第11章 PLC的特殊功能模块

第11章PLC的特殊功能模块本章要点模拟量输入输出模块的基本功能及其应用数据链接与通信功能模块的基本功能及其应用本章难点数据链接与通信功能模块的基本功能及其应用PLC的特殊功能模块种类繁多，功能齐全，是构成模拟量控制、位置控制、通信控制等系统的重要扩展设备。本章重点介绍FX系列PLC的A/D和D/A模块、通信板的基本功能及其应用。11.1扩展设备的类型及使用FX系列PLC的扩展设备有扩展单元(ExtensionUnit)、扩展模块(ExtensionBlock)、特殊功能模块(SpecialFunctionBlock)、功能扩展板(ExtensionFunctionBoard)。扩展单元和扩展模块用来增加I/O点数，在第6章已做介绍。特殊功能模块主要用来完成一些特殊的功能，如A/D转换、D/A转换、高速计数、定位控制等，其硬件电路完善，有的自带CPU。它们都安装在主机之外。功能扩展板安装在主机内，不占用主机外的空间，扩展主机的某些功能，如各种通信板、输入/输出扩展板、模拟量输入/输出扩展板等。FX系列PLC的特殊功能模块大致可分为：①模拟量输入/输出模块；②高速计数器模块；③定位控制模块；④旋转角度检测模块；⑤通信接口模块；⑥人机界面等类型1．硬件系统配置主机扩展就是在主机上安装功能扩展板、存储器卡盒等，或在主机上增加硬件单元或模块。主机扩展时，首先要解决配置问题。配置FX2N系列PLC硬件系统时，应满足如下条件。(1)系统的开关量I/O点数不超过256点。(2)当系统中有特殊功能模块时，系统的开关量I/O点数n应满足：n≤256–k，式中，k为系统中所有特殊功能模块的等效I/O点数之和。(3)每台主机连接的特殊功能模块不超过8块。(4)系统中所有扩展设备消耗的内部DC5V电源电流总量不超过主机或扩展单元内部DC5V电源提供的电流总量；系统中所有扩展设备消耗的外部DC24V电源电流总量不超过主机或扩展单元外部DC24V电源提供的电流总量。第11章PLC的特殊功能模块2612．模块的连接与编号系统配置完成后，就可把主机和各扩展设备用扩展设备自带的扩展电缆或专用电缆按硬件手册的说明进行连接、安装。当PLC与特殊功能模块连接时，数据通信是通过特殊模块的读/写指令FROM/TO来实现的。为了使PLC能够准确地查找到指定的功能模块，每个特殊功能模块都有一个确定的地址编号，编号的方法是从离主机最近的特殊功能模块开始，顺序编成0~7号，编号不能超过7，如图11.1所示。注意PLC的扩展单元不记录在内。图11.1FX2N系列PLC的硬件系统3．FX系列PLC对特殊功能模块的读写操作FX系列PLC与其特殊功能模块之间的通信是通过FROM/TO指令执行的。TO指令用于PLC基本单元将数据写到特殊功能模块中，读、写操作都是针对特殊功能模块的缓冲寄存器BFM进行的。1)BFM读出指令该类指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如表11.1所示。表11.1BFM读出指令的要素表指令名称助记符指令代码(位数)操作数范围程序步m1m2[D•]nBFM读出FROMFROM(P)FNC78(16/32)K、Hm+=0~7K、Hm1=0~31KnY、KnM、KnST、C、D、V、ZK、Hn=1~32FROM…9步DFROM…17步FROM指令，是将特殊功能模块缓冲寄存器BFM的数据读到PLC基本单元的指令。如图11.2所示，X3=ON时，FROM指令执行。从特殊功能模块#2的缓冲寄存器#20、#21、#22中读出16位数据传至PLC基本单元的D0、D1、D2三个单元中。X3=OFF时，FROM指令不执行，传送地点D0、D1、D2中的数据不变。图11.2FROM指令应用2)BFM写入指令该类指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如表11.2所示。TO指令，是由PLC基本单元对特殊功能模块缓冲寄存器BFM写入数据的指令。如图11.3所示，X1=ON时，TO指令执行。将PLC基本单元D0、D1的数据写入特殊功能模块#1的缓冲寄存器#10、#11中。X1=OFF时，FROM指令不执行，BFM#10、#11中的数据不变。电气与PLC控制技术262表11.2BFM读出指令的要素表指令名称助记符指令代码(位数)操作数范围程序步m1m2[S•]nBFM写入TOTO(P)FNC79(16/32)K、Hm1=0~7K、Hm1=0~31KnX、KnY、KnM、KnST、C、D、V、ZK、Hn=1~32FROM…9步DFROM…17步图11.3TO指令应用M8028=OFF时，FROM/TO指令执行过程中，禁止中断，FROM/TO指令可在中断程序中使用；M8028=ON时，FROM/TO指令执行过程中，允许中断，FROM/TO指令不能在中断程序中使用。11.2模拟量输入/输出模块可以通过使用模拟量输入/输出模块来进行模拟量(电压、电流等)的输入和输出，从而使PLC实现工业自动化(FA)控制中不可或缺的模拟量控制功能。如模拟量输入/输出模块与PID过程控制模块或PID回路运算功能指令配合使用，即可实现温度、压力、流量等过程量的PID控制；用户可充分利用PLC的算术运算功能和数据处理能力，编制模糊控制算法等程序，实施模拟量的模糊控制，达到智能控制的目的。11.2.1模拟量输入模块FX2N-2AD1．性能指标FX2N-2AD是一个2通道12位高精度模拟量输入模块，能够将DC0~10V、0~5V，或DC4~20mA的模拟量输入转换成一个数字量并传送到PLC中。其性能如表11.3所示。表11.3FX2N-2AD模拟量输入模块的性能指标项目电压输入电流输入模拟输入范围出厂时该单元调整为数DC0~10V对应。当使输入或DC0~5V输入时和增益值。字量：0~4000与模拟量：用FX2N-2AD作为电流时，必须重新调整零点。DC0~10V，DC0~5V(输入电阻200kΩ)。警告：输入电压超过DC-0.5V~+15V范围，可能造成模块损坏4~20mA(输入电阻250KΩ)警告：输入范围超过-2mA，+60mA范围，可能造成模块损坏数字输出12位分辨力2.5mV(10V/4000)1.25mV(5V/4000)4A{(20~4)/4000}综合精度±1%(满刻度0~10V)±1%(满刻度4~20mA)第11章PLC的特殊功能模块263续表项目电压输入电流输入转换速度每通道2.5ms(顺控程序或同步)电源规格模拟电路：DC24V±10%50mA；数字电路：DC5V20mA(由主机单元提供)隔离在模拟电路和数字电路之间用光电耦合器进行隔离；主单元的电源用DC/DC转换器进行隔离；模拟通道之间不进行隔离。占用I/O点数模块占用8个输入或输出点(可为输入或输出)消耗电流50mA(每只DC24V的消耗电流)绝缘承受电压AC500V1min(在所有的端子和外壳之间)适用PLCFX0N/FX2N/FX2NC系列PLC输出特性每个通道的输入特性都是相同的2．接线FX2N-2AD的接线如图11.4所示。图11.4FX2N-2AD的接线图电气与PLC控制技术264图11.4中，①*1FX2N-2AD不能一个通道作为模拟电压输入，另一通道作为电流输入，因为两个通道使用相同的偏移和增益值。对于电流输入请按图示将VIN和IIN外接。②*2当电压输入点有波动或干扰时，请连一个0.1~0.47F/25V电容在*2处。3．缓冲寄存器(BFM)的分配表FX2N-2AD的缓冲寄存器(BFM)的分配表见表11.4。表11.4FX2N-2AD的BFM分配表BFM号b15～b8b7～b4b3b2b1b0#0不能使用输入数据的当前值(低8位数据)#1不能使用输入数据为当前值(高4位数据)#17不能使用A/D转换开始A/D转换通道#18~31不能使用BFM#0：存储由BFM#17指定通道的输入数据的当前值(低8位数据)，当前值以二进制数据形式保存。BFM#1：保存输入数据的当前值(高4位数据)，当前值以二进制数据形式保存。BFM#17：b0…指定A/D转换的通道号(CH1，CH2)b0=0指定A/D转换的通道号CH1b0=1指定A/D转换的通道号CH2b1=0→1时，D/A转换过程开始4．应用举例下面的编程举例是FX2N-2AD与FX2N系列PLC连接时的梯形图标准形式，只有带下划线的元件号能够在编程时修改。【例11-1】模拟量输入编程如图11.5所示。图11.5模拟量输入编程第11章PLC的特殊功能模块265图中，①CH1的A/D转换执行输入条件：X0。②CH2的A/D转换执行输入条件：X1。③CH1的A/D转换输入数据：D100(用辅助继电器M100~M115代替，一次指定这些数字)。④转换速度：从X000和X001接通到A/D转换数据在主机单元数据寄存器中的保存所需时间为：2.5ms/通道。⑤*1当你使用FX0N系列PLC时，把“*1”的电路改为如图11.6所示的电路。图11.6针对FX0N编程的修改电路【例11-2】使用平均值编程。当不能读取一个稳定的数字值时，可以在图11.7后面增加下述编程，使用平均值。图11.7模拟量输入求平均值编程图中，①通道1的A/D转换输入数据：D100。②通道2的A/D转换输入数据：D102。③采样次数：D118。④采样频率和平均频率一致性标志：M133。电气与PLC控制技术266⑤通道1的平均值：D111，D110。⑥通道2的平均值：D113，D112。⑦上述编程举例中采取次数平均值取20次，可取平均次数范围为1~262144。11.2.2模拟量输出模块FX2N-2DA1．性能指标FX2N-2DA是一个2通道12位高精度模拟量输出模块，用于将12位的数字值转换成2路模拟输出(电压输出和电流输出)。其性能如表11.5所示。表11.5FX2N-2DA模拟量输出模块的性能指标项目电压输出电流输出模拟输出范围DC0~10V，DC0~5V(外部负载阻抗为2KΩ~1MΩ)4~20mA(外部负载阻抗为500Ω或更小)在装运时，对于DC0~10V的模拟电压输出，此单元调整的数字是0~4000。当使用FX2N-2DA并通过电流输入或通过DC0~5V输出时，就有必要通过偏置和增益调节器进行再调节。数字输入12位分辨率2.5mV(10V/4000)、1.25mV(5V/4000)4μA{(20~4)/4000}综合精度±1%(全范围0~10V)±1%(全范围4~20mA)转换速度4ms/通道(顺序程序和同步)电源规格模拟电路：24VDC±10%50mA；数字电路：5VDC20mA(由主机单元提供)隔离在模拟电路和数字电路之间用光电耦合器进行隔离。主单元的电源用DC/DC转换器进行隔离。模拟通道之间不进行隔离。占用I/O点数模块占用8个输入或输出点(可为输入或输出)消耗电流85mA(每只DC24V的消耗电流)耐压AC500V/min(在所有接点与外壳之间)适用PLCFX0N/FX2N/FX2NC系列PLC输入特性当13位或更多的数据输入时，只有最后12位是有效的，高端位忽略。在0~4095的范围内使用数字值。可对两个通道中的每个进行输出特性的设置。第11章PLC的特殊功能模块2672．接线FX2N-2DA的接线如图11.8所示。图11.8FX2N-2DA的接线图图中说明：①当电压输出存在波动或有大量噪声时，在位置①处连接0.1~0.47F、25VDC的电容。②对于电压输出，请对IOUT和COM进行短路，如图11.8所示。3．缓冲寄存器(BFM)的分配表FX2N-2DA的缓冲寄存器(BFM)的分配表如表11.6所示。表11.6FX2N-2DA的BFM分配表BFM编号b15~b8b7~b3b2B1B0#0到#15保留#16保留输出数据的当前值(8位数据)#17保留D/A低8位数据保持通道1D/A转换开始通道2D/A转换开始#18或更大保留表中，BFM#16：由BFM#17(数字值)指定的通道的D/A转换数据被写。D/A数据以二进制形式，并以下端8位和4位两部分的顺序进行写。BFM#17：b0——通过将1改