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-3AFX-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，-1000~6000K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脉冲输出模块2.定位模块：FX-10GM，FX-20GM，E-20GM3.可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET、F2-32RM-SET(1)FX-1PG脉冲输出模块可作1轴控制，用FROM/TO指令设定各种参数，读出定位值和运行速度，占用PLC8点I/O一台FX可接8块FX-1PG（2）定位模块：FX-10GM，FX-20GM，E-20GMFX-10GM是1轴定位单元，有4点通用输入和6点通用输出,最高输出为100kbit/s,FX-20GM，E-20GM是2轴定位单元，内置EEPROM，E-20GM可单独使用，可执行直线插补，圆弧插补，或独立的2轴控制，最高输出为200kbit/s,占用8点I/O,FX-10GM和FX-20GM须通过FX-CNV-IF变换器与FX相连。（3）可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET在机械控制系统中，常通过检测角度位置来接通或断开外部负载，过去常用机械式凸轮开关,但机械式凸轮开关，要求加工精度高，易磨损，PLC可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET可实现高精度角度位置检测。可单独使用，也可与FX联用，使用与它构成一体的数据设定组件，可进行动作角度设定和监视。内置EEPROM，可存放8种不同程序。配套，无刷转角传感器，电缆最长达100m。FX可接3块FX-1RM-SET，占用8点输入输出点。用光电耦合器隔离，响应时间为3ms。四、通信模块PLC通信网络的接口—通信模块。PLC的通信模块用来完成与别的PLC，其他智能控制设备或主计算机之间的通信。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。FX通信模块，包括：功能扩展板，适配器和通信模块。RS-232C通信用功能扩展板与通信模块FX-422-BD通信用功能扩展板RS-232C/485变换接口FX-485PC-IF-SETRS-485通信用适配器与通信用功能扩展板MELSECNET/MINI接口模块RS-232C通信用功能扩展板与通信模块FX0N-232ADP通信用适配器在FX0N单元上可连接1台于左侧。FX-232-BD通信用功能扩展板价格便宜，可安装在FX内部，传送距离15m，最大传输速率19200bit/s。除与各种RS-232C设备通信外，还可通过PC的专用软件向FX传送程序，或通过PC监视PLC的运行状态。FX-232IF是RS-232C通信模块，在FX上最多可连接8块FX-232IF，用光电耦合器隔离，用FROM/TO命令收发数据。FX0N-232ADP适配器或功能扩展板（FX-232-BD）连接到PLC上，即可与PC、打印机、条码读出器等装有RS-232C的外部设备通信。通信时，可使用FX的串行数据传送指令（RS）。串行通信接口的波特率、数据长度、奇偶性等可由特殊数据寄存器设置。FX-422-BD通信用功能扩展板FX-422-BD用于RS-422通信。可连接PLC的外部设备，数据存取单元（DU），人机界面（GOT）。可同时将两台外部设备接在FX上。安装在PLC内部，不需外部安装空间。传送距离为50m，最大传输速率为19200bit/s。RS-232C/485变换接口FX-485PC-IF-SETFX-485PC-IF-SET用于将RS-232C信号转换为RS-485信号，以便有RS-232C接口的计算机与PLC通信一台PC机最多可与16台PLC通信。RS-485通信用适配器与通信用功能扩展板FX-485是绝缘型通信适配器，一台FX系列PLC可安装一个FX-485-ADP，FX-485–BD是RS-485通信用功能扩展板，传输距离为50m，最大传输速率为19200bit/s，一台FX系列PLC可安装一块FX-485-BD，除与PC通信外，通过FX-485-BD还可在两台FX间实现并联连接。使用RS-485通信适配器或功能扩展板，可将PC作为主站，对FX系列PLC进行集中管理和监视，实现生产线、车间或工厂的监视和自动化。若干FX通过FX-485–ADP或FX-485-BD串级相连，再通过FX-485PC-IF连接到PC的RS-232C接口，可组成PC为主机，FX基本单元为子站（最多16台）的通信网络。MELSECNET/MINI接口模块使用MELSECNET/MINI接口模块，FX系列PLC可作为A系列PLC的就地控制子站，实现系统的集中管理和分散控制。MELSECNET/MINI接口模块包括：FX-16NT，FX-16NP/NT，FX-16NP/NT-S3。各接口间可用双绞线电缆（站间最大距离为100m）或光纤电缆（站间最大距离为50m）连接。特殊模块FX2—24EI

FX2一24EI特殊功能模块是特殊单元与FX2、FX2C系列PLC之间进行信号交换的简易接口单元。这些特殊单元包括：可编程凸轮开关F2—32RM—SET、模拟量I／O单元F2—6A、脉冲输出单元F2—30GM、MELSECNET／MINI—S3接口单元F一16NP／NT。为了在这些特殊单元与PLC之间进行信号交换，应根据FX2一24EI特殊模块的连接位置确定首I／O元件号。每个FX2一24EI占有16个输入点，8个输出点。每个FX2系列PLC最多可连接3个FX2一24EI单元，总I／O点数不得超过128点。FX2一24EI从基本单