电气控制与PLC实训教程第八章

第8章特殊功能模块及其应用模拟量处理模块8.1通信扩展板8.2CC-Link现场总线模块8.3其他特殊功能模块8.48.1模拟量处理模块FX系列PLC常用的模拟量控制设备有模拟量扩展板（FX1N-2AD-BD、FX1N-1DA-BD）、普通模拟量输入模块（FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2NC-4AD、FX2N-8AD）、模拟量输出模块（FX2N-2DA、FX2N-4DA、FX2NC-4DA）、模拟量输入输出混合模块（FX0N-3A）、温度传感器用输入模块（FX2N-4AD-PT、FX2N-4AD-TC、FX2N-8AD）、温度调节模块（FX2N-2LC）等。8.1.1普通A/D输入模块1．FX2N-4AD概述FX2N-4AD模拟输入模块为4通道12位A/D转换模块。项目输入电压输入电流模拟量输入范围−10～+10V（输入电阻200W）−20～20mA（输入电阻250W）表8-1FX2N−4AD的技术指标项目输入电压输入电流数字输出12位，最大值+2047，最小值-2048分辨率5mV20μA总体精度±1%±1%转换速度15ms（6ms高速）隔离模数电路之间采用光电隔离电源规格主单元提供5V/30mA直流，外部提供24V/55mA直流占用I/O点数占用8个I/O点，可分配为输入或输出适用PLCFX1N，FX2N，FX2NC续表2．接线（1）接线图FX2N−4AD的接线如图8-1所示。图8-1FX2N-4AD接线图（2）注意事项①FX2N-4AD通过双绞屏蔽电缆来连接。电缆应远离电源线或其他可能产生电气干扰的电线。②如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器（0.1µF～0.47µF/25V）。③如果使用电流输入，则须连接V+和I+端子。④如果存在过多的电气干扰，需将电缆屏蔽层与FG端连接，并连接到FX2N−4AD的接地端。⑤连接FX2N-4AD的接地端与主单元的接地端。可行的话，在主单元使用3级接地。3．缓冲存储器（BFM）分配FX2N−4AD共有32个缓冲存储器（BFM），每个BFM均为16位，BFM的分配如表8-2所示。BFM内容说明*#0通道初始化，默认值=H0000①带*号的缓冲存储器（BFM）可以使用TO指令由PLC写入②不带*号的缓冲存储器的数据可以使用FROM指令读入PLC③在从模拟特殊功能模块读出数据之前，确保这些设置已经送入模拟特殊功能模块中，否则，将使用模块里面以前保存的数值④BFM提供了利用软件调整偏移和增益的手段⑤偏移（截距）：当数字输出为0时的模拟输入值⑥增益（斜率）：当数字输出为+1000时的模拟输入值*#1通道1平均值采样次数（1～4096），用于得到平均结果，默认值为8（正常速度，高速操作可选择1）*#2通道2*#3通道3*#4通道4#5通道1这些缓冲区为输入的平均值#6通道2#7通道3#8通道4#9通道1这些缓冲区为输入的当前值#10通道2#11通道3#12通道4#13～#14保留#15选择A/D转换速度，参见注2如设为0，则选择正常速度，15ms/通道（默认）如设为1，则选择高速，6ms/通道BFMb7b6b5b4b3b2b1b0#16～#19保留*#20复位到默认值和预设。默认值=0*#21调整增益、偏移选择。（b1，b0）为（0、1）允许，（1、0）禁止*#22增益、偏移调整G4O4G3O3G2O2G1O1*#23偏移值，默认值=0*#24增益值，默认值=5000（mV）#25～#19保留#29错误状态#30识别码K2010#31禁用表8-2BFM分配表图8-2增益示意图增益决定了校正线的角度或者斜率，由数字值1000标识。（a）小增益读取数字值间隔大；（b）零增益默认：5V或20mA；（c）大增益读取数字值间隔小。图8-3偏移示意图偏移是校正线的“位置”，由数字值0标识。（d）负偏移数字值为0时模拟值为负；（e）零偏移数字值等于0时模拟值等于0；（f）正偏移数字值为0时模拟值为正。偏移和增益可以独立或一起设置。合理的偏移范围是−5～+5V或−20～20mA。而合理的增益值是1～15V或4～32mA。增益和偏移都可以用PLC的程序调整。调整增益/偏移时，应该将增益/偏移BFM#21的位b1，b0设置为0、1，以允许调整。一旦调整完毕，这些位元件应该设为1，0，以防止进一步的变化。5．实例程序（1）基本程序FX2N-4AD模块连接在特殊功能模块的0号位置，通道CH1和CH2用作电压输入。平均采样次数设为4，并且用PLC的数据寄存器D0和D1接收输入的数字值。其基本程序如图8-4所示。图8-4FX2N−4AD基本程序（2）FX2N-4AD增益和偏移的调整程序通过软件设置调整偏移/增益量，其程序如图8-5所示。图8-5偏移量调整程序8.1.2温度A/D输入模块1．FX2N-4AD-PT概述项目摄氏度℃华氏度℉模拟量输入信号箔温度PT100传感器（100W），3线，4通道传感器电流PT100传感器100W时1mA补偿范围−100～+600℃−148～+1112℉数字输出−1000～+6000−1480～+1112012转换（11个数据位+1个符号位）最小分辨率0.2～0.3℃0.36～0.54℉整体精度满量程的±1%转换速度15ms电源主单元提供5V/30mA直流，外部提供24V/50mA直流占用I/O点数占用8个点，可分配为输入或输出适用PLCFX1N，FX2N，FX2NC表8-4FX2N-4AD-PT的技术指标2．接线（1）接线图FX2N-4AD-PT的接线如图8-6所示。（2）注意事项①FX2N-4AD-PT应使用PT100传感器的电缆或双绞屏蔽电缆作为模拟输入电缆，并且和电源线或其他可能产生电气干扰的电线隔开。②可以采用压降补偿的方式来提高传感器的精度。如果存在电气干扰，将电缆屏蔽层与外壳地线端子（FG）连接到FX2N-4AD-PT的接地端和主单元的接地端。如可行的话，可在主单元使用3级接地。③FX2N-4AD-PT可以使用可编程控制器的外部或内部的24V电源。3．缓冲存储器（BFM）的分配FX2N-4AD-PT的BFM分配如表8-5所示。图8-6FX2N-4AD-PT接线图BFM内容说明*#1～#4CH1～CH4的平均温度值的采样次数（1～4096），默认值=8①平均温度的采样次数被分配给BFM#1～#4。只有1～4096的范围是有效的，溢出的值将被忽略，默认值为8②最近转换的一些可读值被平均后，给出一个平均后的可读值。平均数据保存在BFM的#5～#8和#13～#16中③BFM#9～#12和#17～#20保存输入数据的当前值。这个数值以0.1℃或0.1℉为单位，不过可用的分辨率为0.2℃～0.3℃或者0.36℉～0.54℉*#5～#8CH1～CH4在0.1℃单位下的平均温度*#9～#12CH1～CH4在0.1℃单位下的当前温度*#13～#16CH1～CH4在0.1℉单位下的平均温度*#17～#20CH1～CH4在0.1℉单位下的当前温度*#21～#27保留*#28数字范围错误锁存#29错误状态#30识别号K2040#31保留表8-5BFM分配表（1）缓冲存储器BFM#28BFM#28是数字范围错误锁存，它锁存每个通道的错误状态如表8-6所示，据此可用于检查热电偶是否断开。b15到b8b7b6b5b4b3b2b1b0未用高低高低高低高低CH4CH3CH2CH1表8-6FX2N−4AD-PTBFM#28位信息注：“低”表示当测量温度下降，并低于最低可测量温度极限时，对应位为ON；“高”表示当测量温度升高，并高于最高可测量温度极限或者热电偶断开时，对应位为ON。如果出现错误，则在错误出现之前的温度数据被锁存。如果测量值返回到有效范围内，则温度数据返回正常运行，但错误状态仍然被锁存在BFM#28中。当错误消除后，可用TO指令向BFM#28写入K0或者关闭电源，以清除错误锁存。（2）缓冲存储器BFM#29BFM#29中各位的状态是FX2N-4AD-PT运行正常与否的信息，具体规定如表8-7所示。BFM#29各位的功能ON（1）OFF（0）b0：错误如果b1～b3中任何一个为ON，出错通道的A/D转换停止无错误b1：保留保留保留b2：电源故障DC24V电源故障电源正常b3：硬件错误A/D转换器或其他硬件故障硬件正常b4～b9：保留保留保留b10：数字范围错误数字输出/模拟输入值超出指定范围数字输出值正常b11：平均值的采样次数错误采样次数超出范围，参考BFM#1～#4正常（1～4096）b12～b15：保留保留保留表8-7FX2N-4AD-PTBFM#29位信息（3）缓冲存储器BFM#30FX2N-4AD-PT的识别码为K2040，它就存放在缓冲存储器BFM#30中。在传输/接收数据之前，可以使用FROM指令读出特殊功能模块的识别码（或ID），以确认正在对此特殊功能模块进行操作。4．实例程序图8-7所示的程序中，FX2N-4AD-PT模块占用特殊模块0的位置（即紧靠可编程控制器），平均采样次数是4，输入通道CH1～CH4以℃表示的平均温度值分别保存在数据寄存器D0～D3中。图8-7FX2N−4AD-PT基本程序8.1.3D/A输出模块1．FX2N-2DA概述2．接线图FX2N-2DA的接线如图8-8所示。3．缓冲存储器（BFM）分配FX2N-2DA的缓冲存储器分配如表8-9所示。项目输出电压输出电流模拟量输出范围0～10V直流，0～5V直流4～20mA数字输出12位分辨率2.5mV（10V/4000）1.25mV（5V/4000）4mA（20mA/4000）总体精度满量程1%转换速度4ms/通道电源规格主单元提供5V/30mA和24V/85mA占用I/O点数占用8个I/O点，可分配为输入或输出适用的PLCFX1N，FX2N，FX2NC表8-8FX2N-2DA的技术指标图8-8FX2N−2DA接线图※1当电压输出存在波动或有大量噪声时，在图中位置处连接0.1～0.47mF25VDC的电容。※2对于电压输出，须将IOUT和COM进行短路。BFM编号b15到b8b7到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1的D/A转换开始通道2的D/A转换开始#18或更大保留表8-9FX2N-2DA的BFM分配BFM#16：存放由BFM#17（数字值）指定通道的D/A转换数据。D/A数据以二进制形式出现，并以低8位和高4位两部分顺序进行存放和转换。BFM#17：b0：通过将1变成0，通道2的D/A转换开始。b1：通过将1变成0，通道1的D/A转换开始。b2：通过将1变成0，D/A转换的低8位数据保持。4．偏移和增益的调整FX2N-2DA的偏移和增益的调整程序如图8-9所示。图8-9偏移和增益调整程序D/A输出为CH1通道，在调整偏移时将X0置ON，在调整增益时将X1置ON，偏移和增益的调整方法如下：①当调整偏移/增益时，应按照偏移调整和增益调整的顺序进行；②通过GAIN和OFFSET旋钮对通道1进行增益调整和偏移调整；③反复交替调整偏移值和增益值，直到获得稳定的数值。8.1.4模拟输入/输出模块FX0N-3AFX0N-3A有2个模拟输入通道和1个模拟输出通道，输入通道将现场的模拟信号转化为数字量送给PLC处理，输出通道将PLC中的数字量转化为模拟信号输出给现场设备。1．FX0N-3A的BFM分配FX0N-3A的BFM分配如表8-10所示。BFMb15～b8b7b6b5b4b3b2b1b0#0保留存放A/D通道的当前值输入数据（8位）#16存放D/A通道的当前值输出数据（8位）#17保留D/A起动A/D起动A/D通道#1～5，#18～31保留表8-10FX0N-3ABFM分配BFM#17：b0=0选择通道1，b0=1选择通道2；b1由0变为1起动A/D转换，b2由1变为0起动D/A转换。2．A/D通道的校准3．D/A通道的校准8.2通信扩展板由PLC、变频器及触摸屏等设备组合的控制系统，它们之间通过通信方式