6-1PLC外部设备指令、模拟量模块应用与编程

案例六：PLC与恒压供水系统设计知识点1PLC外部设备指令（2课时）知识点2PLC模拟量模块应用及编程（2课时）1、知识目标（1）熟悉PLC在模拟量调节中的应用及相关应用指令（读写指令）（2）了解恒压供水控制系统的工作原理与组成，了解系统中模拟量模块的功能。（3）熟悉几种特殊模块的功能及使用（4）掌握特殊模块指令的使用方法2、能力目标（1）能够正确使用FX-2AD功能模块（2）能根据控制要求编写特殊功能模块控制程序重点：PLC读、写特殊功能模块指令、FX2N-2AD的使用难点：FX2N-2AD的使用与编程主要教学方法：案例教学法、任务教学法。PLC模拟量调节模块的应用与编程方法（4课时）教学组织：案例应用背景与教学目标（10分钟）恒压供水系统组成与工作原理（15分钟）FX2N系列特殊功能模块介绍（10分钟）PLC特殊功能模块指令功能与应用（10分钟）FX2N-2AD的使用（45分钟）FX2N-2AD的应用实例（35分钟）FX2N-2AD编程练习任务布置（10分钟）学生动手练习FX2N-2AD编程与老师巡回指导（20分钟）考核评价与任务总结（10分钟）知识扩展—模拟量输入模块FX2N-4AD简介与应用（15分钟）应用背景本案例以PLC+变频器为控制系统的核心，讨论大型建筑群供水系统压力的设计。本例以变频器PID控制一台泵进行变频调速，实现压力调节，根据用户需水情况，由PLC自动控制其余的泵投入工频运行，确保系统的供水压力恒定。系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理①系统组成：PLC、变频器、四台水泵、传感器、A/D转换器、供水箱、交流接触器组及电磁阀组等。②系统的压力控制用一台泵变频调速，其余泵工频运行来实现。③当系统用水量少时，用一台泵变频调速可实现设定压力（0.1Mpa）；④当用水量增加时，需要启动2台泵运行（一台变频调速，另一台工频运行）；⑤当用水量达到高峰时，需要启动三台泵共同运行（一台变频调速，两台工频运行）。变频器的变频控制来自于变频器的PID控制。系统的组成及工作原理⑥系统的备用泵是当运行泵出现过热不能继续运行时调换用的，它既可变频运行，也可工频运行。⑦当系统只有一台或两台泵运行时，泵运行一定时间后需要轮换操作；⑧当系统用水量大幅波动时，变频器的频率也大幅变化，当超过上下限时也需要进行泵的增减操作，这些操作都需要用PLC控制交流接触器组来实现。⑨当系统启动时，供水箱需要有一定的水位，PLC通过A/D转换模块时刻监视供水箱的水位，当水位不足时，PLC打开供水电磁阀，使水箱水位提高；当水位较高时，PLC关闭供水电磁阀。FX2N系列特殊功能模块—FX2N-2AD⑩PLC要能够接受设备状态的参数如：速度、加速度、位移、压力、流量、温度等模拟量，必须通过A/D转换模块将这些量转化为数字量，因此，FX2N-2AD是PLC了解现场状态的重要模块之一。FX2N-2AD模数转换模块概述1.FX2N-2AD模数转换模块受PLC控制并将2点模拟量转换成12位的数字量，存到指定的缓冲区中，等待PLC取走。2.FX2N-2AD既可以作为FX2N的模数转换模块，也可以作为FX0N和FX2NC的模数转换模块。它的两个通道既可以选择电压模拟量，也可以选择电流模拟量，但两个通道必须选择相同的模拟量。FX2N-2AD技术指标FREOM与TO指令1.PLC对FX2N-2AD的操作是通过FROM/TO两个功能指令进行；2.FROM是读指令，用于将模块FX2N-2AD转换好的数据传送到PLC；3.TO指令用于将PLC的指令如转换通道、转换时间及转换速度等控制信号写到FX2N-2AD的数据缓冲区中，实现PLC与FX2N-2AD模块之间的自由通讯。FREOM与TO指令4.FROM:将编号为m1（0~7）的特殊功能模块内编号为m2（0~32767）开始的n个缓冲寄存器（BFM）的数据读入PLC，并存入D开始的n个数据寄存器中。FROMm1m2DnFROMk1k29k4m0k1X1FREOM与TO指令5.接在PLC基本单元右边扩展总线上的的功能模块从紧靠基本单元的那个开始，其编号依次为0~7,n是传送数据的字数，n＝1~32(16位操作）或n=1~16(32位操作）FREOM与TO指令6.T0:将PLC基本单元从S指定的元件开始的n个字的数据写到编号为m1的特殊功能模块中编号为m2开始的n个缓冲寄存器中。TOm1m2SnTOk1k12D0k1X2FX2N-2AD的使用—接线1.FX2N-2AD有两个模拟量通道，必须同时接电压输入或电流输入，如果用电流输入，则VIN和IIN必须短接，如图中的第二通道。2.如果输入接电压，且电压有波动或外部接线中有干扰，可在VIN和COM之间接一0.1～0.47μF，DC25V的滤波电容，如图中的第一通道。FX2N-2AD的使用—增益与偏置一、出厂时的增益与偏置①图19-3为FX2N-2AD出厂已经调好了增益和偏置；②图a)为电压输入，输入的模拟量是0～10V，对应的数字量是0～4000，由于FX2N-2AD的数字量是12位，最大的12位数字量是4095，与其对应的模拟量是10.238V；③电流输入时图b),输入的模拟量是4～20mA，而对应的数字量是0～4000，最大的12位数字量对应的模拟量是20.38mA。④电压在10～10.238V，电流在20～20.380mA，数字量大于4000～4095部分可以通过软件设置不用而被忽略；⑤应注意当V-0.5V，V+15V时此单元有可能损坏；当I-2mA，I+60mA时此单元有可能损坏。FX2N-2AD出厂时的增益和偏置FX2N-2AD的使用—增益与偏置的调整二、当现场输入的模拟电压不是0～10V，电流不是4-20mA，需要进行增益与偏置的调整。①偏置值和增益值的调整是根据实际的模拟输入值设定一个数字值，设定时需要用到电压发生器或电流发生器发出电压值或电流值，用FX2N-2AD的容量调节器调节数字量的大小，使之符合增益值和偏置值的要求如图19-4。FX2N-2AD的使用—增益与偏置的调整FX2N-2AD的使用—增益与偏置的调整(一)增益调整①电压增益调整：将电压发生器接至FX2N-2AD的电压输入端如图19-4a)，增益值的调整图19-5b)，电压发生器确定0V或5V，通过旋转A/D增益容量调节器，数字量分别调到0或4000，即改变了电压增益的大小。②电流增益调整：将电流发生器接至FX2N-2AD的电流输入端如图19-4b)，增益值的调整图19-5d)，电流发生器确定0mA或10mA，调整A/D增益容量调节器，数字量分别调到0或4000，也就改变了电流增益。③输出的数字量为0～4000。这些设置都是从获得最大分辨率的角度来考虑的。对于同样的输入量，如果输出值设置的小于4000，将使分辨率降低。FX2N-2AD的使用—增益与偏置的调整FX2N-2AD的使用—增益与偏置的调整(二)偏置调整1.当现场输入的模拟量电压不是0～10V，而是1.0～10V；电流不是4～20mA，而是5～20mA或其他什么值时，为了得到最大分辨率，可进行偏置调整。2.偏置调整就是将输入的电压模拟量为1.0V时输出的数字量调整为0，将输入的电流模拟量为5mA时输出的数字量调整为0。偏置调整也要用到图19-4的电压发生器或电流发生器，调整方法同上。3.调整时要注意以下几点：1)两个通道CH1和CH2的增益调整和偏置调整是同时完成的（两个通道互相影响）；2)数字值不稳定时，用几次数值平均法设置增益或偏置值；3)当增益和偏置调整时，按增益—偏置顺序反复调节。FX2N-2AD的使用—缓冲区分配①FX2N-2ADBFM分配表(表19-2)是在FX2N-2AD内部专门留出的与PLC进行通讯的存储区域，在这个区域内，存放转换好的12位数字量，存放来自PLC对该模块转换开始的命令和转换通道的命令。②BFM#0的b7～b0位存放转换好的数字量的低8位,其b15～b8位未使用；③BFM#1的b3～b0位存放转换好的数字量的高4位,其b15～b4位未使用；④BFM#2～#16未使用；⑤BFM#17的b1位：确定模拟量转换开始位（上升沿），b1=0↗1模拟量转换开始；⑥BFM#17的b0位：通道选择，b0=0通道1即CH1模拟量转换，b0=1通道2即CH2模拟量转换。FX2N-2AD的应用实例①FX2N-2AD模块的两个通道均要接转换的模拟量：②通道1—X10，通道2—X11。③通道1转换的数据存到D26中，通道2转换的数据存到D46中。④当采样值不稳定时，采用数值平均法以滤去高频干扰，平均次数为10，通道1的平均值放在D26中，通道2的平均值放在D46中，计算平均程序梯形图如图19-7所示。⑤为了计算10次采样平均值，开辟了两个数据栈区：⑥第一个栈区D20～D11，存放第一通道的10次采样值；⑦第二个栈区D40～D31,存放第二通道的10次采样值。⑧每次采样数据的存放采用字左移指令，将最新采样的值放入栈顶，栈底的数据自然丢失。10次采样平均值的计算使用循环指令，循环10次，将栈区的10个数据依次相加后平均。⑨图中第一个梯阶完成PLC向FX2N-2AD发布通道转换命令：⑩b0=0，b1=0（第一通道），b1=0↗1转换开始命令；11接着PLC向FX2N-2ADBFM#0、#1缓冲区取出转换好的数据放进D10中，接下来将D10压入第一栈区的栈顶（执行字左移指令），调用平均计算子程序P1，最后将计算好的平均值放在D26中。图中第二个梯阶完成PLC向FX2N-2AD发布通道转换命令：b0=1，b1=0（第二通道），b1=0↗1转换开始命令；接着PLC向FX2N-2ADBFM#0、#1缓冲区取出转换好的数据放进D30中，接下来将D30压入第二栈区的栈顶（执行字左移指令），调用平均计算子程序P2，最后将计算好的平均值放在D46中。子程序P1是完成通道1前10个采样数据平均值计算的程序；子程序P2是完成通道2前10个采样数据平均值计算的程序。FX2N-2AD的应用实例整体程序练一练、：FX2N-2AD的应用假设某系统控制要求如下：1）当输入X0为1时，需要将模拟量输入1进行A/D转换，并将转换结果读入到PLC的数据寄存器D100中；2）当输入X1为1时，需要将模拟量输入2进行A/D转换，并将转换结果读入到PLC的数据寄存器D101中。编写PLC控制程序。练一练、：FX2N-2AD的应用LDX0TOK0K17H0000K1;BFM17bit0写入0选择通道1TOK0K17H0002K1;BFM17bit1写入1启动A/D转换FROMK0K0K2M100K2;BFM0/1数据读入M100~M131MOVK4M100D100;数据传送到D100LDX1T0K0K17H0001K1；BFM17bit0写入1选择通道2TOK0K17H0003K1；BFM17bit1写入1启动A/D转换FROMK0K0K2M100K2;BFM0/1数据读入M100~M131MOVK4M100D101;数据传送到D101模拟量输入模块FX2N-4AD简介FX2N-4AD：模数转换模块四个输入通道12位数字量14.2.2FX2N-4AD与外部的连接FX2N-4AD与电压信号的连接采用电缆使用双绞屏蔽电缆，若存在干扰和波动，可在电压输入端接一个0.1~0.47μF的滤波电容；FX2N-4AD与电流信号的连接，将V+和I+连在一起。如果电缆存在很大的电气干扰可将模块的外壳接地端与FX2N-4AD的接地端相连。PLC的连接：采用专用连接电缆现场输入信号FX2N-4AD与电压信号的连接电流信号的连接缓冲存储器（BFM）的分配BFM内容说明·#0通道初始化，默认值=H0000①带·的缓冲区（BFM)可以用PLC的TO指令写入；不带·的缓冲区（BFM)可以用FROM指令将数据读入PLC的内存②在从模拟特殊功能模块读出数据之前，确保这些数据已经送入这些缓冲区中，否则，读出的数据是以前保存的·#1通道1计算平均值的采样数（1～4096），用于