PLC编程与应用技术（三菱FX3U）（第二版） 课件 项目十五 恒温控制系统的设计与调试

项目十四恒温控制系统的设计与调试一、项目内容二、相关知识1．模拟量输入/输出模块在工业生产过程中，除了有大量的通/断(开/关)信号以外，还有大量的连续变化的信号，例如温度、压力、流量、湿度等。通常先用各种传感器将这些连续变化的物理量变换成电压或电流信号，(一般来说，PLC模拟量输入的电压范围为1～5V或-10～+lOV，电流范围为4～2OmA或-20～+2OmA)，然后再将这些信号连接到适当的模拟量输入模块的接线端上，经过A/D功能模块内的模数转换器，最后将数据传入PLC内。有时候，现场设备需要用模拟电压或电流作为给定信号或驱动信号。PLC模拟量输出模块(D/A功能模块)的输出端就能根据需要提供这种电压信号或电流信号。三菱FX3U系列PLC常用的模拟量输入/输出模块有FX3U-2AD、FX3U-4AD、FX3U-8AD、FX3U-4AD-PT(FX系列PLC与铂热电阻PtlO0配合使用的模拟量输入模块)、FX3U-4AD-TC(FX系列PLC与热电偶配合使用的模拟量输入模块)、FX3U-2DA、

FX3U-4DA、FX3U-3A(模拟量输入输出模块)和FX3U-2LC等。二、相关知识2．模拟量输入模块FX3U-4ADFX3U-4AD模拟量输入模块是4通道(CH)l2位A/D转换模块，它可以将模拟量电压或电流转换为最大分辨率为12位的数字量。通过输入端子变换，可以任意选择电压或电流输入状态。选用电压输入时，输入信号范围为DC-l0～+lOV，输入阻抗为2OOkΩ，分辨率为5mV；电流输入时，输入信号范围为DC-20～+20mA，输入阻抗为250Ω，分辨率为20µA。(l)FX3U-4AD模块的外部接线FX3U-4AD通过扩展总线与FX3U系列PLC基本单元连接。4个通道的外部连接根据用户要求的不同选用模拟值范围为-10～+lOVDC(分辨率5mV)，或者4～20mA，-20～2OmA(分辩率2OµA)，其接线方式如图15-1所示。二、相关知识几点说明：1）模拟量信号通过双绞线屏蔽电缆与模块相接，电缆应远离电力线和其他可能产生电磁感应噪声的导线；2）如果使用电流输入时，则须将“V+”和“I+”相短接；3）如果输入电压有波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个电容器(0.1～0.47µF/25V)。（2）FX3U-4AD模块的缓冲寄存器（BFM）FX3U-4AD的内部共有32个缓冲寄存器，用来与FX3U基本单元进行数据交换，每个缓冲寄存器为16位的RAM。其定义及分配见表15-1所示。二、相关知识二、相关知识1）通道选择在BFM的#0中写入4位十六进制数HXXXX，4位数字从右至左分别控制1、2、3、4四个通道，每位数字取值范围为0～3，其含义如下:0表示输入范围为-10～+10V1表示输入范围为+4～+20mA2表示输入范围为-20～+20mA3表示该通道关闭例如BFM#O=H3312，则表示CHl通道设定输入电流范围为-20～+2OmA,CH2通道设定输入电流范围为+4～+2OmA，CH3和CH4两通道关闭。2）模拟量转换到数字量的速度设置可在FX3U-4AD的MBFM#l5中写入0或1来控制A/D转换的速度。应当注意，若要求高速转换，则应尽量少用FROM和TO指令。二、相关知识3）偏移量和增益值的设置如图15-2和15-3所示，偏移量(截距)是当数字量输出为0时的模拟量输入值，增益值(斜率)是指当数字输出为+1000时的模拟量输入值。增益和偏移可以分别或一起设置，合理的偏移量是-5～5V或-20～2OmA，合理的增益值是1～5V或4～32mA。二、相关知识当BFM#20被设置为1时，FX3U-4AD的全部设定值均恢复到默认值，这样可以快速删去不希望的偏移量和增益值。设置每个通道偏移量和增益值时，BFM#21的(bi，bi-1)必须设置为(0,1)，若(bi，bi-1)设为(1,0)，则偏移量和增益值被保护。默认值为(0,1)。BFM#23和BFM#24为偏移量与增益值设定缓冲寄存器，偏移量和增益值的单位是mV或µA，最小单位是5mV或2OµA。其值由BFM#22的Gi-Oi(增益-偏移)位状态送到指定的输入通道偏移和增益寄存器中。例如，BFM#22的G1、O1位置为1，则BFM#23和BFM#24的设定值送入CHl的偏移和增益寄存器中。（3）模块的连接与编号为了使PLC能够准确地查找到指定的功能模块，每个特殊功能模块都有一个确定的地址编号，编号的方法是从最靠近PLC基本单元的那一个功能模块开始顺次编号，最多可连接8台功能模块，其编号依次为0～7，如图15-4所示。注意：PLC的扩展单元不记录在内。二、相关知识二、相关知识（4)模拟量输入模块的读写方法FX系列PLC基本单元与特殊功能模块之间的数据通信是由FROM/TO指令来执行的。FROM是基本单元从特殊功能模块中读取数据的指令，TO是基本单元将数据写入到特殊功能模块的指令。实际上读写操作都是对特殊功能模块的缓冲存储器BFM进行的。读写指令的格式如图15-5所示。二、相关知识

当图中Xl为ON时，编号为ml(0～7)的特殊功能模块内编号为m2(0～31)开始的n个缓冲寄存器(BFM)的数据将读入到PLC，并存入从[D]开始的n个数据寄存器中；当图中X0为ON时，PLC基本单元中从[S]指令的元件开始的n个数据将写到编号为ml的特殊功能模块中编号为m2开始的n个数据寄存器中。二、相关知识（5）应用实例FX3U-4AD模块连接在特殊功能模块的0号位置。仅开通CH1和CH2两个通道作为电压量输入通道。计算平均值的取样次数定为4次，并且PLC中的数据寄存器D0和D1分别接收这两个通道输入量平均值数字量，编写梯形图程序。编写的梯形图程序如图15-6所示。二、相关知识3．模拟量输出模块FX3U-4DAFX3U-4DA模拟量输出模块是4通道

(CH)l2位D/A转换模块，它可以将12位数字信号转换为模拟量电压或电流输出。电压输出时，输出电压范围为-l0～+lOV；电流输出时，输出电流为直流0～+20mA和直流+4～+20mA。(l)FX3U-4DA模块的外部接线FX3U-4DA模块的外部接线如图15-7所示。二、相关知识几点说明:1）双绞线屏蔽电缆，应该远离干扰源；2）输出电缆的负载端使用单点接地；3）若有噪音或干扰，可以接一个电容器(0.1～0.47µF/25V)；4）FX3U-4DA模块与PLC基本单元的接地应接在一起；5）电压输出端或电流输出端不要短接；6）不使用的端子，不要在其上接任何单元。(2)FX3U-4DA模块的缓冲寄存器(BFM)FX3U-4DA的内部有32个缓冲寄存器，用来与FX3U基本单元进行数据交换，每个缓冲寄存器为16位的RAM。FX3U-4DA的32个缓冲寄存器的编号及定义见表15-2所示。表中带“W”号的缓冲寄存器可用TO指令写入PLC中，标有“E”号的缓冲寄存器可以写入EEPROM中，当电源关闭后可以保持数据缓冲寄存器中的数据。二、相关知识二、相关知识1）输出模式选择。BFM#O为输出模式选择缓冲寄存器，在BFM#O中写入4位十六进制数HXXXX，4位数字从右至左分别控制1、2、3、4四个通道，每位数字取值范围为0～2，其含义如下:0表示设置电压输出模式(-10～+10V)1表示设置电流输出模式(+4～+20mA)2表示设置电流输出模式(0～+20mA)例如BFM#O=Hll02，则表示CHl设定为电流输出模式，0～+20mA；CH2设定为电压输出模式，-10～+10V；CH3、CH4设定为电流输出模式，4～+20mA。２）输出数据通道。BFM#l～BFM#4分别为输出数据通道CHl～CH4所对应的数据缓冲寄存器，其初始值均为零。二、相关知识３）BFM#5为数据输出模式缓冲寄存器，当PLC处于停止(STOP)模式时，RUN模式下的最后输出值将被保持。当BFM#5＝HOO00时，CHl～CH4各通道输出值保持，若要复位某一通道使其成为偏移量，则应将BFM#5中的对应位置“1”。例如，BFM#5＝HOO11，则说明通道CH3、CH4保持，CHl、CH2为偏移值。４）BFM#8、BFM#９为偏移和增益设置允许缓冲寄存器，在BFM#8或#9相应的16进制数据位中写入“1”，就可以允许设置CHl～CH4的偏移量与增益值。BFM#8(CH2、CHl)BFM#9(CH4、CH3)HXXXXHXXXXG2O2GlO1G4O4G3O3X=O：不允许设置；X=l：允许设置二、相关知识（二）PLC与PLC之间的通信1．N：N键接通信N：N键接通信协议可用于最多8台FX系列PLC的辅助继电器和数据寄存器之间的数据的自动交换，其中一台为主机，其余的为从机。N:N网络最简单实用，只需要在PLC上加装一块通信扩展板即可与其他PLC组网，其结构如图14-4所示，适用于FX1S,FX0N,FX1N,FX2N,FX3G,FX3U,FX1NC,FX2NC,FX3UC等多种系列可编程控制器，在工业现场得到了广泛的应用。在这个网络中，通过刷新范围决定的软元件在各可编程控制器之间执行数据通信，并且可以在所有的可编程控制器中监控这些软元件。二、相关知识5)BFM#lO～BFM#17为偏移量/增益值设定缓冲寄存器，设定值可用TO指令来写入，写入数值的单位是mV或µA。6）BFM#20为初始化设定缓冲寄存器，当BFM#20被设置为1时，FX3U-4DA恢复到出厂设定状态。7)BFM#21为I/O特性调整抑制缓冲寄存器，若BFM#21被设置为2，则用户调整I/O特性将被禁止；若BFM#21被设置为0，I/O特性调整将保持；默认值为1，即I/O特性允许调整。三、项目实施项目评价和总结项目调试项目软件设计项目硬件接线图设计项目方案设计项目分析四、项目方案设计2.

硬件配置3.梯形图设计

1.

输入输出地址分配五、任务实施1．输入/输出分配表根据控制系统的要求，可确定PLC需要8个输入点、10个输出点，其输入/输出分配见表15-3所示。输

入输

出X000手动方式Y000继电器KA1（加热器1）X001自动方式Y001继电器KA2（加热器2）X002自动起动按钮Y002继电器KA3（电铃）X003起动按钮1Y010加热器1工作指示X004停止按钮1Y011加热器2工作指示X005起动按钮2Y012常温指示（绿）X006停止按钮2Y013低温指示（黄灯闪烁）X007急停按钮Y014高温指示（红灯闪烁）

Y015手动方式指示

Y016自动方式指示五、任务实施2.输入/输出接线图用三菱FX3U型可编程控制器实现恒温控制系统的输入/输出接线，如图15-9所示，FX3U-4AD-PT型模拟量输入模块（模块识别号为K2040）作为系统温度检测模块并通过扩展电缆与PLC相连。五、任务实施3．编写梯形图程序根据恒温控制系统的控制要求，编写的参考梯形图程序如图15-10所示。五、任务实施五、任务实施程序解释：PLC开始运行时，通过特殊辅助继电器M8002产生的初始化脉冲进行初始化，包括将系统设置温度送入有关数据寄存器、作为调温计使用的两个计数器复位。转动选择开关，选择系统操作方式。手动方式时按起动按钮X003或XOO5进行加热，加热温度不受系统控制，加热停止由停止按钮X004或X006控制；自动方式时按下自动起动按钮X002，系统自动起动加热器1和2进行加热，温度受系统要求控制和调节。温度采样时间到达时，系统将待测的4点温度值读入PLC，然后按算术平均的方法求出4点温度的平均值。将平均值与温度上下限进行比较。若平均温度在系统要求范围内则绿灯亮。若平均温度处于要求范围之外，则系统进行调节，并对调节时间进行计时。若调节时间超过3min,则进行声光报警(超温红灯亮，低温黄灯亮，且电铃一直响)；若调节时间小于3min，相应定时用的计数器复位。五、任务实施程序中前44条指令用于识别A/D转换模块，FX3U-4AD-PT的识别号为K2040，如果识别正确则M1接通。本指令段还定义使用此模块的4个通道，并且每个通道均采用电压输出(0～10V)，4个通道计算平均值的采样数为4。将BFM#29中的状态信息分别写到MlO～M25中，若无出错并且已准备好接收数据，则将BFM#5～BFM#8中的内容传送到PLC的Dl～D4中(在第109条FROM指令中实现)。程序第49～90条，加热器1在自动状态下和加热器2同时加热3min，T0为3min定时；然后加热器2断开，加热器2受温度控制，温度低于50℃时自行起动，高于60℃时自行停止。程序第91～126条主要实现1s温度采集功能，然后求其平均值并存入D5中，此平均值再与50～60℃温度段进行比较，并让相应中间继电器Ml2O～M122接通。程序第137～169条主要实现实时监控。当平均温度在温度范围内时绿灯亮；调温时绿灯闪烁；若超过3min调温时间，温度仍低于50℃黄灯闪烁，或温度仍高于6O℃红灯闪烁，同时接通电铃进行报警。五、任务实施4．系统调试（1）在断电状态下，连接好PC/PPI电缆。（2）将PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，此时PLC处于停止状态，可以进行程序编写。（3）在作为编程器的计算机上，运行GXDeveloper编程软件。（4）将图15-10所示的梯形图程序输入到计算机中。（5）将程序文件下载到PLC中。（6）将PLC运行模式的选择开关拨到RUN位置，使PLC进入运行方式。（7）在教师的现场监护下进行通电调试，验证系统功能是否符合控制要求。五、任务实施（8）将转换开关拨向手动操作方式，按下加热器1起动按钮，检查加热器1是否正常工作；按下加热器2起动按钮，检查加热器2是否正常工作。手动运行正常后再将转换开关拨向自动操作方式，按下自动起动按钮，检查输出是否正常，3min后再检查输出是否正常。可人为使温度处于不正常状态，检查系统是否能进行实时温度调节、输出指示灯的状态是否按要求工作。如一切满足控制系统要求，则