验不太适应，但从最后的实验考试，培训测评的结果来看，同学在软件结合硬件的能力得到较大的加强。我们自制的设备运行情况良好，为我们以后开发更好的配套设备打下了良好的基础。

　　参考文献

　　[1]戴一平.可编程序控制器逻辑控制案例.北京：高教出版社，2007

　　[2]宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2007

　　[3]OMRON公司. OMRONCP1H编程手册.2007

　　[4]赵金红.提高可编程控制器实践教学效果的方法. 华北煤炭医学院学报,2007,(05)：729-730

　　[5]邓建平,陆春妹,古玉年. PLC教学过程中的若干问题分析. 科技信息(科学教研) , 2007,(19)：32

　　[6]刘坤林. PLC教学中学生应用能力的培养. 职业教育研究, 2007,(07)：147-148

　　作者简介

　　张进峰(1974.6-)男 实验师，研究方向：工业自动化。