第5讲 PLC的模拟量控制

第5讲PLC的模拟量控制主编：李方园目录CONTENTS1FX0N-3A模拟量模块2FX2N-2AD与FX2N-2DA模拟量模块3FX2N-4DA模拟量输出模块5模拟量入门知识FX2N-4AD模拟量输入模块4在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、速度、旋转速度、pH值、粘度等。为了实现自动控制，这些模拟信号都需要被PLC来处理。图5.1所示为PLC处理模拟量的过程。5.1.1PLC处理模拟量的过程图5.1模拟量模块的作用图5.1中，测量传感器利用线性膨胀、角度扭转或电导率变化等原理来测量物理量的变化；测量变送器将传感器检测到的变化量转换为标准的模拟信号，如:±10V,±20mA,4...20mA，这些标准的模拟信号将接到模拟输入模块上。由于PLC的CPU只能处理数字量信号，因此模拟输入模块中的ADC（模数转换器）就是用来实现转换功能。模数转换是顺序执行的，也就是说每个模拟通道上的输入信号是轮流被转换的。模数转换（通过指令“FROM”）的结果存在结果存储器中，并一直保持到被一个新的转换值所覆盖。如果要进行模拟量输出，也可以使用“TO”指令向模拟输出模块中写模拟量的数值（由用户程序计算所得），该数值由模块中的DAC（数模转换器）变换为标准的模拟信号。5.1.2FROM与TO指令模拟量扩展模块都是特殊功能模块，可用特殊功能模块读指令FROM（FNC78）和特殊功能模块写指令TO（FNC79）进行编程。1.FROM指令FROM指令用于从特殊单元缓冲存储器（BFM）中读入数据。格式：含义：将编号为m1的特殊单元模块内，从缓冲存储器（BFM）号为m2开始的n个数据读入基本单元，并存放在从[D.]开始的n个数据寄存器中。2.TO指令TO指令用于向特殊单元缓冲存储器（BFM）中写入数据。格式：说明：⑴m1：特殊功能模块的模块号码。模块号从基本单元最近的开始按No.0→No.1→No.2┅┅顺序连接。模块号用于以FROM/TO指令指定哪个模块工作。⑵m2：缓冲存储器（BFM）号码。特殊功能模块中内藏了32点16位RAM存储器，即缓冲存储器。缓冲存储器号为#0～#32766，其内容根据各模块的控制目的而设定。⑶n：待传送数据的字数。5.2.1FX0N-3A的技术规格与接线1、概述FX0N-3A是三菱公司的模拟量输入和输出模块（图5.2所示），它提供8位分辨率精度和提供2路模拟量输入(DC0至10V或AC4至20mA)通道和1路模拟量输出通道（DC0至10V或DC0至5V）。A/D转换时间100μS，D/A处理速度是TO指令处理时间的3倍。正因为FX0N-3A模块有较好的性价比，因此广泛应用于各种设备当中。图5.2FX0N-3A的外观与接线端子2、模拟量输入与输出接线FX0N-3A包含两路输入通道和一路输出通道。输入通道将外部输入的模拟信号转换成内部的数字信号（A/D转换），输出通道将内部的数字信号转换成外部的模拟信号（D/A转换）。根据接线不同，可以选择电压信号或电流信号的模拟输入或模拟输出，模拟输入通道或模拟输出通道的可接受范围为DC0~10V、DC0~5V或DC4~20mA。模拟量输入与输出接线如图5.3、图5.4所示。需要注意的是两路输入通道均为同一特性，不可以混合使用电压输入和电流输入。当使用电流输入时，应确保[VIN*]端子和[IIN*]端子短路连接（电压输入时不可短接）；当电压输入或输出存在波动或大量噪声时，应在相应处连接0.1~0.47uF25VDC的电容。图5.3输入接线图5.4输出接线3、模拟量输入规格表5.1所示为FX0N-3A的模拟量输入规格。表5.1FX0N-3A的模拟量输入规格FX0N-3A的输入特性即模拟量输入与对应的数值如图5.5所示。根据图可以得出：输入模拟电压转换数字值:255×10÷10.2=250输入模拟电流转换数字值:255×(20–4)÷(20.32–4)=250图5.5模拟量输入与对应的数值4、模拟量输出规格FX0N-3A的模拟量输出规格如表5.2所示。FX0N-3A的输出特性即模拟量输出与对应的数值如图5.6所示。根据图可以得出：输出数字值转换模拟电压值:255×10÷250=10.2输出数字值转换模拟电流值:255×(20–4)÷250+4=20.32图5.6模拟量输出与对应的数值4、模拟量输出规格FX0N-3A的模拟量输出规格如表5.2所示。表5.2FX0N-3A的模拟量输出规格FX0N-3A的输出特性即模拟量输出与对应的数值如图5.6所示。根据图可以得出：输出数字值转换模拟电压值:255×10÷250=10.2输出数字值转换模拟电流值:255×(20–4)÷250+4=20.32图5.6模拟量输出与对应的数值5.2.2程序设计1、模块的编号FX0N-3A可以连接到FX1N、FX2N、FX1NC或FX2NC系列的PLC所有的数据传输和参数设置均通过PLC程序进行控制与调整。对基本单元给予被连接的特殊模块选择，模块号码由靠近基本单元开始，以NO.0→NO.1→NO.2……NO.7的顺序继续下去。模块号码是为指定程序命令对哪一个模块起作用而使用的。2、BFM的分配含义缓冲存储器(BFM)分配如表5.3所示，其中表格留空部分为缓冲存储器存储保留区域。BFM#0表示输入通道1(CH1)与输入通道2(CH2)转换数据以二进制形式交替存储。BFM#17的含义如表5.4所示，具体含义为：b0=0选择输入通道1；b0=1选择输入通道2；b1=0→1启动A/D转换；b1=1→0复位A/D转换；b2=0→1启动D/A转换；b2=1→0复位D/A转换。因此，模拟量连续输入输出条件：0→1→0。表5.3缓冲存储器(BFM)分配表5.4BFM#17的含义3、A/D输入程序如图5.7所示，主机单元将数据读出或写入FX0N-3A缓冲存储器（BFM），当X1=ON时，实现输入通道1的A/D转换，并将A/D转换对应值存储于主机单元D01中。当X2=ON时，实现输入通道2的A/D转换，并将A/D转换对应值存储于主机单元D02中。图5.7A/D输入程序程序解释如下：（1）X1↓，(H00)写入BFM#17，选择输入通道1且复位A/D转换；（2）(H02)写入BFM#17，保持输入通道1的选择且启动A/D转换；（3）读取BFM#0，输入通道1当前A/D转换对应值存储于主机单元(D01)中；（4）X2↓，(H01)写入BFM#17，选择输入通道2且复位A/D转换；（5）(H03)写入BFM#17，保持输入通道2的选择且启动A/D转换；（6）读取BFM#0，输入通道2当前A/D转换对应值存储于主机单元(D02)中。4、D/A输出程序如图5.8所示，当X0=ON时，实现输出通道的D/A转换，D/A转换对应值为主机单元D00。图5.8D/A输出程序程序解释如下：（1）X0↓，D/A转换对应值(D00)写入BFM#16；（2）(H04)写入BFM#17，启动D/A转换；（3）(H00)写入BFM#17，复位D/A转换。5.2.3模拟量输入与输出校准1、A/D校准（1）偏置校准1）接线（如图5.9所示）方法1：（外部输入）电压电流图5.9外部输入接线2）输入校准程序（图5.10所示）图5.10输入校准程序3）校准过程：①选择对应的接线方法，使输入的偏置电压/电流符合表5.5所示。表5.5模拟输入范围与偏置校准值模拟输入范围0~10VDC0~5VDC4~20mADC偏置校准值0.040V0.020V4.064mA②运行前面程序，确保X0为ON状态；③调节A/DOFFSET电位器，直到数字值1读入D0为止。注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。（2）增益校准校准过程如下：①选择对应的接线方法，使输入的增益电压/电流符合表5.6。表5.6模拟输入范围和增益校准值模拟输入范围0~10VDC0~5VDC4~20mADC增益校准值10.000V5.000V20.000mA②运行前面程序，确保X0为ON状态；③调节A/DGAIN电位器，直到数字值250读入D0为止。注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。2、D/A校准（1）偏置校准1）接线（图5.11所示）电压电流图5.11偏置校准2）输入校准程序（图5.12所示）图5.12输入校准程序3）校准过程①运行前面程序，确保X0为ON状态；②调节D/AOFFSET电位器，直到仪表显示到相应的偏置电压/电流为止，如表57.所示。表5.7模拟输出范围与仪表显示值模拟输出范围0~10VDC0~5VDC4~20mADC仪表显示值0.040V0.020V4.064mA注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。（2）增益校准1）输入校准程序（图5.13所示）图5.13输入校准程序2）校准过程①运行前面程序，确保X0为ON状态；②调节D/AGAIN电位器，直到仪表显示到相应的增益电压/电流为止，如表5.8所示。表5.8模拟输出范围和仪表显示值模拟输出范围0~10VDC0~5VDC4~20mADC仪表显示值10.000V5.000V20.000mA注：顺时针旋转电位器为数字值增加，从最小值到最大值需要转18圈。5.2.4应用实例【实例17】某压力变送器（0~3MPa），其规格对应4~20mA，电源为24VDC，请接入PLC中，并读出实时压力值。（1）接线（以输入通道1为例）如图5.14所示。图5.14接线（2）比值计算，如表5.9所示。（3）写入PLC程序PLC程序如图5.15所示，程序解释如下：将D01乘以3后，值储存于D03中（16位整数处理）；将D03转换成32位二进制度浮点数，值储存于[D04,D05]中（32位浮点数处理）；将[D04,D05]除以250后，值储存于[D06,D07]中（32位浮点数处理）。图5.15实例17程序【实例18】某压力变送器，其技术规格如表5.10所示，电源为24VDC，请接入PLC中，并读出实时压力值。表5.10压力变送器技术规格（1）接线（以输入通道2为例，如图5.16所示）图5.16通道2接线（2）比例计算（表5.11所示）（3）写入PLC程序PLC程序如图5.17所示，具体解释如下：将D02乘以36后，值储存于D08中（16位整数处理）；将D08减去250后，值储存于D09中（16位整数处理）；将D09转换成32位二进制度浮点数，值储存于[D10,D11]中（32位浮点数处理）；将[D10,D11]除以2500后，值储存于[D12,D13]中（32位浮点数处理）。【实例19】有一个压力传感器，感应压力范围是0-5MPa，输出电压是0-5V。利用这个传感器去测量某管道中的油压，当测到的压力3.5MPa时，PLC的Y10灯亮，表示压力低；当测到的压力为3.5-4.2MPa的范围内时，Y11灯亮，表示压力正常；当测到的压力4.2MPa时，Y12灯亮，表示压力过高。请写出PLC的控制程序。（1）系统分析在该系统中，传感器输出的模拟量通过FX0N-3A转换为数字量放在PLC中，然后通过区间比较指令进行比较判断，控制PLC的输出，假设FX0N-3A接在PLC的0号位置。（2）根据数值比例进行画图（图5.18所示）图5.18数值比例（3）编写程序（图5.19所示）图5.19实例19程序5.3.1FX2N-2AD主要性能与硬件连接1、主要性能表5.12FX2N-2AD的性能项目参数备注电压输入电流输入输入通道22通道输入方式必须一致输入要求DC0～10V或0～5VDC4～20mA输入极限DC-0.5V～15VDC-2～60mA输入超过极限可能损坏模块输入阻抗≤200KΩ≤250Ω数字输出12位0～4095分辨率2.5mV(DC0～10V输入)1.25mV(DC0～5V输入)4μA(DC4～20mA输入)转换精度±1%(全范围)处理时间2.5mS/1通道调节偏移调节/增益调节电位器调节输出隔离光电耦合模拟电路与数字电路之间占用I/O点数8点消耗电流24V/50mA,5V/20mA由PLC供给编程指令FRO