《PLC應(yīng)用技術(shù)》課件第7章

第7章PLC特殊功能模塊簡介7.1三菱FX2系列PLC的特殊功能模塊使用通則7.2三菱FX2系列PLC的模擬量輸入模塊(A/D轉(zhuǎn)換模塊)7.3三菱FX2系列PLC的模擬量輸出模塊(D/A轉(zhuǎn)換模塊)習(xí)題七本章知識點：

特殊功能模塊；

典型例題分析。所謂特殊功能模塊，是指用PLC主機指令不能直接完成，而在工業(yè)控制中又經(jīng)常使用到的一些特殊功能。為方便應(yīng)用，一些比較大的PLC廠家都各自生產(chǎn)與自己的機型相配套的特殊功能模塊，它們以專用模塊的形式獨立構(gòu)成，以擴展PLC的控制能力和應(yīng)用范圍。這些特殊功能模塊，通常都是按功能用途來命名的，例如：模擬量輸入/輸出模塊(A/D、D/A)、溫度控制模塊、定位控制模塊、高速計數(shù)模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等。下面我們以三菱FX2系列PLC為例，介紹典型的特殊功能模塊的使用方法。7.1三菱FX2系列PLC的特殊功能模塊使用通則

1.與PLC主機的連接三菱FX2系列PLC中不同型號的主機允許連接的功能模塊的數(shù)量是不同的，可以通過查閱手冊確定，一般為4～8個。所有的特殊功能模塊都位于主機的右側(cè)，用連接電纜依次連接，如圖7.1所示。圖7.1特殊功能模塊與PLC主機的連接

2.位置編號特殊功能模塊從左至右依此為N0、N1、N2、…，需要注意的是，輸入/輸出擴展模塊不參與編號，而且它們的位置可以任意放置。

3.占用I/O點數(shù)每個特殊功能模塊需要占用8個輸入/輸出點，用于擴充總線的連接(輸入和輸出可以任意分配)。

4.功率消耗每個特殊功能模塊都需要消耗一定的功率，一般以電流值給出，如果該電流值由主機提供時，需要檢查主機電流的總?cè)萘磕芊癯袚?dān)。連接多個特殊功能模塊時必須檢查功率總?cè)萘磕芊駶M足要求。

5.系統(tǒng)框圖特殊功能模塊的系統(tǒng)框圖如圖7.2所示。圖7.2特殊功能模塊的系統(tǒng)框圖

6.指令格式三菱FX2系列PLC與特殊功能模塊連用時的指令主要有讀和寫兩條指令。

(1)讀特殊功能模塊的指令。格式如下：

FROM (FNC78)讀特殊功能模塊的梯形圖如圖7.3所示。圖7.3讀特殊功能模塊的指令的梯形圖格式在圖7.3中，m1表示特殊功能模塊的編號；m2表示特殊功能模塊內(nèi)部緩沖寄存器(BFM)首地址號；[D.]表示PLC主機內(nèi)目標(biāo)寄存器元件名稱及首地址號；n代表常數(shù)，即需要讀入的數(shù)據(jù)，n=1～32。根據(jù)圖7.2所示的連接方式，我們給出以下的例子，其梯形圖如圖7.4所示。圖7.4讀特殊功能模塊的指令的應(yīng)用實例此程序表示當(dāng)X2接通時，將NO.2模塊(4AD-PT)內(nèi)BFM#5～#8的數(shù)據(jù)讀入到PLC主機D20～D23數(shù)據(jù)寄存器中。

(2)寫特殊功能模塊的指令。格式如下：

TO (FNC79)寫特殊功能的梯形圖如圖7.5所示。圖7.5寫特殊功能模塊的指令的梯形圖格式在圖7.5中，m1表示特殊功能模塊的編號；m2表示特殊功能模塊內(nèi)部緩沖寄存器(BFM)首地址號；[S.]表示數(shù)據(jù)源；n代表常數(shù)，即需要讀入的數(shù)據(jù)，n=1～16。我們?nèi)愿鶕?jù)圖7.2所示的連接方式，給出以下的例子，其梯形圖如圖7.6所示。圖7-6寫特殊功能模塊的指令的應(yīng)用實例圖7.6表示當(dāng)X3接通時，將十六進(jìn)制數(shù)H3300寫入NO.0模塊(4AD)的緩沖寄存器(BFM)的#0號單元中。

7.應(yīng)用程序的一般格式

(1)確認(rèn)功能模塊識別碼和模塊所在位置。確認(rèn)功能模塊識別碼和模塊所在位置是否正確，其梯形圖如圖7.7所示。圖7.7確認(rèn)功能模塊識別碼和模塊所在位置是否正確的梯形圖上述梯形圖表示，當(dāng)X10接通時，從NO.0號模塊BFM#30中讀出該模塊的識別碼，并存放在PLC的D10數(shù)據(jù)寄存器中。已知K2010是FX2-4AD的識別碼，如果M11=ON，則說明NO.0號模塊是FX2-4AD模塊，模塊型號和位置都是正確的，即可以進(jìn)行下一步的參數(shù)設(shè)置工作。

(2)初始參數(shù)的設(shè)定。對于A/D或D/A模塊，初始參數(shù)的設(shè)定通常包括：通道的選擇、輸入電壓及電流的選擇、輸入范圍的設(shè)定、增益及偏移量的設(shè)定等。對于計數(shù)類模塊，需要設(shè)定脈沖輸入的方式(即相數(shù))、計數(shù)器的長度、輸出設(shè)定值等。對于運動控制類模塊，則需要設(shè)定脈沖速率、進(jìn)給速率、各種控制操作命令等。需要注意的是，初始參數(shù)的設(shè)定一般都在模塊位置和型號都被正確確認(rèn)以后才進(jìn)行，通常采用以下的程序格式，如圖7.8所示。圖7.8初始參數(shù)的程序格式7.2三菱FX2系列PLC的模擬量輸入模塊(A/D轉(zhuǎn)換模塊)用PLC處理連續(xù)變化的變量時，必須先用A/D變換模塊將模擬量變成數(shù)字量，A/D模塊的輸入量通常為電壓或電流量。對于非電量的模擬量，例如：壓力、流量、速度和加速度等，必須先將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏亢?，才能?jīng)過A/D模塊輸入PLC處理。

FX2系列PLC常用的A/D模塊有：FX-2AD、FX-4AD、FX-8AD、FX-4AD-PT、FX-4AD-TC等，我們首先介紹模擬量的基本概念。

1.模擬量的基本概念日常生活與工業(yè)控制現(xiàn)場需要測量與控制的物理量五花八門、千差萬別，按照其隨時間的變化規(guī)律與表現(xiàn)形式，一般可以分為開關(guān)量和模擬量兩類。開關(guān)量是指只有通、斷兩種狀態(tài)，在時間和數(shù)值上都是離散的邏輯變量。由于可編程控制器最初就是專門為開關(guān)量而設(shè)計的，因此，各種開關(guān)量信號可以直接作為可編程控制器的輸入控制信號。對于可編程控制器而言，實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制十分方便。模擬量不同于開關(guān)量，它是指在時間、數(shù)值上均為連續(xù)變化的物理量。也就是說，隨時間的變化，模擬量的變化是連續(xù)而平滑的；數(shù)值上，模擬量在一定范圍內(nèi)可以取任意值。聲音信號、圖像信號是模擬量，溫度、濕度、壓力、位移、速度、加速度、流量等也都是模擬量。模擬量一般具有以下四個方面的基本性質(zhì)。

(1)初始性。前面已經(jīng)提到，模擬量有電量和非電量之分。溫度、濕度、壓力、位移、速度、加速度、流量等屬于非電量；電流、電壓及其他各種電信號都屬于電量。不管是電量還是非電量，它們大部分都是自然界中的初始變量，它們的變化大都反映客觀事物的變化規(guī)律，這就是模擬量的初始性。由于電信號容易測量、處理、存儲、轉(zhuǎn)換和控制，因此，在自動控制系統(tǒng)中，對非電量進(jìn)行測量、處理、控制時，首先需要將非電量通過各種傳感器、變送器轉(zhuǎn)化為模擬電信號，以便實現(xiàn)對非電量的電氣測量與電氣控制。模擬電信號包括電壓信號和電流信號。為了便于信號的轉(zhuǎn)換與處理，通常規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓信號是0～10V，標(biāo)準(zhǔn)的模擬電流信號是4～20mA或0～20mA。一般地，經(jīng)過各種傳感器、調(diào)節(jié)器處理后的模擬電信號都是標(biāo)準(zhǔn)的。以后，如果沒有特別說明，當(dāng)提及模擬電信號時，一般都指標(biāo)準(zhǔn)的模擬電流信號或模擬電壓信號。圖7.9表示模擬電信號的產(chǎn)生過程。圖7.9模擬電信號的產(chǎn)生過程

(2)連續(xù)性。模擬量的基本特征是其變化的連續(xù)性。在特定的時間范圍內(nèi)，模擬量的取值是任意的，它隨時間的變化曲線是平滑而連續(xù)的，沒有斷點。圖7.10是常見的幾種模擬量變化曲線。在圖7.10中，(a)圖是電容器充電曲線；(b)圖是心電圖曲線；(c)圖是李薩如圖形；(d)圖是正弦交流電曲線；(e)圖是二極管伏安特性曲線；(f)圖是物體的冷卻特性曲線。

(3)轉(zhuǎn)換性。隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，無論是電模擬量或非電模擬量都可以通過一定的處理電路轉(zhuǎn)化為模擬電信號。模擬電信號又可以通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(開關(guān)量)；數(shù)字信號(開關(guān)量)也可以通過D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬信號，實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量(開關(guān)量)的相互轉(zhuǎn)化。圖7.11表示模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。圖7.10常見的幾種模擬量變化曲線圖7.11模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系

(4)過程性。由于模擬量隨時間作連續(xù)變化，客觀地反映了物理量的變化過程，因此模擬量通常與過程有關(guān)，具有一定的過程性。輸入信號與輸出信號都是模擬量的控制系統(tǒng)叫做模擬量控制系統(tǒng)；被控制量是壓力、液位、流量、溫度等模擬量的控制系統(tǒng)，叫做過程控制系統(tǒng)?？梢?，模擬量控制系統(tǒng)實際上都屬于過程控制系統(tǒng)，例如，發(fā)電廠蒸汽鍋爐的溫度控制系統(tǒng)、數(shù)控機床上的位置控制系統(tǒng)、石油化工廠中儲油罐的液位控制系統(tǒng)等，既是模擬量控制系統(tǒng)，又是過程控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)主要采用常規(guī)電動儀表，例如，DDZ–Ⅱ型和DDZ–Ⅲ型儀表。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新型的過程控制型計算機不斷涌現(xiàn)，在STD總線計算機、可編程調(diào)節(jié)器、集散型控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可編程控制器的模擬量控制得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了滿足模擬量控制系統(tǒng)的控制要求，提高可編程控制器的市場競爭能力，幾乎所有的可編程控制器生產(chǎn)廠家，都在自己的PLC產(chǎn)品上開發(fā)了模擬量控制功能。一方面，在軟件上為PLC增加功能指令；另一方面，在硬件上為PLC設(shè)計各種各樣的模擬量控制功能模塊。圖7.12所示為可編程控制器的模擬量控制系統(tǒng)框圖。圖7.12可編程控制器的模擬量控制系統(tǒng)框圖

2.?FX-4AD模擬量輸入模塊概述

FX-4AD模擬量輸入模塊是FX2系列PLC專用的模擬量輸入模塊，它有4個輸入通道，通過輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。電壓輸入時，輸入信號范圍為DC－10～＋10V，輸入阻抗為200kΩ，分辨率為5mV；電流輸入時，輸入信號范圍為DC－20～＋20mA，輸入阻抗為250Ω，分辨率為20μA。FX-4AD模擬量輸入模塊在數(shù)據(jù)傳輸時以12位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以補碼的形式儲存在16位數(shù)據(jù)寄存器中，數(shù)值范圍是－2048～＋2047，因此它的傳輸速率達(dá)到15kb/ms，綜合精度達(dá)到量程的1%。

FX-4AD模擬量輸入模塊的工作電源是DC24V，模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)。

FX-4AD模擬量輸入模塊的4個輸入通道占用基本單元的8個映像表，即在軟件上占用8個I/O點數(shù)，在計算PLC的I/O點數(shù)時，可以將這8個點作為PLC的輸入點。

FX-4AD模擬量輸入模塊的內(nèi)部有一個數(shù)據(jù)緩沖寄存器區(qū)，它由32個16位寄存器組成，編號為BFM#0～31，其內(nèi)容與作用可參見表7.1。表中帶有“*”的數(shù)據(jù)緩沖寄存器區(qū)的內(nèi)容，可以通過PLC的FROM和TO指令進(jìn)行讀、寫操作。其中BFM#29的錯誤信息見表7.1和表7.2。表7.1FX-4AD模擬量輸入模塊的BFM分配表表7.2FX-4AD模擬量輸入模塊BFM#29的狀態(tài)信息表注：b4、b9、b13～b15沒有定義。

3.?FX-4AD模擬量輸入模塊的編程方法下面我們通過幾個實例來說明FX-4AD模擬量輸入模塊的編程方法。例7.1現(xiàn)在將FX-4AD模擬量輸入模塊接在FX2基本單元的最近位置，模塊編號為0。開通1、2兩個通道作為模擬電壓的輸入通道(3、4兩個通道關(guān)閉)，設(shè)計算平均值的采樣次數(shù)定為4次，試編制程序?qū)⑦@兩個模擬電壓值輸入到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D0和D1中。解：梯形圖如圖7.13所示，通過此程序，可以將這兩個模擬電壓值輸入到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D0和D1中。

(1)梯形圖。圖7.13將兩個模擬電壓值輸入到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D0和D1中的梯形圖(2)指令。例7.2現(xiàn)在有一個液壓折板機，需要執(zhí)行壓板的同步控制，其系統(tǒng)原理如圖7.14所示。液壓缸A為主動缸，液壓缸B為從動缸，由電磁換向閥控制A缸的運動方向，單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)其運動速度。位置傳感器1、2(滑桿電阻)用以檢測液壓缸A和液壓缸B的位置，其輸出范圍是－10V～＋10V。當(dāng)兩者的位置存在差別時，伺服放大器輸出相應(yīng)的電流，驅(qū)動電液伺服閥，使液壓缸B產(chǎn)生相應(yīng)的運動，從而達(dá)到同步控制的目的。本題中，要求伺服放大器的功能由PLC、特殊功能模塊4AD和2DA組成的系統(tǒng)來實現(xiàn)，試設(shè)計PLC程序。圖7.14液壓折板機系統(tǒng)原理圖解：(1)模塊的安裝連接。兩個傳感器1和2的輸入信號分別用雙絞線連接到特殊功能模塊4AD的CH1、CH2相應(yīng)的端子上。

(2)初始參數(shù)的設(shè)定。①通道選擇。由于本題中CH1、CH2的輸入全部在－10V～＋10V，CH3、CH4暫時不使用，所以根據(jù)表7.1，BFM#0單元的設(shè)置應(yīng)該是H3300。②模/數(shù)轉(zhuǎn)換速度的選擇?？梢酝ㄟ^對BFM#15寫入0或1來進(jìn)行選擇，輸入0選擇低速；輸入1選擇高速。本題輸入1，即選擇高速。③調(diào)整增益和偏移量。由題意可知，本題不需要調(diào)整偏移量，增益值設(shè)定為K2500(2.5V)。

(3)梯形圖。此程序的梯形圖由三部分組成：①初始化程序，如圖7.15所示。圖7.15初始化程序?qū)?yīng)的指令如下：②調(diào)整程序，如圖7.16所示。圖7.16調(diào)整程序?qū)?yīng)的指令如下：③控制程序，如圖7.17所示。圖7.17控制程序?qū)?yīng)的指令如下：7.3三菱FX2系列PLC的模擬量輸出模塊(D/A轉(zhuǎn)換模塊)

FX-2DA模擬量輸出模塊也是FX2系列PLC專用的模擬量輸出模塊，它具有兩個輸出通道，通過輸出端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸出狀態(tài)。電壓輸出時，輸出信號范圍為DC?－10V～＋10V，可接負(fù)載阻抗為1kΩ～1MΩ，分辨率為5mV，綜合精度1%；電流輸出時，輸出信號范圍為DC?＋4mA～＋20mA，可接負(fù)載阻抗不大于250Ω，分辨率為20μA，綜合精度1%。

FX-2DA模擬量模塊的工作電源為DC24V，模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)。

FX-2DA模擬量輸出模塊有兩個輸出通道，仍要占用基本單