模拟量输入模块

第2章PLC的硬件2.1PLC的硬件结构2.2FX系列PLC性能简介2.3特殊功能模块2.4编程设备与人机界面2.1PLC的硬件结构2.1.1PLC的物理结构2.1.2CPU模块与存储器2.1.3输入模块2.1.4输出模块–整体式–模块式2.1.1PLC的物理结构整体式模块式1．整体式PLC小型PLC一般属此结构有基本单元和扩展单元之分基本单元：有CPU模块、I/O模块和电源扩展单元：有I/O模块和电源选择有关单元，满足不同要求。2．模块式PLC大、中型PLC一般用模块式结构。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块。CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。2.1.2CPU模块1．CPU芯片(1)通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片；(2)单片微处理器(单片机)，如Intel公司的MCS51/96系列单片机;(3)位片式微处理器，如AMD2900系列位片式微处理器。2．存储器存储器分为RAM和ROM。ROM一般用于存储系统程序。RAM一般用于存储用户程序。其容量一般以字为单位，三菱的FX系列称为步(Step，即字)。小型的容量在1K字左右，大型的可达数M(兆)字。1.开关量I/O模块的外部接线方式•汇点式各个I/O电路有一个公共点，共用一个电源。•分组式I/O分成若干组，每组I/O共用一个电源，各组电源可以不同。•分割式各个I/O点之间相互隔离，每个I/O可以使用独立电源。COMX0X1X2X3X4X5X6汇点式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分组式分隔式2.1.3输入/输出模块直流输入电路图内内内内COM内内1内内n输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。2.开关量输入模块交流输入电路图内内内内COM内内1输入n.3.开关量输出模块1)继电器输出：低速大功率直流、交流负载（隔离、功率放大）2)晶体管集电极输出：高速小功率直流负载3)双向可控硅输出：高速大功率交流负载输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。继电器输出输出接口电路以继电器形式为例PLC内部电路内部电路J+交流电源或直流电源YCOM-继电器输出电路晶体管输出电路4.模拟量输入模块（A/D、AI）A/D作用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0~10mA、4~20mA、1~5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号变送器：温度变送器压力变送器流量变送器液位变送器成分分析仪传感器：Pt100Cu50热电偶……现场仪表模拟信号4～20mA0～10mA1～5VDCmV、Ω……模数转换(A/D、AI)端口(地址)数字信号0～40950～1023……CPU数字信号0～40950～1023……工程化转换工程量0～100℃?～??kPa……软件实现检测仪表硬件滤波如：RC滤波软件滤波如：中值滤波软件RC滤波……A/D组成：一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持器、ADC（AnalogtoDigitalConverter）等组成前置放大采样保持内、外补偿多路转换ADC光电隔离数据驱动锁存数据总线控制单元控制总线输入信号1输入信号nA/D转换通常有二种方式：①逐次比较型②双积分型A/D转换的性能指标分辨力*――A/D接口变化一个LSB（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量例：12位A/D转换器，输入范围0～10VDC，分辨力＝10/212＝2.44mV（通常分辨率以输入二进制数的位数来表示：10位、12位分辨率）线性误差――实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差包括偏移误差（0输入非0输出）、非线性误差等。线性误差通常以LSB的分数表示：如1/2LSB、1LSB等转换时间*――从启动转换到转换结束完成一次A/D转换所需要的时间信号的隔离*模块包含的A/D通道数*输入信号类型――单极性、双极性、信号范围、信号制5.模拟量输出模块（D/A、AO）D/A作用：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4~20mA等如：12位数字量（0～4095）→4~20mA2047对应的转换结果：12mA调节阀变频器……执行器控制信号4～20mA0～10mA1～5VDC0～10VDC……数模转换(D/A、AO)端口(地址)数字信号0～40950～1023……CPU工程量0～100％……软件实现数字信号0～40950～1023……工程化反变换D/A转换的性能指标分辨力――二进制变化一个LSB（最低有效位）时D/A输出模拟量的最小变化量（通常分辨率以输入二进制数地位数来表示：10位、12位D/A转换器）线性误差――实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差包括偏移误差（0输入非0输出）、非线性误差等。线性误差通常以LSB的分数表示：如1/2LSB、1LSB等建立时间――当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内（0.5xLSB）所经历的时间模块包含的D/A通道数输出信号类型――电流、电压及输出范围2.2FX系列PLC性能简介2.2.1三菱电机公司小型PLC2.2.2FX系列PLC的特点2.2.3FX系列型号名称的含义2.2.4FX系列PLC的—般技术指标2.2.5FX1S系列PLC2.2.6FX1N系列PLC2.2.7FX2N系列PLC2.2.8FX2NC系列PLC●FX系列家族成员FX0FX2FX2CFX0SFX1SFX0NFX1NFX2NFX2NC叠装式结构2.2.1三菱电机公司小型PLCFX系列的适应面广，有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，FX系列是国内使用得最多的PLC系列产品之一。2.2.2FX系列PLC的特点1．体积极小的微型PLC90×75×60mm，很适合于在机电一体化产品中使用。2．美观的外部结构三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。3.提供多个子系列供用户选用FX1S，FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别。FX1S，FX1N，FX2N和FX2NC的性能比较型号I/O点数用户程序步数应用指令通信功能基本指令执行时间FX1S10～302K步EEPROM85条较强0.55～0.7μsFX1N14～1288K步EEPROM89条强0.55～0.7μsFX2N和FX2NC16～256内置8K步RAM，最大16K步128条最强0.08μsFX1S最多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型PLC不能应用的地方;FX1N最多可配置128个I/O点，可用于要求较高的中小型系统；FX2N的功能最强，可用于要求很高的系统；FX2NC的结构紧凑，基本单元有16点、32点、64点和96点4种，可扩展到256点，有很强的通信功能。4．灵活多变的系统配置用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。FX系列有许多特殊模块，如模拟量输入输出模块、热电阻/热电偶温度传感器用模拟量输入模块、温度调节模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位控制器、可编程凸轮开关、RS-232C通信接口模块、RS-232C适配器、RS-485通信板适配器、RS-232C/RS-485转换接口等。5．功能强，使用方便FX系列内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能。可直接控制步进电动机或伺服电动机。可设置8位数字密码，以防止别人对用户程序的误改写或盗用，保护设计者的知识产权。FX1S和FX1N系列PLC使用EEPROM，不需要定期更换锂电池，成为几乎不需要维护的电子控制装置；FX2N系列使用带后备电池的RAM。若采用可选的存储器扩充卡盒，FX2N的用户存储器容量可扩充到16K步，可选用RAM，EPROM和EEPROM储存器卡盒。2.2.3FX系列型号名称的含义①系列名称：如0、2、ON、OS、2C、2NC、1N、1S，即FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2C、FX2N、FX2NC、FX1N和FX1S。②输入输出的总点数：4～128点③单元类型：M－基本单元；E－输入输出混合扩展单元及扩展模块；EX－输入专用扩展模块；EY－输出专用扩展模块。④输出形式（其中输入专用无记号）：R－继电器输出；T－晶体管输出；S－晶闸管输出⑤特殊物品的区别D：DC电源，DC输入A1：AC电源,AC输入（AC100～120V）或AC输入模块H：大电流输出扩展模块V：立式端子排的扩展模式C：接插口输入输出方式F：输入滤波器1ms的扩展模块L：TTL输入型模块S：独立端子（无公共端）扩展模块FX0N-60MRFX0N-40ERFX0N-8EYR例如：基本单元扩展单元扩展模块2.2.4FX系列PLC的—般技术指标输入电压DC24V±10%元件号X0～X7其余输入点输入信号电压DC24V±10%输入信号电流DC24V，7mADC24V，5mA输入开关电流OFF→ON4.5mA3.5mA输入开关电流ON→OFF1.5mA输入响应时间10ms可调节输入响应时间X0～X17为0～60ms(FX2N)，其余系列0～15ms输入信号形式无电压触点，或NPN集电极开路输出晶体管输入状态显示输入ON时LED灯亮FX系列PLC输入技术指标FX系列PLC输出技术指标项目继电器输出晶闸管(仅FX2N)晶体管输出外部电源最大240VAC或30VDC85～242VAC5～30VDC最大负载电阻2A/1点,8A/COM0.3A/1点,0.8A/COM0.5A/I点,O.8A/COM感性90VA，120/240VAC36VA/AC240V12W/24VDC灯负载100W30WO.9W/DC24V(FX1S),其它系列1.5W/DC24V最小负载电压5VDC时2mA电压24VDC时5mA,(FX2N)2.3VA/240VAC—响应时间OFF→ON10ms1ms0.2ms;5μs(仅Y0，Y1)ON→OFF10ms10ms0.2ms;5μs(仅Y0，Y1)开路漏电流—2.4mA/240VAC0.1mA／30VDC电路隔离继电器隔离光电晶闸管隔离光耦合器隔离输出动作显示线圈通电时LED亮2.2.5FX1S系列PLCFX1S系列PLC是用于极小规模系统的超小型PLC，可降低成本。该系列有16种基本单元，10～30个I/O点，用户存储器(EEPROM)容量为2000步。FX1S可使用一块I/O点扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板，可同时安装显示模块和扩展板，有两个内置的设置参数用的小电位器。一个单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有7条特殊的定位指令。FX1S系列的基本单元AC电源，24V直流输入24VDC电源,24V直流输入输入点数(漏型)输出点数继电器输出晶体管输出继电器输出晶体管输出FX1S-10MR-001FX1S-10MTFX1S-10MR-DFX1S-10MT-D64FX1S-14MR-001FX1S-14MTFX1S-14MR-DFX1S-14MT-D86FX1S-20MR-001FX1S-20MTFX1S-20MR-DFX1S-20MT-D128FX1S-30MR-001FX1S-30MTFX1S-30MR-DFX1S-30MT-D16142.2.6FX1N系列PLCFX1N有13种基本单元，可组成14～128个I/O点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。用户存储器容量为8000步，有内置的实时钟。FX1N系列基本单元AC电源，24V直流输入DC电源，24V直流输入输入点数输出点数继电器输出晶