PLC特殊功能模块的编程及应用

特殊功能模块•现代工业控制许多新课题，仅仅靠通用I/O模块来解决，一方面在硬件方面的费用高，软件编程方面麻烦，另一方面有些控制任务甚到无法用通用I/O来完成。•各厂家开发出来的品种繁多的特殊I/O，增强了PLC的功能，扩大了应用范围，也为PLC的智能化，网络化，专业化提供了基础。模拟量输入输出模块PID过程控制模块中断输入模块与快速响应模块高速计数模块运动控制模块通信模块模拟量设定功能扩展板数据处理与控制模块分类：第一节模拟量输入输出模块工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）是模拟量，某些执行机构（如伺服电动机、调节阀、记录仪等）要求PLC输出模拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量；传感器和变送器的模拟量为标准的电流或电压，如4~20mA,1~5V,0~10V，PLC通过A/D转换器将模拟量转换为数字量；带正负号的电流或电压信号在A/D转换后用二进制的原码或补码表示。D/A转换器可将PLC的数字输出量转换为模拟量电压或电流信号，去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务是完成A/D转换和D/A转换的.•可以是单独的A/D转换或D/A转换（只有输入通道或输出通道），如模拟量输入模块FX2N－4AD，模拟量输出模块FX2N－4DA；•也可以是模拟量输入输出模块（每块模块有输入通道和输出通道），如FX2N－3A；例如：加热炉的温度用热电偶或热电阻检测，温度变送器将温度信号转换为标准电流（如4~20mA)或标准电压（如1~5V）后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到与温度成比例的数字量，CPU将它与温度设定值比较,并按某种控制规律对差值进行运算，将结果（数字量）送给输出模块，经D/A转换后变为电流或电压信号，用来控制电动调节阀的开度，通过控制天然气的流量实现对温度的闭环控制。如果，用PLC的温度检测模块（如FX2N－4AD－TC，FX2N－4AD－PT），温度传感器（热电偶或热电阻）与它们直接相连，可省去温度变送器。FX系列PLC的一般性能指标：•小型PLC一般没有模拟量I/O模块或只有通道数有限的8位A/D或D/A模块；•大中型PLC可配置成百上千个模拟量通道，且一般是12位的；•模拟量输入、输出信号可以是电压或电流信号；可以是单极性信号，如0~5V,0~10V,1~5V,4~20mA；也可以是双极性信号，如±50mV,±5V,±10V,±20mA,可以输入多种量程的电压或电流。•模拟量I/O，每块可能有2,4,8,16个通道，有的模块有输入通道和输出通道。•A/D,D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高，如8位A/D转换器分辨率为1/28＝0.38%；•另一个重要指标是转换时间；•各模块都是用光电耦合器和DC/DC转换器来隔离输入/输出信号和PLC的电源。几种模拟量输入输出模块：•模拟量输入输出模块FX-3A•模拟量输入模块FX-4AD•模拟量输出模块FX-2DA•温度传感器模拟量输入模块FX-2AD-PT•(内附温度传感器前置放大器的模拟电压输入模块,可以与三线的铂电阻PT-100直接连接)•热电偶温度传感器模拟量输入模块FX-4AD-TC一、模拟量输入输出模块FX-3AFX-3A有2个输入通道和1个输出通道，最大分辨率为8位。输入输出模拟量可选择：0~10VDC、0~5VDC、4~20mA。用TO/FORM指令进行数据传送和参数设置。占用8个I/O点。FX-3A内部数据缓冲寄存器（BFM）分配FX-3A使用说明FX0N-3A系列PLC可写入（TO指令）或读取（FROM指令）FX0N-3A的缓冲寄存器；M0为ON时，•第一条TO指令将H00写入BFM＃17，b0=0,选择通道1，第二条TO指令将H02写入BFM＃17，b1b0=10启动通道1开始A/D转换，•FROM指令读取FX0N－3A通道1的模拟量并存入D0中，M0为OFF时，读取通道2的模拟量并存入D1。当M0为ON时，•第一条TO指令将D2中的数字量写入BFM#16，该数字量被FX0N-3A转换为模拟量，•后两条TO指令分别将H04和H00写入BFM#17，使b2=1→0启动D/A转换。二、模拟量输入模块FX-4AD1、基本技术指标•4通道12位模拟量输入模块•各通道可指定为电流输入（-20mA~+20mA）或电压输入（-10V~+10V），•分辨率为20μA，5mV•在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX0N-4AD模块。2、模块编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号0~7。3、缓冲寄存器（BFM）的分配BFM区由32个16位的寄存器组成，编号为#0~#31。4、瞬时值和设定值的读出和写入用TO/FROM指令。三、模拟量输出模块FX-2DA1、基本技术指标•2通道12位模拟量输出模块•各通道可指定为电流输入（4mA~+20mA）或电压输入（-10V~+10V），•分辨率为20μA，5mV，综合精度为1%，•转换速度最高为9ms/通道，•在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX0N-2DA模块。2、模块编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号0~7。3、缓冲寄存器（BFM）的分配BFM区由32个16位的寄存器组成，编号为#0~#31。4、瞬时值和设定值的读出和写入用TO/FROM指令。四、温度传感器模拟量输入模块FX-2AD-PT1、基本技术指标•2通道温度输入12位A/D转换模块，•内附温度传感器前置放大器的模拟电压量输入模块，可直接与三线的铂电阻PT-100直接连接，带补偿的两路输入，可校正传感器的非线性。•分辨率为0.2~0.3℃，综合精度为1%，•额定温度范围-100~+600℃•转换速度最高为15ms/通道，•在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX-2AD-PT模块。2、模块编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号0~7。3、瞬时值和设定值的读出和写入用TO/FROM指令。五、热电偶温度传感器模拟量输入模块FX-4AD-TC1、基本技术指标•4通道12位热电偶温度传感器模拟量输入模块，•可与K型（-100~1200℃）和J型（-100~600℃）热电偶配套使用，K型和J型热电偶的数字输出量分别为-1000~+12000，-1000~6000•K型分辨率为0.4℃，J型分辨率为0.3℃，综合精度为0.5%,各通道可分别使用K型或J型，•转换速度最高为240ms/通道，•在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX-4AD-TC模块。2、模块编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号0~7。3、瞬时值和设定值的读出和写入用TO/FROM指令。六、FX-4AD和FX-2DA的使用•每一个I/O模块，都要掌握其BFM的分配•再用TO/FROM对各BFM寄存器进行读写•带*号的BFM中的数据可通过TO指令改写，改变模块的运行参数；•从指定的模拟量输入模块读入数据前应先写入设定值，否则按缺省设定值执行。•用FROM指令将不带*号的BFM内数据读入。FX-4AD的BFM：（1）BFM#0，写入十六进制4位数字H0000，使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4；各位数字意义：0：设定输入范围-10~+10V；1：设定输入范围4~20mA;2：设定输入范围-20~+20mA;3：关闭该通道。如：BFM#0=H3310，则4个输入通道，CH1：设定输入范围-10~+10V；CH2：设定输入范围4~20mA；CH3，CH4：关闭。（2）输入的当前值送到BFM#9~12，输入的平均值送到BFM#5~8。（3）各通道平均值取样次数分别由BFM#1~4指定，取样次数范围1~4096，若设定值超范围，按缺省值8次处理。（5）若BFM#21的b1b0=10,则增益和零点的设定值禁止改动。若b1b0=01，允许改动零点和增益的设定值，零点：数字量输出为0时的输入值；增益：数字量输出为+1000时的输入值。（6）BFM#23，24内的增益和零点设定值会被送到指定输入通道的增益和零点寄存器中，而需要调整的输入通道由BFM#22的G，O（增益-零点）位的状态来指定。如：BFM#22内G1O1（b1b0）=11,则BFM#23，24的设定值送入通道1的增益和零点寄存器。各通道的增益和零点可统一调整，也可单独调整。（7）BFM#23，24的设定值单位为mV,μA，但受分辨率影响，实际响应步距为5mV/20μA。（8）BFM#30中存放特殊功能模块的识别码，PLC用FROM指令读入，FX-4AD识别码为K2010，用户可在程序中利用识别码，在传送数据前先确认模块。（9）BFM#29中各位的状态是FX-4AD运行正常否的信息，如：b2=0,表示DC24V电源正常，b2=1则电源有故障。用FROM指令读取BFM#29中，可作响应处理。FX-2DA的BFM：•表中带*号的BFM可用TO指令写入数据，•PLC由STOP→RUN时将数据写入BFM中，当FX-2DA通电时，BFM值复位，恢复为缺省设定值。（1）BFM#0中的两位十六进制分别用于控制两通道的输出模式，最低位控制CH1，最高位控制CH2，0：电压输出（-10~+10V）1：电流输出（+4~+20mA）如：H10：表示CH1为电压输出，CH2为电流输出；（2）输出数据写入BFM#1，2；BFM#1为CH1数据，BFM#为CH2数据，缺省值为0；（3）PLC由RUN→STOP后，FX-2DA输出是保持最后的输出值还是回零点，取决于BFM#5中的十六进制数值。BFM#5中：H00：CH2保持，CH1保持；H01：CH2保持，CH1回零；H10：CH2回零，CH1保持；H11：CH2回零，CH1回零；（4）FX-2DA的识别码为K3010，存于BFM#30中；（5）BFM#29中，各位的状态是FX-2DA运行正常否的信息。四、程序举例第二节其它特殊I/O模块一、中断输入模块与快速响应模块•适合于要求快速响应的控制系统，接收到中断输入信号后，暂停正在进行的主程序，转去执行中断程序，执行完后返回来继续执行主程序；•A系列中断输入模块有16个中断输入点，响应时间小于0.2ms,可在输入脉冲前沿或后沿起动；•有的整体式PLC集成了中断输入模块的功能，如FX有6点中断输入X0~5；•PLC输入/输出间存在着因扫描工作方式引起的延迟，可达到两个扫描周期的延迟。但快速模块可快速地响应输入脉冲，或监控很窄的输入脉冲。•模块的输出与PLC扫描过程无关，由输入量直接控制，输出量同时还受到用户程序的控制。二、高速计数模块PLC梯形图程序中计数器的最高工作频率受扫描周期的限制，只有几十Hz；工业控制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自旋转编码器，机械开关或电子开关。高速计数模块：•可对几十KHz，甚至上MHz的脉冲计数，•有一个或几个开关量输出点，•当计数器当前值≥预置值时，输出被驱动，•与扫描周期无关，可保证负载被及时驱动；如：生产线上，传送带用伺服电动机驱动，旋转编码器发出能反映传送带位移量的计数脉冲，送给高速计数模块计数，CPU根据计数值与位置设定值的差值，从模拟量输出模块送出模拟量控制信号，经伺服控制器功率放大后控制伺服电动机的转动和停车过程，实行运动速度和位置的闭环控制。FX系列内置的高速计数器可用于简易的定位,如果要进行更高精度的定位时则要采用FX的高速计数模块FX-1HC。•FX的高速计数模块FX-1HC可作2相50KHZ，1通道的高速计数器。•可与编码器相连。•一台FX可接8块FX-1HC。•占用8个输入输出点。三、运动控制模块•模块带有微处理器，控制运动物体的位置、速度和加速度，可控制直线运动或旋转运动，单轴或多轴运动。•使运动控制与PLC顺序控制功能有机结合，用于机床，装配机械等场合。•位置控制一般采用闭环控制，用伺服电动机作驱动装置。如：用步进电动机作驱动装置，可采用开环控制，也可采用闭环控制。属于运动控制模块的有：1.FX-1PG脉冲输