LC电气控制与组态设计XXXX最新版第五章

2022/12/81哈尔滨理工大学周美兰周封王岳宇PLC电气控制与组态设计第二版第五章FP1的特殊功能和高级模块

第一节FP1的特殊功能

一、脉冲输出脉冲输出进行位置控制示意图FP1的输出端Y7可输出一路脉冲信号，最大频率范围为45Hz~5kHz。这一功能只有晶体管输出方式的PLC才具有，且需配合脉冲输出控制指令F164(SPD0)使用。二、高速计数功能（HSC）

在FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲。最高计数频率：10kHz；计数范围：K-8388608~K8388607；输入模式：加计数、减计数、可逆计数、两相输入；此外，每种模式又分为有复位输入和无复位输入两种情况，输入计数不受扫描周期影响，处理过程中响应时间不延时。1.占用的输入端子

HSC需占用FP1输入端子X0、X1和X2。其中X0和X1作为脉冲输入端，X2作为复位端，可由外部复位开关通过X2使HSC复位。2.输入模式及设置

HSC的四种输入模式中，前三种为单相输入，最后一种为两相输入。如图5-2所示。

1)加计数模式

2)减计数模式

3)加/减计数模式

4)两相输入方式四种计数模式的脉冲波形示意图表5-1系统寄存器No.400控制字说明设定值功能输入模式X0X1X2H1双相输入－双相输入方式H2双相输入复位H3加计数－－加计数方式H4加计数－复位H5－减计数－减计数方式H6－减计数复位H7加计数减计数－加/减计数方式H8加计数减计数复位H0HSC功能未用不工作(默认模式)HSC的经过值存放于特殊数据寄存器DT9044和DT9045中，目标值存放于特殊数据寄存器DT9046和DT9047中。其中DT9044和DT9046分别存放低16位，DT9045和DT9047分别存放高16位。当高速计数器的经过值和目标值一致时，DT9046和DT9047中的数据就被清除。特殊功能继电器R903A规定为HSC的标志寄存器。当HSC计数时该继电器为ON，停止计数时为OFF。当HSC计数时，Y7可以输出脉冲，而停止计数时Y7停止发脉冲。3．与HSC相关的寄存器4．高速计数功能指令

1)高速计数器的控制指令

[F0MV,S,DT9052]：高速计数器控制指令。该指令功能是将S中的控制字数据写入DT9052中，DT9052的低四位作为高速计数器控制用。HSC不但可以通过X2硬复位，还可进行软复位，即将控制字H1送入DT9052，使bit0为1，从而可以实现软件复位功能。这里需要注意的是高速计数器运行方式的改变只能使用该指令。

软件复位控制计数输入控制“复位位输输入入端端””X2的可可用用性性控控制制例：：当当触触发发信信号号X3为ON时，，把把高高速速计计数数器器的的经经过过值值清清0并开开始始计计数数。。设设计计的的梯梯形形图图如如下下图图所所示示。。2)高速速计计数数器器经经过过值值的的读读写写指指令令[F1DMV,S,DT9044]：存存储储高高速速计计数数器器经经过过值值。。将将(S+1,S)中高高速速计计数数器器的的经经过过值值写写入入DT9045、DT9044中。。[F1DMV,DT9044,D]：调调出出高高速速计计数数器器经经过过值值。。是是将将DT9045、DT9044中的的经经过过值值读读出出拷拷贝贝到到(D+1,D)中。。3)高速速计计数数器器输输出出置置位位复复位位指指令令[F162HC0S,S,Yn]：高高速速计计数数器器的的输输出出置置位位指指令令。。当高高速速计计数数器器的的经经过过值值和和目目标标值值相相等等时时，，将将指指定定的的输输出出继继电电器器接接通通。。[F163HC0R,S,Yn]：高高速速计计数数器器的的输输出出复复位位指指令令。。当当高高速速计计数数器器的的经经过过值值和和目目标标值值相相等等时时，，将将指指定定的的输输出出继继电电器器断断开开。。其中中，，S为高高速速计计数数器器的的目目标标值值，，可可以以用用常常数数设设置置，，也也可可以以用用寄寄存存器器中中的的数数据据设设置置，，数数值值的的取取值值范范围围为为是是K-8388608~K8388607（HFF800000~H007FFFFF）；Yn为输出继继电器，，Yn＝Y0~Y7。例：梯形图中中，当触触发信号号X3接通时，，将高速速计数器器HSC目标值设设置为K1500。当高速速计数器器的经过过值等于于K1500时，将输输出继电电器Y1接通并保保持。梯形图中中，当触触发信号号X4接通时，，将高速速计数器器HSC目标值设设置为K800。当高速速计数器器的经过过值等于于K800时，将输输出继电电器Y2断开，即即Y2=0。例：4)速度和位位置控制制指令[F164SPD0,S]：速度及及位置控控制。该该指令配配合高速速计数器器和Y7的脉冲输输出可以以实现速速度和位位置控制制。a)脉冲工作作方式b)波形工作作方式5)凸轮控制制指令[F165CAM0,S]：凸轮控控制。当当高速计计数器的的经过值值和参数数表中设设定的目目标值相相一致时时，接通通或断开开参数表表中指定定的输出出继电器器。在顺序控控制系统统中，许许多场合合是按工工序进行行操作的的：第一一步作某某些机械械动作，，第二步步作另一一些机械械动作，，如此顺顺序进行行直至整整个工序序结束。。凸轮控控制器就就是专为为这种顺顺序控制制设计的的机电式式设备，，它是一一个由多多层可编编程圆盘盘组成的的机电式式圆鼓，，每转动动一步可可接通某某些接点点，从而而作出规规定的机机械动作作。由于于采用机机械方式式实现，，其转动动的步数数和接点点数都受受到很大大限制，，体积大大且可靠靠性差。。而利用用可编程程控制器器可以模模拟凸轮轮控制器器的功能能，控制制的步数数和点数数多，并并且节省省了硬件件设备投投资。FP1的凸轮控控制指令令F165和高速计计数器配配合使用用，既方方便又准准确，几几乎可以以满足所所有需要要凸轮控控制的场场合。在开关按按下的瞬瞬间，接接触很不不可靠，，时断时时续，经经过一段段短暂时时间后，，开关才才能可靠靠地接通通，这一一现象叫叫做开关关的机械械抖动，，它可能能会造成成系统的的误动作作。为消消除开关关抖动造造成的不不利影响响，FP1的输入端端采用了了输入延延时滤波波技术，，即延迟迟一段时时间Δt之后，再再对输入入端X采样，以以躲过开开关的抖抖动时间间，从而而提高了了系统运运行的可可靠性。。三、可调调输入延延时滤波波图中，t1为干扰脉脉冲，小小于延时时时间Δt，因此不不响应；；t2、t4分别为机机械开关关接通和和断开时时的抖动动时间，，由图可可见，经经过延时时，避开开了输入入信号的的抖动部部分，直直接在稳稳定导通通区间t3进行输入入状态的的采集和和响应。。输入信号号延时滤滤波示意意图FP1的延迟时时间可以以根据需需要，在在1~128ms之间进行行调节。。延时时时间的设设定是通通过软件件，在对对应的系系统寄存存器中设设置时间间常数来来实现，，时间常常数和延延时时间间的对应应关系如如下表：：表5-2时间常数数与对应应延时时时间关系系系统寄存存器No.404~407用于预先先存放设设置的时时间常数数，与输输入端的的对应关关系为：：No.404：设定X0~X1F的时间常常数。No.405：设定X20~X3F的时间常常数。No.406：设定X40~X5F的时间常常数。No.407：设定X60~X6F的时间常常数。时间常数(BCD码)01234567延时时间(ms)1248163264128例如，要要使X0~X7的延时时时间为1ms．对应的的时间常常数为0；X8~XF的延时时时间为2ms，对应的的时间常常数为1；X10~X17的延时时时间为4ms，对应的的时间常常数为2；X18~X1F的延时时时间为8ms，对应的的时间常常数为3；则应在No.404中写入如如下二进进制数码码：即8个输入端端为一组组，系统统寄存器器No.404中的16位分成四四组，每每组对应应8个输入端端的时间间常数，，故一个个系统寄寄存器可可以设定定32个输入端的的时间常数数。注意：No.407只用了低8位，故只能能设定16个输入端。。由于PLC采用循环扫扫描工作方方式，其输输出对输入入的响应速速度受扫描描周期的影影响。这在在一般情况况不会有问问题，反而而提高了输输入信号的的抗干扰能能力。但是是，有些特特殊情况，，特别是一一些瞬间的的输入信号号（持续时时间小于一一个扫描周周期）往往往被遗漏。。为了防止止出现这种种情况，在在FP1中设计了脉脉冲捕捉功功能，它可可以随时捕捕捉瞬间脉脉冲并记忆忆下来，并并在规定的的时间内响响应，可捕捕捉的最小小脉冲宽度度达0.5ms，且不受扫扫描周期影影响。四、输入窄窄脉冲捕捉捉一个窄脉冲冲在第n个扫描周期期的I/O刷新后到来来，若无捕捕捉功能，，此脉冲将将会被漏掉掉；有了捕捕捉功能，，PLC内部电路将将此脉冲一一直延时到到下一个(第n+1个)扫描周期的的I/O刷新结束，，这样PLC就能响应此此脉冲。脉冲捕捉示示意图只有输入端端X0~X7共8个输入端可可以设成具具有脉冲捕捕捉功能的的输入端，，这可以通通过对系统统寄存器No.402的设置来实实现。输入入端子与系系统寄存器器No.402的位对应关关系如下所所示：输入端X0~X7分别与No.402的低8位对应，当当某位设置置为1时，则该位位对应的输输入端就具具有脉冲捕捕捉功能；；设置为0时，对应的的输入端仍仍是普通的的输入端。。五、特殊功功能占用输输入端优先先权排队大多数特殊殊功能均需需占用PLC的I/O点，当多种种功能同时时使用时，，对I/O的占用须按按一定顺序序进行优先先权排队。。FP1特殊功能优优先权排队队从高到低低依次为：：高速计数器器→脉冲捕捕捉→中断断→输入延延时滤波六、其他功功能FP1还有一些其其它的特殊殊控制功能能，如强制制置位/复位控制功功能、口令令保护功能能、固定扫扫描时间设设定功能和和时钟日历历控制功能能等。第五章FP1的特殊功能能及高级模模块第二节FP1的高级模块块FP1的高级模块块主要有A/D、D/A转换模块和和通信模块块，由于一一般都自带带CPU和存储器，，因此又称称为智能模模块。在工工业控制中中除了数字字信号以外外，还有大大量的温度度、湿度、、流量、压压力等连续续变化的模模拟信号，，为了对这这些过程变变量进行监监测和控制制，必须首首先将这些些信号变换换成标准的的电信号，，再转换成成计算机可可以接受的的数字信号号；然后根根据监测到到的运行参参数，进行行相关的计计算分析，，确定控制制措施，再再将数字信信号形式的的控制信息息，转变成成电信号，，驱动有关关的执行机机构，完成成控制过程程。这些处处理环节都都是过程控控制不可缺缺少的重要要组成部分分。本节主主要介绍FP1的A/D和D/A单元的性能能及其使用用方法。一、A/D转换模块1.占用通道及及编程方法法A/D转换单元4个模拟输入入通道占用用输入端子子分别为：：CH0：WX9(X90~X9F)CH1：WX10(X100~X10F)CH2：WX11(X110~X11F)CH3：WX12(X120~X12F)PLC每个扫描周周期对各通通道采样一一次，并进进行模数转转换，转换换的结果分分别存放在在输入通道道(WX9~WX12)中。A/D转换的编程程可用指令令F0实现，如[F0MV,WX9,DT0]。执行这一一指令后，，CH0输入的模拟拟信号经A/D转换变成数数字信号后后送入WX9，并由F0指令读出保保存到DT0中。其它通通道也可仿仿照此格式式进行编程程。注意：FP1对A/D模块读取数数据，每个个扫描周期期只进行一一次。2.A/D的技术参数数项目说明模拟输入点数4通道/单元(CH0~CH3)模拟输入范围电压0~5V和0~10V电流0~20mA分辨率1/1000总精度满量程的±1%响应时间2.5ms/通道输入阻抗电压不小于1兆欧(0~5V和0~10V范围内)电流250欧姆(0~20mA)绝对输入范围电压+7.5V(0~5V)、+15V(0~10V)电流+30mA(0~20mA)数字输出范围K0~K1000(H0~H03E8)绝缘方式光耦合：端子与内部电路之间无绝缘：通道间连接方式端子板(M3.5螺丝)A/D转换单元的的输入输出出特性由上图可见见，不论是是电压输入入还是电流流输入，不不论是满程程值5V还是10V，A/D转换器转换换后的数字字量对应的的十进制数数最大值均均为K1000。这意味着着该A/D转换器输出出位数是10bit（即210＝1024≈≈K1000）A/D单元的每个个通道有4个接线端：：V、I、C和F.G.，此外，还还有一对电电压范围选选择端子RANGE。其中，V是电压输入入端，I是电流输入入端，C是公共端，，F.G.是屏蔽接地地端。左端端扩展插座座用于连接接FP1控制单元或或扩展单元元，右端插插座用于连连接D/A转换换单单元元或或I/OLINK单元元。。3.A/D转换换单单元元的的面面板板布布置置及及接接线线方方法法扩展槽(右侧)连接到FP1的D/A转换单元或I/OLINK单元通道0到通道3的端子说明：

V：模拟电压输入端子

I：模拟电流输入端子

C：公共端子F.G.：框架接地端子电源端子通道3电压范围选择端子通道0通道1通道2DIN导轨安装杆扩展槽(左侧)连接到FP1的控制单元或扩展单元电源指示灯A/D单元元的的面面板板布布置置图图A/D单元元的的接接线线方方法法：：电压压输输入入方方式式的的接接线线如如图图5-8所示示。。信信号号由由V和C两端端输输入入，，屏屏蔽蔽外外壳壳接接F.G.端。。当当电电压压范范围围选选择择端端子子RANGE间开开路路时时，，输输入入模模拟拟电电压压范范围围为为0~5V；短短路路时时，，输输入入模模拟拟电电压压范范围围为为0~10V。电流流输输入入方方式式的的接接线线如如图图5-9所示示。。信信号号由由I和C两端端输输入入，，将将电电压压输输入入V和电电流流输输入入I端子子连连接接在在一一起起，，屏屏蔽蔽外外壳壳接接F.G.端。。此此时时，，需需要要将将当当电电压压范范围围选选择择端端子子RANGE开路路。。屏蔽线输入设备输入设备屏蔽线电压压输输入入接接线线方方式式电电流流输输入入接接线线方方式式4.应用用举举例例当需需对对某某信信号号进进行行监监测测，，要要求求超超限限报报警警。。这这时时可可将将该该信信号号输输入入到到A/D，并并用用段段比比较较指指令令将将输输入入信信号号与与上上、、下下限限进进行行比比较较。。程程序序如如图图5-10所示示。。图5-10A/D模块块信信号号监监控控举举例例若将将A/D模块块输输入入范范围围选选在在0~10V(即将将RANGE短接接)，并并将将需需监监测测的的信信号号输输入入CH0，则则执执行行该该程程序序后后可可实实现现下下面面功功能能：：设设输输入入信信号号上上限限为为3.6V，即即对对应应A/D内部部十十进进制制数数为为K360；输输入入信信号号下下限限为为3.4V，对对应应A/D内部部十十进进制制数数为为K340。当当输输入入信信号号在在3.4V~3.6V之间间时时则则R900B常闭闭触触点点断断开开，，故故Y0→→OFF，报报警警灯灯不不亮亮。。若若信信号号超超出出此此范范围围则则R900B常闭闭触触点点接接通通，，故故Y0→→ON，报报警警灯灯亮亮，，从从而而实实现现对对信信号号的的监监测测。。二、、D/A转换换模模块块1.占用用通通道道及及编编程程方方法法FP1可扩展两个个D/A模块，可用用开关设定定其单元号号，即No.0和No.1；每个D/A模块有两个个输出通道道，即CH0和CH1。当开关置于于左边时，，该模块设设为No.0，其I/O通道分配如如下：CH0：WY9(Y90~Y9F)CH1：WY10(Y100~Y10F)当开关置于于右边时，，该模块设设为No.1，其I/O通道分配如如下：CH0：WY11(Y110~Y11F)CH1：WY12(Y120~Y12F)D/A转换的编程程也可用指指令F0实现，如[F0MV,DT0,WY9]。执行这一一指令后，，将DT0的内容经WY9送往D/A转换器，并并将转换好好的模拟信信号经No.0的CH0通道输出。。其它通道道也可仿照照此格式进进行编程。。注意：FP1对D/A模块写入数数据，每个个扫描周期期只进行一一次。2.D/A的技术参数数项目说明模拟输出点数2通道/单元(CH0~CH1)模拟输出范围电压0~5V和0~10V电流0~20mA分辨率1/1000总精度满量程的±1%响应时间2.5ms/通道输出阻抗不大于0.5欧姆(电压输出端)最大输出电流20mA(电压输出端)允许负载电阻0~500欧姆(电流输出端)数字输出范围K0~K1000(H0~H03E8)绝缘方式光耦合：端子与内部电路之间无绝缘：通道间连接方式端子板(M3.5螺丝)D/A转换单元的的输入输出出特性图5-12是D/A单元的面板板布置图。。D/A单元的每个个输出通道道有5个端子，V+和V-是模拟电压压输出端，，I+和I-是模拟电流流输出端，，而RANGE则是电压范范围选择端端。当V-端和RANGE端连在一起起，再接入入负载设备备时，输出出电压为0~10V；RANGE端开路时，，输出电压压为0~5V。负载设备直直接接到模模拟电流输输出端I+和I–上时，为电电流输出方方式，输出出范围0~20mA。3.D/A转换单元的的面板布置置及接线方方法3.D/A转换单元的的面板布置置及接线方方法D/A转换单元的的面板布置置图扩展槽(右侧)连接到FP1的智能单元(A/D或D/A转换单元)或I/OLINK单元通道0和通道1的端子说明：

V+,V-：模拟电压输出端子RANGE：电压范围选择端子

I+,I-：模拟电流输出端子电源端子通道0通道1DIN导轨安装杆扩展槽(左侧)连接到FP1的控制单元或扩展单元电源指示灯单元号选择开关电压输出接接线方式电电流输出出接线方式式0~5V负载设备屏蔽线屏蔽线屏蔽线负载设备负载设备5~10V10~20mAA/D和D/A单元都需外外部电源供供电。直流流供电电压压为24V，交流供电电电压为220V。此外，在使使用时还需需要注意，，同一个通通道上电压压输出和电电流输出不不能同时使使用，没有有使用的输输出端子应应该开路。。4.应用举例三个模拟量量信号分别别从A/D模块的CH0~CH2输入，求平平均值，再再由D/A模块No.1的CH1通道输出。。梯形图如如图5-15所示。A/D和D/A模块应用举举例第五章FP1的特殊功能能及高级模模块第三节FP1的通讯功能能集散式控制制系统的关关键技术之之一是系统统的通信和和互联。可可编程控制制器作为一一种高性能能的工业现现场控制装装置，已广广泛地用于于工业控制制的各个领领域。目前前，工业自自动控制对对PLC的网络通信信能力要求求越来越高高，PLC与上位机之之间、PLC与PLC之间、PlC外围设备之之间都要能能够进行数数据共享和和控制。面对众多生生产厂家的的各种类型型PLC，它们各有有优缺点，，能够满足足用户的各各种需求，，但在形态态、组成、、功能、编编程等方面面各不相同同，没有一一个统一的的标准，各各厂家制订订的通信协协议也千差差万别，从从而也造成成PLC设备的通信信方式的种种类的多样样性。表5-5常用PLC设备的通信信方式松下电工提提供了6种(C-NET，F-Link，P-Link，H-Link，W-Link，FP以太网)功能强大的的网络形式式，同时提提供了若干干种与相应应的网络连连接方式有有关的通信信方式和链链接单元，，适合于各各种工业自自动化网络络的不同需需要。一、通讯的的有关基本本概念1.并行通信与与串行通信信2.同步通信与与异步通信信3.波特率4.单工、双工工通信方式式1)单工通信2)半双工通信信(HalfDuplex)3)全双工通信信(FullDuplex)二、FP1的通讯接口口FP1系列PLC进行数据交交换时常采采用RS232C、RS422、RS485三种串行通通信接口，，相关的链链接单元也也有三种，，均为串行行通信方式式。I/OLINK单元是用于FP1和FP3/FP5等大中型PLC之间进行I/O信息交换的的接口(1个RS485接口和2个扩展插座座)；C-NET适配器是RS485−RS422/RS232C信号转换器器(1个RS485、1个RS422、1个RS232C接口)，用于PLC与计算机之之间的数据据通讯；S1型C-NET适配器是RS485−RS422信号转换器器(1个RS485、1个RS422接口)，用于C-NET适配器和FP1控制单元之之间的通讯讯。1．RS232C通信接口RS232C所采用的电电路是单端端接收电路路，数据传传输速率最最高为20kbps，电缆最长长为15m。2．RS422通信接口RS422标准规定的的电气接口口是差分平平衡式的，，能在较长长的距离内内明显地提提高传输速速率，例如如，1200m的距离，速速率可以达达到100kbps，而在12m等较短的距距离内则可可提高到10Mbps。3．RS485通信接口RS485实际上是RS422的简化变型型，RS485分时使用一一对信号线线发送或接接收。可以以高速远距距离传送，，传输距离离可达1200m，传输速率率达10Mbps。三、通讯方方式1．FP1与计算机(PC)之间的通讯讯一般地，一一台计算机机与一台FP1之间的通讯讯称1:1方式，一台台计算机与与多台FP1之间的通讯讯称1:N方式。有两种方法法可以实现现一台计算算机与一台台FP1之间的通讯讯。一种方方法是直接接通过FP1的RS232口与PC进行串行通通讯。另一一种方法可可经RS232/RS422适配器用编编程电缆同同PC进行通讯。。FP1控制单元RS232C端口计算机FP1控制单元计算机RS422/232C适配器编程工具插座(RS422端口)RS422RS232C直接通过RS232口进行串行行通讯通通过适配器器进行通讯讯C-NET适配器标准型C-NET适配器S1型C-NET适配器S1型FP1控制单元FP1控制单元条码判读器计算机最多可连接32台FP11:N的通讯方式式2．FP1与FP3/5的通讯主站FP3或FP5从站从单元主单元FP1控制单元FP1I/OLINK单元FP3或FP5FP1I/O终端板FP1I/O终端单元双绞线FP1与FP3/5的通讯3．FP1和外围设备备之间的通通信FP1的相关外围围设备有：：智能终端端I.O.P.，条形码判判读器、EPROM写入器和打打印机等。。这些外围围设备均设设有RS232串行通信口口，可以方方便地实现现与FP1的通信。四、PLC与触摸屏之之间的通信信工业触摸屏屏(简称GP)是常与PLC配套使用的的设备，它它是取代传传统控制面面板和键盘盘的智能操操作显示器器，用于设设置参数、、显示数据据，以动画画等形式描描绘自动化化控制过程程，被称为为可编程序序控制器的的脸面。PLC与GP配套使用，，一方面扩扩展了PLC的功能，使使其能够组组成具有图图形化、交交互式工作作界面的独独立系统；；另一方面面也可大大大减少操作作台上的开开关、按钮钮、仪表等等的使用数数量，使操操作更加简简便，工作作环境更加加舒适。五、基于人人机界面的的PLC控制系统的的仿真PLC控制系统的的开发设计计、验证和和调试，需需要实物模模型进行模模拟试验，，这种方法法效率低、、成本高、、不安全。。同时，PLC控制系统还还需要许多多的输入、、输出点来来支持，这这也是一般般实物模型型或模拟软软件所不能能达到的。。如果要想想达到仿真真的目的，，可选用人人机界面（（或监控界界面）作为为模拟设备备。人机界界面具有丰丰富的输入入、输出指指示器，经经设计可以以用来模拟拟现场的各各种设备，，并实时显显示设备的的运行状态态；人机界界面模拟的的主令控制制器件可以以直接在与与PLC相连连的的上上位位PC机或或触触摸