LC电气控制与组态设计XXXX第五章

2023/4/301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“复位输入端”X2的可用性控制

例：当触发信号X3为ON时，把高速计数器的经过值清0并开始计数。设计的梯形图如下图所示。2)高速计数器经过值的读写指令

[F1DMV,S,DT9044]：存储高速计数器经过值。将(S+1,S)中高速计数器的经过值写入DT9045、DT9044中。

[F1DMV,DT9044,D]：调出高速计数器经过值。是将DT9045、DT9044中的经过值读出拷贝到(D+1,D)中。3)高速计数器输出置位复位指令

[F162HC0S,S,Yn]：高速计数器的输出置位指令。当高速计数器的经过值和目标值相等时，将指定的输出继电器接通。

[F163HC0R,S,Yn]：高速计数器的输出复位指令。当高速计数器的经过值和目标值相等时，将指定的输出继电器断开。其中，S为高速计数器的目标值，可以用常数设置，也可以用寄存器中的数据设置，数值的取值范围为是K-8388608~K8388607（HFF800000~H007FFFFF）；Yn为输出继电器，Yn＝Y0~Y7。例：梯形图中，当触发信号X3接通时，将高速计数器HSC目标值设置为K1500。当高速计数器的经过值等于K1500时，将输出继电器Y1接通并保持。

梯形图中，当触发信号X4接通时，将高速计数器HSC目标值设置为K800。当高速计数器的经过值等于K800时，将输出继电器Y2断开，即Y2=0。例：4)速度和位置控制指令

[F164SPD0,S]：速度及位置控制。该指令配合高速计数器和Y7的脉冲输出可以实现速度和位置控制。

a)脉冲工作方式

b)波形工作方式5)凸轮控制指令

[F165CAM0,S]：凸轮控制。当高速计数器的经过值和参数表中设定的目标值相一致时，接通或断开参数表中指定的输出继电器。在顺序控制系统中，许多场合是按工序进行操作的：第一步作某些机械动作，第二步作另一些机械动作，如此顺序进行直至整个工序结束。凸轮控制器就是专为这种顺序控制设计的机电式设备，它是一个由多层可编程圆盘组成的机电式圆鼓，每转动一步可接通某些接点，从而作出规定的机械动作。由于采用机械方式实现，其转动的步数和接点数都受到很大限制，体积大且可靠性差。而利用可编程控制器可以模拟凸轮控制器的功能，控制的步数和点数多，并且节省了硬件设备投资。FP1的凸轮控制指令F165和高速计数器配合使用，既方便又准确，几乎可以满足所有需要凸轮控制的场合。在开关按下的瞬间，接触很不可靠，时断时续，经过一段短暂时间后，开关才能可靠地接通，这一现象叫做开关的机械抖动，它可能会造成系统的误动作。为消除开关抖动造成的不利影响，FP1的输入端采用了输入延时滤波技术，即延迟一段时间Δt之后，再对输入端X采样，以躲过开关的抖动时间，从而提高了系统运行的可靠性。三、可调输入延时滤波

图中，t1为干扰脉冲，小于延时时间Δt，因此不响应；t2、t4分别为机械开关接通和断开时的抖动时间，由图可见，经过延时，避开了输入信号的抖动部分，直接在稳定导通区间t3进行输入状态的采集和响应。输入信号延时滤波示意图FP1的延迟时间可以根据需要，在1~128ms之间进行调节。延时时间的设定是通过软件，在对应的系统寄存器中设置时间常数来实现，时间常数和延时时间的对应关系如下表：表5-2时间常数与对应延时时间关系系统寄存器No.404~407用于预先存放设置的时间常数，与输入端的对应关系为：No.404：设定X0~X1F的时间常数。No.405：设定X20~X3F的时间常数。No.406：设定X40~X5F的时间常数。No.407：设定X60~X6F的时间常数。时间常数(BCD码)01234567延时时间(ms)1248163264128例如，要使X0~X7的延时时间为1ms．对应的时间常数为0；X8~XF的延时时间为2ms，对应的时间常数为1；X10~X17的延时时间为4ms，对应的时间常数为2；X18~X1F的延时时间为8ms，对应的时间常数为3；则应在No.404中写入如下二进制数码：即8个输入端为一组，系统寄存器No.404中的16位分成四组，每组对应8个输入端的时间常数，故一个系统寄存器可以设定32个输入端的时间常数。注意：No.407只用了低8位，故只能设定16个输入端。由于PLC采用循颠环扫描调工作方惰式，其谦输出对阳输入的惧响应速遗度受扫善描周期臣的影响唯。这在胀一般情别况不会夫有问题堂，反而丑提高了朱输入信盐号的抗拿干扰能何力。但窗是，有让些特殊汪情况，似特别是厅一些瞬海间的输省入信号穴（持续章时间小矮于一个水扫描周估期）往总往被遗滑漏。为高了防止阀出现这订种情况冶，在FP1中设计了成脉冲捕捉继功能，它守可以随时抓捕捉瞬间蛮脉冲并记置忆下来，雾并在规定群的时间内孔响应，可黎捕捉的最自小脉冲宽记度达0.5m歌s，且不茅受扫描逼周期影倒响。四、输入军窄脉冲捕惕捉一个窄脉资冲在第n个扫描稀周期的I/O刷新后幻玉到来，旬若无捕狭捉功能删，此脉矛冲将会盾被漏掉第；有了锡捕捉功鼠能，PLC内部电警路将此没脉冲一耳直延时振到下一骆个(第n+1个)扫描周佛期的I/O刷新结乳束，这侮样PLC就能响泽应此脉腥冲。脉冲捕托捉示意扇图只有输殿入端X0~献X7共8个输入他端可以模设成具缸有脉冲烘捕捉功伶能的输港入端，梢这可以雄通过对弊系统寄须存器No.4汽02的设置妇来实现盼。输入都端子与灭系统寄西存器No.钓402的位对应缩慧关系如下肤所示：输入端X0情~X讽7分别与No.4远02的低8位对应，伐当某位设爆置为1时，则该赵位对应的革输入端就装具有脉冲搞捕捉功能党；设置为0时，对尝应的输覆入端仍淡是普通庸的输入裁端。五、特似殊功能肿占用输社入端优症先权排从队大多数戚特殊功械能均需铲占用PLC的I/O点，当轻多种功洋能同时访使用时挑，对I/O的占用岛须按一涝定顺序球进行优冷先权排更队。FP1特殊功能恰优先权排矮队从高到堤低依次为浩：高速计村数器→居脉冲捕犹捉→中寺断→输染入延时捐滤波六、其浓他功能FP1还有一条些其它齿的特殊永控制功杰能，如砍强制置犹位/复位控养制功能任、口令拆保护功释能、固塔定扫描稼时间设忧定功能葡和时钟犬日历控扯制功能希等。第五章FP1的特殊功检能及高级纵模块第二节FP1的高级模植块FP1的高级购模块主船要有A/D、D/A转换模块除和通信模而块，由于泼一般都自销带CPU和存储尤器，因肚此又称储为智能蜻模块。距在工业日控制中撕除了数攻字信号位以外，嫩还有大唐量的温踢度、湿鸣度、流战量、压致力等连休续变化杏的模拟举信号，时为了对唤这些过禽程变量蚀进行监霉测和控茧制，必亚须首先预将这些愈信号变抵换成标增准的电悟信号，着再转换姨成计算怕机可以会接受的黑数字信业号；然级后根据裤监测到务的运行牵参数，夏进行相再关的计烦算分析很，确定天控制措窜施，再贞将数字旧信号形病式的控拣制信息坐，转变针成电信并号，驱呼动有关母的执行平机构，集完成控菊制过程邮。这些傅处理环崭节都是躁过程控勇制不可闻缺少的周重要组芬成部分雁。本节娇主要介忽绍FP1的A/D和D/A单元的性凑能及其使症用方法。一、A/D转换模块1.占用通道挨及编程方释法A/D转换单元4个模拟输挤入通道占貌用输入端医子分别为滨：CH0：WX9(勉X90灭~X9快F)泻C露H1：WX1钻0(X煤100剃~平X10贷F)CH2：WX11砍(X11慎0~隐X11F疮)鸦CH3：WX12肺(X12穿0~灿X12F圾)PLC每个扫伸描周期侵对各通掩道采样际一次，损并进行引模数转稳换，转汤换的结胡果分别爷存放在健输入通芬道(WX戏9~雷WX核12)中。A/D转换的编详程可用指纯令F0实现，炊如[F0魔MV屡,W你X9,箩DT0房诚]。执行这详一指令后份，CH0输入的模报拟信号经A/D转换变成耻数字信号轿后送入WX9，并由F0指令读留出保存牛到DT0中。其厉它通道推也可仿驻照此格伞式进行镇编程。注意：FP1对A/D模块读盖取数据易，每个掀扫描周企期只进溪行一次净。2.A览/D的技术处参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转换单渐元的输旺入输出划特性由上图鼠可见，朝不论是站电压输源入还是款电流输析入，不殊论是满养程值5V还是10V，A/D转换器转抵换后的数考字量对应鸟的十进制雄数最大值险均为K100昼0。这意味闻着该A/D转换器输乘出位数是10b田it（即210＝102双4≈K丈100位0）A/D单元的贞每个通降道有4个接线端馆：V、I、C和F.G.，此外竟，还有虑一对电筝压范围脚选择端钢子RAN糠GE。其中妻，V是电压帐输入端基，I是电流输鞭入端，C是公共殃端，F.G棚.是屏蔽顷接地端絮。左端轧扩展插烫座用于记连接FP1控制单比元或扩捐展单元另，右端提插座用弓于连接D/A转换单央元或I/O站LI槐NK单元。3.A离/D转换单元浑的面板布北置及接线雪方法扩展槽(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单元的面讯板布置图A/D单元的接对线方法：电压输入罢方式的接谨线如图5-8所示。信遗号由V和C两端输入捐，屏蔽外岭壳接F.G.端。当电喂压范围选撕择端子RAN茄GE间开路时框，输入模成拟电压范延围为0~据5V；短路刻时，输浙入模拟败电压范还围为0~恢10秧V。电流输权入方式准的接线逢如图5-9所示。信原号由I和C两端输召入，将鼠电压输业入V和电流踪蝶输入I端子连湾接在一细起，屏材蔽外壳蛇接F.G梦.端。此欺时，需静要将当厨电压范出围选择针端子RAN况GE开路。屏蔽线输入设备输入设备屏蔽线电压输沃入接线瞒方式坦电挠流输入月接线方拐式4.应用举月例当需对肾某信号磁进行监层测，要鸣求超限壮报警。抓这时可鹅将该信衰号输入表到A/D，并用段纠比较指令分将输入信续号与上、晴下限进行矮比较。程刺序如图5-1顾0所示。图5-1逗0娃A/D模块信号排监控举例若将A/D模块输醉入范围给选在0~珠10V(即将RAN罢GE短接)，并将需眼监测的信享号输入CH0，则执巡寿行该程竭序后可开实现下要面功能肠：设输萍入信号捏上限为3.6V，即对应A/D内部十死进制数暑为K36感0；输入促信号下酸限为3.4吊V，对应A/D内部十进枯制数为K340。当输入须信号在3.4V庸~3塘.6V之间时纽奉则R900身B常闭触点也断开，故Y0→O糠FF，报警灯骗不亮。若亡信号超出吉此范围则R900痛B常闭触点省接通，故Y0→O窑N，报警宅灯亮，脾从而实吹现对信拐号的监柏测。二、D/A转换模块1.占用通坡道及编和程方法FP1可扩展粘两个D/A模块，渣可用开元关设定粉其单元臂号，即No.0和No.恳1；每个D/A模块有然两个输稳出通道健，即CH0和CH1。当开关置熟于左边时豪，该模块娃设为No.旱0，其I/O通道分配猫如下：CH0：WY9债(Y9料0~咱Y9威F)薯CH1：WY1幅0(Y泳100搅~裁Y10虑F)当开关置息于右边时睁，该模块历设为No.1，其I/O通道分配趣如下：CH0：WY1况1(Y茶110宴~技Y11歇F)尘CH1：WY12温(Y12模0~相Y12F恨)D/A转换的编宝程也可用急指令F0实现，如[F0顺MV盏,D鹅T0,城WY9品]。执行这炉一指令后筹，将DT0的内容经WY9送往D/A转换器抽，并将太转换好洲的模拟柳信号经No.枪0的CH0通道输出冤。其它通亩道也可仿普照此格式肥进行编程斥。注意：FP1对D/A模块写据入数据锈，每个帮扫描周泼期只进躬行一次壳。2.D增/A的技术咸参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转换单溜元的输味入输出影特性图5-12是D/A单元的律面板布堤置图。D/A单元的倘每个输烂出通道懒有5个端子奏，V+和V-是模拟京电压输灵出端，I+和I-是模拟电茂流输出端峡，而RANG仆E则是电压京范围选择要端。当V-端和RAN冷GE端连在显一起，锄再接入围负载设茂备时，赠输出电湾压为0~乓10V；RAN括GE端开路时钢，输出电势压为0~误5V。负载设再备直接如接到模企拟电流职输出端I+和I–上时，为着电流输出患方式，输牲出范围0~址20mA。3.咐D/A转换单元栏的面板布亿置及接线御方法3.D镇/A转换单元做的面板布乎置及接线润方法D/A转换单湖元的面团板布置伙图扩展槽(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行接线方式怨电流输助出接线方员式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单元都需酿外部电源泼供电。直马流供电电搞压为24V，交流寇供电电被压为220畜V。此外，在飘使用时还换需要注意嚷，同一个捕通道上电筋压输出和问电流输出泥不能同时挽使用，没当有使用的静输出端子封应该开路俭。4.应用举例三个模荡拟量信心号分别郊从A/D模块的CH0淹~CH巡寿2输入，翠求平均接值，再惑由D/A模块No.疤1的CH1通道输出拔。梯形图暮如图5-15所示。A/D和D/A模块应用魔举例第五章FP1的特殊秋功能及腹高级模圆块第三节FP1的通讯摘功能集散式控鸦制系统的欣关键技术坚之一是系碍统的通信予和互联。钢可编程控幸制器作为摧一种高性陶能的工业靠现场控制廊装置，已每广泛地用偶于工业控乡丰制的各个乓领域。目鸡前，工业夏自动控制陪对PLC的网络反通信能遵力要求削越来越队高，PLC与上位纪机之间拔、PLC与PLC之间、PlC外围设备猎之间都要皆能够进行犹数据共享赌和控制。面对众碎多生产唤厂家的僚各种类享型PLC，它们舰各有优多缺点，淹能够满港足用户魔的各种第需求，宜但在形犯态、组职成、功沾能、编客程等方柿面各不垃相同，碰没有一忍个统一喊的标准钻，各厂榴家制订贷的通信副协议也故千差万虎别，从阁而也造芝成PLC设备的布通信方就式的种盾类的多蚂样性。表5-5常用PLC设备的挺通信方片式松下电炮工提供费了6种(C-N抓ET，F-Li永nk，P-L节ink，H-L许ink，W-L正ink，FP以太网)功能强大绞的网络形岁式，同时醋提供了若炭干种与相捎应的网络盗连接方式竖有关的通掉信方式和兽链接单元盒，适合于爷各种工业张自动化网些络的不同扭需要。一、通接讯的有肯关基本行概念1.并行通肠信与串颠行通信2.同步通信于与异步通心信3.波特率4.单工、双碎工通信方孙式1)单工通信2)半双工姻通信(Ha见lf声Dup牌lex村)3)全双工通谱信(Ful岸lDu英plex瞒)二、FP1的通讯援接口FP1系列PLC进行数野据交换阳时常采闷用RS2然32C、RS4晓22、RS4园85三种串更行通信同接口，毅相关的惧链接单设元也有蒙三种，毛均为串册行通信垮方式。I/O铲LINK单元是用于FP1和FP3/舞FP5等大中缩慧型PLC之间进鹅行I/O信息交骄换的接钩口(1个RS4瞧85接口和2个扩展昼插座)；C-NE芝T适配器是RS4抓85债−R族S42送2/R兼S23扰2C信号转线换器(1个RS4患85、1个RS4产22、1个RS23滨2C接口)，用于PLC与计算机且之间的数葬据通讯；S1型C-N劣ET适配器是RS4火85态−R鬼S42拿2信号转换值器(1个RS4查85、1个RS4藏22接口)，用于C-N房诚ET适配器和FP1控制单怖元之间搁的通讯艰。1．RS2挺32C通信接微口RS23挑2C所采用须的电路弊是单端叠接收电峡路，数更据传输盛速率最北高为20k望bps，电缆籍最长为15m。2．RS4瞎22通信接湖口RS4册22标准规猎定的电矮气接口槽是差分启平衡式递的，能次在较长薪的距离渔内明显盲地提高钟传输速趟率，例降如，120判0m的距离，察速率可以并达到100窄kbp勇s，而在12m等较短纠的距离云内则可革提高到10M贫bps。3．RS4矩85通信接口RS4上85实际上是RS42献2的简化变驼型，RS48捧5分时使用勒一对信号割线发送或炸接收。可椅以高速远屈距离传送畅，传输距狱离可达1200我m，传输速凭率达10Mb疯ps。三、通讯稍方式1．FP1与计算机(PC暴)之间的通虏讯一般地鞋，一台米计算机奸与一台FP1之间的通俊讯称1:1方式，每一台计焦算机与贼多台FP1之间的通帐讯称1:N方式。有两种卵方法可坏以实现促一台计敞算机与摩一台FP1之间的稠通讯。氧一种方咸法是直县接通过FP1的RS23傍2口与PC进行串行闭通讯。另词一种方法复可经RS23肚2/RS剧422适配器圣用编程狂电缆同PC进行通讯且。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直接通散过RS2传32口进行台串行通朵讯崖通过秆适配器院进行通恒讯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的通讯段方式2．FP1与FP3/很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咬/5的通讯3．FP1和外围设犯备之间的看通信FP1的相关捞外围设载备有：飘智能终惕端I.O躁.P.，条形码邻判读器、EPR遍OM写入器和号打印机等磁。这些外丧围设备均卷设有RS2此32串行通信浸口，可以昂方便地实肾现与FP1的通信斜。四、PLC与触摸秀屏之间业的通信工业触尸摸屏(简称GP)是常与PLC配套使用伶的设备，蜡它是取代顾传统控制卸面板和键扭盘的智能衣操作显示面器，用于悄设置参数屯、显示数怎据，以动阻画等形式统描绘自动悠化控制过眯程，被称搁为可编程盗序控制器迟的脸面。PLC与GP配套使用醋，一方面崖扩展了PLC的功能，怜使其能够质组成具有救图形化、香交互式工假作界面的宴独立系统破；另一方归面也可大肥大减少操鹿作台上的忘开关、按泥钮、仪表丸等的使用军数量，使机操作更加只简便，工固作环境更穴加舒适。五、基于班人机界面器的PLC控制系猜统的仿后真PLC控制系芒统的开夜发设计坟、验证讲和调试钟，需要升实物模热型进行神模拟试潮验，这班种方法距效率低偷、成本桶高、不