PLC編程與應(yīng)用技術(shù)（三菱FX3U）（第二版） 課件 項(xiàng)目十五 恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

項(xiàng)目十四恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試一、項(xiàng)目?jī)?nèi)容二、相關(guān)知識(shí)1．模擬量輸入/輸出模塊在工業(yè)生產(chǎn)過程中，除了有大量的通/斷(開/關(guān))信號(hào)以外，還有大量的連續(xù)變化的信號(hào)，例如溫度、壓力、流量、濕度等。通常先用各種傳感器將這些連續(xù)變化的物理量變換成電壓或電流信號(hào)，(一般來說，PLC模擬量輸入的電壓范圍為1～5V或-10～+lOV，電流范圍為4～2OmA或-20～+2OmA)，然后再將這些信號(hào)連接到適當(dāng)?shù)哪M量輸入模塊的接線端上，經(jīng)過A/D功能模塊內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最后將數(shù)據(jù)傳入PLC內(nèi)。有時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要用模擬電壓或電流作為給定信號(hào)或驅(qū)動(dòng)信號(hào)。PLC模擬量輸出模塊(D/A功能模塊)的輸出端就能根據(jù)需要提供這種電壓信號(hào)或電流信號(hào)。三菱FX3U系列PLC常用的模擬量輸入/輸出模塊有FX3U-2AD、FX3U-4AD、FX3U-8AD、FX3U-4AD-PT(FX系列PLC與鉑熱電阻PtlO0配合使用的模擬量輸入模塊)、FX3U-4AD-TC(FX系列PLC與熱電偶配合使用的模擬量輸入模塊)、FX3U-2DA、

FX3U-4DA、FX3U-3A(模擬量輸入輸出模塊)和FX3U-2LC等。二、相關(guān)知識(shí)2．模擬量輸入模塊FX3U-4ADFX3U-4AD模擬量輸入模塊是4通道(CH)l2位A/D轉(zhuǎn)換模塊，它可以將模擬量電壓或電流轉(zhuǎn)換為最大分辨率為12位的數(shù)字量。通過輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。選用電壓輸入時(shí)，輸入信號(hào)范圍為DC-l0～+lOV，輸入阻抗為2OOkΩ，分辨率為5mV；電流輸入時(shí)，輸入信號(hào)范圍為DC-20～+20mA，輸入阻抗為250Ω，分辨率為20μA。(l)FX3U-4AD模塊的外部接線FX3U-4AD通過擴(kuò)展總線與FX3U系列PLC基本單元連接。4個(gè)通道的外部連接根據(jù)用戶要求的不同選用模擬值范圍為-10～+lOVDC(分辨率5mV)，或者4～20mA，-20～2OmA(分辯率2OμA)，其接線方式如圖15-1所示。二、相關(guān)知識(shí)幾點(diǎn)說明：1）模擬量信號(hào)通過雙絞線屏蔽電纜與模塊相接，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電力線和其他可能產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲的導(dǎo)線；2）如果使用電流輸入時(shí)，則須將“V+”和“I+”相短接；3）如果輸入電壓有波動(dòng)，或在外部接線中有電氣干擾，可以接一個(gè)電容器(0.1～0.47μF/25V)。（2）FX3U-4AD模塊的緩沖寄存器（BFM）FX3U-4AD的內(nèi)部共有32個(gè)緩沖寄存器，用來與FX3U基本單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每個(gè)緩沖寄存器為16位的RAM。其定義及分配見表15-1所示。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)1）通道選擇在BFM的#0中寫入4位十六進(jìn)制數(shù)HXXXX，4位數(shù)字從右至左分別控制1、2、3、4四個(gè)通道，每位數(shù)字取值范圍為0～3，其含義如下:0表示輸入范圍為-10～+10V1表示輸入范圍為+4～+20mA2表示輸入范圍為-20～+20mA3表示該通道關(guān)閉例如BFM#O=H3312，則表示CHl通道設(shè)定輸入電流范圍為-20～+2OmA,CH2通道設(shè)定輸入電流范圍為+4～+2OmA，CH3和CH4兩通道關(guān)閉。2）模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的速度設(shè)置可在FX3U-4AD的MBFM#l5中寫入0或1來控制A/D轉(zhuǎn)換的速度。應(yīng)當(dāng)注意，若要求高速轉(zhuǎn)換，則應(yīng)盡量少用FROM和TO指令。二、相關(guān)知識(shí)3）偏移量和增益值的設(shè)置如圖15-2和15-3所示，偏移量(截距)是當(dāng)數(shù)字量輸出為0時(shí)的模擬量輸入值，增益值(斜率)是指當(dāng)數(shù)字輸出為+1000時(shí)的模擬量輸入值。增益和偏移可以分別或一起設(shè)置，合理的偏移量是-5～5V或-20～2OmA，合理的增益值是1～5V或4～32mA。二、相關(guān)知識(shí)當(dāng)BFM#20被設(shè)置為1時(shí)，F(xiàn)X3U-4AD的全部設(shè)定值均恢復(fù)到默認(rèn)值，這樣可以快速刪去不希望的偏移量和增益值。設(shè)置每個(gè)通道偏移量和增益值時(shí)，BFM#21的(bi，bi-1)必須設(shè)置為(0,1)，若(bi，bi-1)設(shè)為(1,0)，則偏移量和增益值被保護(hù)。默認(rèn)值為(0,1)。BFM#23和BFM#24為偏移量與增益值設(shè)定緩沖寄存器，偏移量和增益值的單位是mV或μA，最小單位是5mV或2OμA。其值由BFM#22的Gi-Oi(增益-偏移)位狀態(tài)送到指定的輸入通道偏移和增益寄存器中。例如，BFM#22的G1、O1位置為1，則BFM#23和BFM#24的設(shè)定值送入CHl的偏移和增益寄存器中。（3）模塊的連接與編號(hào)為了使PLC能夠準(zhǔn)確地查找到指定的功能模塊，每個(gè)特殊功能模塊都有一個(gè)確定的地址編號(hào)，編號(hào)的方法是從最靠近PLC基本單元的那一個(gè)功能模塊開始順次編號(hào)，最多可連接8臺(tái)功能模塊，其編號(hào)依次為0～7，如圖15-4所示。注意：PLC的擴(kuò)展單元不記錄在內(nèi)。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)（4)模擬量輸入模塊的讀寫方法FX系列PLC基本單元與特殊功能模塊之間的數(shù)據(jù)通信是由FROM/TO指令來執(zhí)行的。FROM是基本單元從特殊功能模塊中讀取數(shù)據(jù)的指令，TO是基本單元將數(shù)據(jù)寫入到特殊功能模塊的指令。實(shí)際上讀寫操作都是對(duì)特殊功能模塊的緩沖存儲(chǔ)器BFM進(jìn)行的。讀寫指令的格式如圖15-5所示。二、相關(guān)知識(shí)

當(dāng)圖中Xl為ON時(shí)，編號(hào)為ml(0～7)的特殊功能模塊內(nèi)編號(hào)為m2(0～31)開始的n個(gè)緩沖寄存器(BFM)的數(shù)據(jù)將讀入到PLC，并存入從[D]開始的n個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中；當(dāng)圖中X0為ON時(shí)，PLC基本單元中從[S]指令的元件開始的n個(gè)數(shù)據(jù)將寫到編號(hào)為ml的特殊功能模塊中編號(hào)為m2開始的n個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中。二、相關(guān)知識(shí)（5）應(yīng)用實(shí)例FX3U-4AD模塊連接在特殊功能模塊的0號(hào)位置。僅開通CH1和CH2兩個(gè)通道作為電壓量輸入通道。計(jì)算平均值的取樣次數(shù)定為4次，并且PLC中的數(shù)據(jù)寄存器D0和D1分別接收這兩個(gè)通道輸入量平均值數(shù)字量，編寫梯形圖程序。編寫的梯形圖程序如圖15-6所示。二、相關(guān)知識(shí)3．模擬量輸出模塊FX3U-4DAFX3U-4DA模擬量輸出模塊是4通道

(CH)l2位D/A轉(zhuǎn)換模塊，它可以將12位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流輸出。電壓輸出時(shí)，輸出電壓范圍為-l0～+lOV；電流輸出時(shí)，輸出電流為直流0～+20mA和直流+4～+20mA。(l)FX3U-4DA模塊的外部接線FX3U-4DA模塊的外部接線如圖15-7所示。二、相關(guān)知識(shí)幾點(diǎn)說明:1）雙絞線屏蔽電纜，應(yīng)該遠(yuǎn)離干擾源；2）輸出電纜的負(fù)載端使用單點(diǎn)接地；3）若有噪音或干擾，可以接一個(gè)電容器(0.1～0.47μF/25V)；4）FX3U-4DA模塊與PLC基本單元的接地應(yīng)接在一起；5）電壓輸出端或電流輸出端不要短接；6）不使用的端子，不要在其上接任何單元。(2)FX3U-4DA模塊的緩沖寄存器(BFM)FX3U-4DA的內(nèi)部有32個(gè)緩沖寄存器，用來與FX3U基本單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每個(gè)緩沖寄存器為16位的RAM。FX3U-4DA的32個(gè)緩沖寄存器的編號(hào)及定義見表15-2所示。表中帶“W”號(hào)的緩沖寄存器可用TO指令寫入PLC中，標(biāo)有“E”號(hào)的緩沖寄存器可以寫入EEPROM中，當(dāng)電源關(guān)閉后可以保持?jǐn)?shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)1）輸出模式選擇。BFM#O為輸出模式選擇緩沖寄存器，在BFM#O中寫入4位十六進(jìn)制數(shù)HXXXX，4位數(shù)字從右至左分別控制1、2、3、4四個(gè)通道，每位數(shù)字取值范圍為0～2，其含義如下:0表示設(shè)置電壓輸出模式(-10～+10V)1表示設(shè)置電流輸出模式(+4～+20mA)2表示設(shè)置電流輸出模式(0～+20mA)例如BFM#O=Hll02，則表示CHl設(shè)定為電流輸出模式，0～+20mA；CH2設(shè)定為電壓輸出模式，-10～+10V；CH3、CH4設(shè)定為電流輸出模式，4～+20mA。２）輸出數(shù)據(jù)通道。BFM#l～BFM#4分別為輸出數(shù)據(jù)通道CHl～CH4所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖寄存器，其初始值均為零。二、相關(guān)知識(shí)３）BFM#5為數(shù)據(jù)輸出模式緩沖寄存器，當(dāng)PLC處于停止(STOP)模式時(shí)，RUN模式下的最后輸出值將被保持。當(dāng)BFM#5＝HOO00時(shí)，CHl～CH4各通道輸出值保持，若要復(fù)位某一通道使其成為偏移量，則應(yīng)將BFM#5中的對(duì)應(yīng)位置“1”。例如，BFM#5＝HOO11，則說明通道CH3、CH4保持，CHl、CH2為偏移值。４）BFM#8、BFM#９為偏移和增益設(shè)置允許緩沖寄存器，在BFM#8或#9相應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)據(jù)位中寫入“1”，就可以允許設(shè)置CHl～CH4的偏移量與增益值。BFM#8(CH2、CHl)BFM#9(CH4、CH3)HXXXXHXXXXG2O2GlO1G4O4G3O3X=O：不允許設(shè)置；X=l：允許設(shè)置二、相關(guān)知識(shí)（二）PLC與PLC之間的通信1．N：N鍵接通信N：N鍵接通信協(xié)議可用于最多8臺(tái)FX系列PLC的輔助繼電器和數(shù)據(jù)寄存器之間的數(shù)據(jù)的自動(dòng)交換，其中一臺(tái)為主機(jī)，其余的為從機(jī)。N:N網(wǎng)絡(luò)最簡(jiǎn)單實(shí)用，只需要在PLC上加裝一塊通信擴(kuò)展板即可與其他PLC組網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)如圖14-4所示，適用于FX1S,FX0N,FX1N,FX2N,FX3G,FX3U,FX1NC,FX2NC,FX3UC等多種系列可編程控制器，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，通過刷新范圍決定的軟元件在各可編程控制器之間執(zhí)行數(shù)據(jù)通信，并且可以在所有的可編程控制器中監(jiān)控這些軟元件。二、相關(guān)知識(shí)5)BFM#lO～BFM#17為偏移量/增益值設(shè)定緩沖寄存器，設(shè)定值可用TO指令來寫入，寫入數(shù)值的單位是mV或μA。6）BFM#20為初始化設(shè)定緩沖寄存器，當(dāng)BFM#20被設(shè)置為1時(shí)，F(xiàn)X3U-4DA恢復(fù)到出廠設(shè)定狀態(tài)。7)BFM#21為I/O特性調(diào)整抑制緩沖寄存器，若BFM#21被設(shè)置為2，則用戶調(diào)整I/O特性將被禁止；若BFM#21被設(shè)置為0，I/O特性調(diào)整將保持；默認(rèn)值為1，即I/O特性允許調(diào)整。三、項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目評(píng)價(jià)和總結(jié)項(xiàng)目調(diào)試項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)項(xiàng)目硬件接線圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)項(xiàng)目分析四、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)2.

硬件配置3.梯形圖設(shè)計(jì)

1.

輸入輸出地址分配五、任務(wù)實(shí)施1．輸入/輸出分配表根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，可確定PLC需要8個(gè)輸入點(diǎn)、10個(gè)輸出點(diǎn)，其輸入/輸出分配見表15-3所示。輸

入輸

出X000手動(dòng)方式Y(jié)000繼電器KA1（加熱器1）X001自動(dòng)方式Y(jié)001繼電器KA2（加熱器2）X002自動(dòng)起動(dòng)按鈕Y002繼電器KA3（電鈴）X003起動(dòng)按鈕1Y010加熱器1工作指示X004停止按鈕1Y011加熱器2工作指示X005起動(dòng)按鈕2Y012常溫指示（綠）X006停止按鈕2Y013低溫指示（黃燈閃爍）X007急停按鈕Y014高溫指示（紅燈閃爍）

Y015手動(dòng)方式指示

Y016自動(dòng)方式指示五、任務(wù)實(shí)施2.輸入/輸出接線圖用三菱FX3U型可編程控制器實(shí)現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線，如圖15-9所示，F(xiàn)X3U-4AD-PT型模擬量輸入模塊（模塊識(shí)別號(hào)為K2040）作為系統(tǒng)溫度檢測(cè)模塊并通過擴(kuò)展電纜與PLC相連。五、任務(wù)實(shí)施3．編寫梯形圖程序根據(jù)恒溫控制系統(tǒng)的控制要求，編寫的參考梯形圖程序如圖15-10所示。五、任務(wù)實(shí)施五、任務(wù)實(shí)施程序解釋：PLC開始運(yùn)行時(shí)，通過特殊輔助繼電器M8002產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將系統(tǒng)設(shè)置溫度送入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器、作為調(diào)溫計(jì)使用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。轉(zhuǎn)動(dòng)選擇開關(guān)，選擇系統(tǒng)操作方式。手動(dòng)方式時(shí)按起動(dòng)按鈕X003或XOO5進(jìn)行加熱，加熱溫度不受系統(tǒng)控制，加熱停止由停止按鈕X004或X006控制；自動(dòng)方式時(shí)按下自動(dòng)起動(dòng)按鈕X002，系統(tǒng)自動(dòng)起動(dòng)加熱器1和2進(jìn)行加熱，溫度受系統(tǒng)要求控制和調(diào)節(jié)。溫度采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)將待測(cè)的4點(diǎn)溫度值讀入PLC，然后按算術(shù)平均的方法求出4點(diǎn)溫度的平均值。將平均值與溫度上下限進(jìn)行比較。若平均溫度在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)則綠燈亮。若平均溫度處于要求范圍之外，則系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。若調(diào)節(jié)時(shí)間超過3min,則進(jìn)行聲光報(bào)警(超溫紅燈亮，低溫黃燈亮，且電鈴一直響)；若調(diào)節(jié)時(shí)間小于3min，相應(yīng)定時(shí)用的計(jì)數(shù)器復(fù)位。五、任務(wù)實(shí)施程序中前44條指令用于識(shí)別A/D轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)X3U-4AD-PT的識(shí)別號(hào)為K2040，如果識(shí)別正確則M1接通。本指令段還定義使用此模塊的4個(gè)通道，并且每個(gè)通道均采用電壓輸出(0～10V)，4個(gè)通道計(jì)算平均值的采樣數(shù)為4。將BFM#29中的狀態(tài)信息分別寫到MlO～M25中，若無出錯(cuò)并且已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，則將BFM#5～BFM#8中的內(nèi)容傳送到PLC的Dl～D4中(在第109條FROM指令中實(shí)現(xiàn))。程序第49～90條，加熱器1在自動(dòng)狀態(tài)下和加熱器2同時(shí)加熱3min，T0為3min定時(shí)；然后加熱器2斷開，加熱器2受溫度控制，溫度低于50℃時(shí)自行起動(dòng)，高于60℃時(shí)自行停止。程序第91～126條主要實(shí)現(xiàn)1s溫度采集功能，然后求其平均值并存入D5中，此平均值再與50～60℃溫度段進(jìn)行比較，并讓相應(yīng)中間繼電器Ml2O～M122接通。程序第137～169條主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)平均溫度在溫度范圍內(nèi)時(shí)綠燈亮；調(diào)溫時(shí)綠燈閃爍；若超過3min調(diào)溫時(shí)間，溫度仍低于50℃黃燈閃爍，或溫度仍高于6O℃紅燈閃爍，同時(shí)接通電鈴進(jìn)行報(bào)警。五、任務(wù)實(shí)施4．系統(tǒng)調(diào)試（1）在斷電狀態(tài)下，連接好PC/PPI電纜。（2）將PLC運(yùn)行模式選擇開關(guān)撥到STOP位置，此時(shí)PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，可以進(jìn)行程序編寫。（3）在作為編程器的計(jì)算機(jī)上，運(yùn)行GXDeveloper編程軟件。（4）將圖15-10所示的梯形圖程序輸入到計(jì)算機(jī)中。（5）將程序文件下載到PLC中。（6）將PLC運(yùn)行模式的選擇開關(guān)撥到RUN位置，使PLC進(jìn)入運(yùn)行方式。（7）在教師的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)下進(jìn)行通電調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否符合控制要求。五、任務(wù)實(shí)施（8）將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)操作方式，按下加熱器1起動(dòng)按鈕，檢查加熱器1是否正常工作；按下加熱器2起動(dòng)按鈕，檢查加熱器2是否正常工作。手動(dòng)運(yùn)行正常后再將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動(dòng)操作方式，按下自動(dòng)起動(dòng)按鈕，檢查輸出是否正常，3min后再檢查輸出是否正常?？扇藶槭箿囟忍幱诓徽顟B(tài)，檢查系統(tǒng)是否能進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)、輸出指示燈的狀態(tài)是否按要求工作。如一切滿足控制系統(tǒng)要求，則