《PLC应用技术》课件第7章

第7章PLC特殊功能模块简介7.1三菱FX2系列PLC的特殊功能模块使用通则7.2三菱FX2系列PLC的模拟量输入模块(A/D转换模块)7.3三菱FX2系列PLC的模拟量输出模块(D/A转换模块)习题七本章知识点：

特殊功能模块；

典型例题分析。所谓特殊功能模块，是指用PLC主机指令不能直接完成，而在工业控制中又经常使用到的一些特殊功能。为方便应用，一些比较大的PLC厂家都各自生产与自己的机型相配套的特殊功能模块，它们以专用模块的形式独立构成，以扩展PLC的控制能力和应用范围。这些特殊功能模块，通常都是按功能用途来命名的，例如：模拟量输入/输出模块(A/D、D/A)、温度控制模块、定位控制模块、高速计数模块、数据通信模块等。下面我们以三菱FX2系列PLC为例，介绍典型的特殊功能模块的使用方法。7.1三菱FX2系列PLC的特殊功能模块使用通则

1.与PLC主机的连接三菱FX2系列PLC中不同型号的主机允许连接的功能模块的数量是不同的，可以通过查阅手册确定，一般为4～8个。所有的特殊功能模块都位于主机的右侧，用连接电缆依次连接，如图7.1所示。图7.1特殊功能模块与PLC主机的连接

2.位置编号特殊功能模块从左至右依此为N0、N1、N2、…，需要注意的是，输入/输出扩展模块不参与编号，而且它们的位置可以任意放置。

3.占用I/O点数每个特殊功能模块需要占用8个输入/输出点，用于扩充总线的连接(输入和输出可以任意分配)。

4.功率消耗每个特殊功能模块都需要消耗一定的功率，一般以电流值给出，如果该电流值由主机提供时，需要检查主机电流的总容量能否承担。连接多个特殊功能模块时必须检查功率总容量能否满足要求。

5.系统框图特殊功能模块的系统框图如图7.2所示。图7.2特殊功能模块的系统框图

6.指令格式三菱FX2系列PLC与特殊功能模块连用时的指令主要有读和写两条指令。

(1)读特殊功能模块的指令。格式如下：

FROM (FNC78)读特殊功能模块的梯形图如图7.3所示。图7.3读特殊功能模块的指令的梯形图格式在图7.3中，m1表示特殊功能模块的编号；m2表示特殊功能模块内部缓冲寄存器(BFM)首地址号；[D.]表示PLC主机内目标寄存器元件名称及首地址号；n代表常数，即需要读入的数据，n=1～32。根据图7.2所示的连接方式，我们给出以下的例子，其梯形图如图7.4所示。图7.4读特殊功能模块的指令的应用实例此程序表示当X2接通时，将NO.2模块(4AD-PT)内BFM#5～#8的数据读入到PLC主机D20～D23数据寄存器中。

(2)写特殊功能模块的指令。格式如下：

TO (FNC79)写特殊功能的梯形图如图7.5所示。图7.5写特殊功能模块的指令的梯形图格式在图7.5中，m1表示特殊功能模块的编号；m2表示特殊功能模块内部缓冲寄存器(BFM)首地址号；[S.]表示数据源；n代表常数，即需要读入的数据，n=1～16。我们仍根据图7.2所示的连接方式，给出以下的例子，其梯形图如图7.6所示。图7-6写特殊功能模块的指令的应用实例图7.6表示当X3接通时，将十六进制数H3300写入NO.0模块(4AD)的缓冲寄存器(BFM)的#0号单元中。

7.应用程序的一般格式

(1)确认功能模块识别码和模块所在位置。确认功能模块识别码和模块所在位置是否正确，其梯形图如图7.7所示。图7.7确认功能模块识别码和模块所在位置是否正确的梯形图上述梯形图表示，当X10接通时，从NO.0号模块BFM#30中读出该模块的识别码，并存放在PLC的D10数据寄存器中。已知K2010是FX2-4AD的识别码，如果M11=ON，则说明NO.0号模块是FX2-4AD模块，模块型号和位置都是正确的，即可以进行下一步的参数设置工作。

(2)初始参数的设定。对于A/D或D/A模块，初始参数的设定通常包括：通道的选择、输入电压及电流的选择、输入范围的设定、增益及偏移量的设定等。对于计数类模块，需要设定脉冲输入的方式(即相数)、计数器的长度、输出设定值等。对于运动控制类模块，则需要设定脉冲速率、进给速率、各种控制操作命令等。需要注意的是，初始参数的设定一般都在模块位置和型号都被正确确认以后才进行，通常采用以下的程序格式，如图7.8所示。图7.8初始参数的程序格式7.2三菱FX2系列PLC的模拟量输入模块(A/D转换模块)用PLC处理连续变化的变量时，必须先用A/D变换模块将模拟量变成数字量，A/D模块的输入量通常为电压或电流量。对于非电量的模拟量，例如：压力、流量、速度和加速度等，必须先将其转变为电量后，才能经过A/D模块输入PLC处理。

FX2系列PLC常用的A/D模块有：FX-2AD、FX-4AD、FX-8AD、FX-4AD-PT、FX-4AD-TC等，我们首先介绍模拟量的基本概念。

1.模拟量的基本概念日常生活与工业控制现场需要测量与控制的物理量五花八门、千差万别，按照其随时间的变化规律与表现形式，一般可以分为开关量和模拟量两类。开关量是指只有通、断两种状态，在时间和数值上都是离散的逻辑变量。由于可编程控制器最初就是专门为开关量而设计的，因此，各种开关量信号可以直接作为可编程控制器的输入控制信号。对于可编程控制器而言，实现开关量的逻辑控制十分方便。模拟量不同于开关量，它是指在时间、数值上均为连续变化的物理量。也就是说，随时间的变化，模拟量的变化是连续而平滑的；数值上，模拟量在一定范围内可以取任意值。声音信号、图像信号是模拟量，温度、湿度、压力、位移、速度、加速度、流量等也都是模拟量。模拟量一般具有以下四个方面的基本性质。

(1)初始性。前面已经提到，模拟量有电量和非电量之分。温度、湿度、压力、位移、速度、加速度、流量等属于非电量；电流、电压及其他各种电信号都属于电量。不管是电量还是非电量，它们大部分都是自然界中的初始变量，它们的变化大都反映客观事物的变化规律，这就是模拟量的初始性。由于电信号容易测量、处理、存储、转换和控制，因此，在自动控制系统中，对非电量进行测量、处理、控制时，首先需要将非电量通过各种传感器、变送器转化为模拟电信号，以便实现对非电量的电气测量与电气控制。模拟电信号包括电压信号和电流信号。为了便于信号的转换与处理，通常规定标准的模拟电压信号是0～10V，标准的模拟电流信号是4～20mA或0～20mA。一般地，经过各种传感器、调节器处理后的模拟电信号都是标准的。以后，如果没有特别说明，当提及模拟电信号时，一般都指标准的模拟电流信号或模拟电压信号。图7.9表示模拟电信号的产生过程。图7.9模拟电信号的产生过程

(2)连续性。模拟量的基本特征是其变化的连续性。在特定的时间范围内，模拟量的取值是任意的，它随时间的变化曲线是平滑而连续的，没有断点。图7.10是常见的几种模拟量变化曲线。在图7.10中，(a)图是电容器充电曲线；(b)图是心电图曲线；(c)图是李萨如图形；(d)图是正弦交流电曲线；(e)图是二极管伏安特性曲线；(f)图是物体的冷却特性曲线。

(3)转换性。随着电子技术和传感器技术的发展，无论是电模拟量或非电模拟量都可以通过一定的处理电路转化为模拟电信号。模拟电信号又可以通过A/D转换电路转换为数字信号(开关量)；数字信号(开关量)也可以通过D/A转换电路转换为模拟信号，实现模拟量与数字量(开关量)的相互转化。图7.11表示模拟量与数字量之间的相互转化关系。图7.10常见的几种模拟量变化曲线图7.11模拟量与数字量之间的相互转化关系

(4)过程性。由于模拟量随时间作连续变化，客观地反映了物理量的变化过程，因此模拟量通常与过程有关，具有一定的过程性。输入信号与输出信号都是模拟量的控制系统叫做模拟量控制系统；被控制量是压力、液位、流量、温度等模拟量的控制系统，叫做过程控制系统。可见，模拟量控制系统实际上都属于过程控制系统，例如，发电厂蒸汽锅炉的温度控制系统、数控机床上的位置控制系统、石油化工厂中储油罐的液位控制系统等，既是模拟量控制系统，又是过程控制系统。传统的模拟量控制系统主要采用常规电动仪表，例如，DDZ–Ⅱ型和DDZ–Ⅲ型仪表。随着电子技术的发展，新型的过程控制型计算机不断涌现，在STD总线计算机、可编程调节器、集散型控制系统的基础上，可编程控制器的模拟量控制得到了越来越广泛的应用。为了满足模拟量控制系统的控制要求，提高可编程控制器的市场竞争能力，几乎所有的可编程控制器生产厂家，都在自己的PLC产品上开发了模拟量控制功能。一方面，在软件上为PLC增加功能指令；另一方面，在硬件上为PLC设计各种各样的模拟量控制功能模块。图7.12所示为可编程控制器的模拟量控制系统框图。图7.12可编程控制器的模拟量控制系统框图

2. FX-4AD模拟量输入模块概述

FX-4AD模拟量输入模块是FX2系列PLC专用的模拟量输入模块，它有4个输入通道，通过输入端子变换，可以任意选择电压或电流输入状态。电压输入时，输入信号范围为DC－10～＋10V，输入阻抗为200kΩ，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。FX-4AD模拟量输入模块在数据传输时以12位二进制数进行转换，以补码的形式储存在16位数据寄存器中，数值范围是－2048～＋2047，因此它的传输速率达到15kb/ms，综合精度达到量程的1%。

FX-4AD模拟量输入模块的工作电源是DC24V，模拟量与数字量之间采用光电隔离技术。

FX-4AD模拟量输入模块的4个输入通道占用基本单元的8个映像表，即在软件上占用8个I/O点数，在计算PLC的I/O点数时，可以将这8个点作为PLC的输入点。

FX-4AD模拟量输入模块的内部有一个数据缓冲寄存器区，它由32个16位寄存器组成，编号为BFM#0～31，其内容与作用可参见表7.1。表中带有“*”的数据缓冲寄存器区的内容，可以通过PLC的FROM和TO指令进行读、写操作。其中BFM#29的错误信息见表7.1和表7.2。表7.1FX-4AD模拟量输入模块的BFM分配表表7.2FX-4AD模拟量输入模块BFM#29的状态信息表注：b4、b9、b13～b15没有定义。

3. FX-4AD模拟量输入模块的编程方法下面我们通过几个实例来说明FX-4AD模拟量输入模块的编程方法。例7.1现在将FX-4AD模拟量输入模块接在FX2基本单元的最近位置，模块编号为0。开通1、2两个通道作为模拟电压的输入通道(3、4两个通道关闭)，设计算平均值的采样次数定为4次，试编制程序将这两个模拟电压值输入到PLC的数据寄存器D0和D1中。解：梯形图如图7.13所示，通过此程序，可以将这两个模拟电压值输入到PLC的数据寄存器D0和D1中。

(1)梯形图。图7.13将两个模拟电压值输入到PLC的数据寄存器D0和D1中的梯形图(2)指令。例7.2现在有一个液压折板机，需要执行压板的同步控制，其系统原理如图7.14所示。液压缸A为主动缸，液压缸B为从动缸，由电磁换向阀控制A缸的运动方向，单向节流阀调节其运动速度。位置传感器1、2(滑杆电阻)用以检测液压缸A和液压缸B的位置，其输出范围是－10V～＋10V。当两者的位置存在差别时，伺服放大器输出相应的电流，驱动电液伺服阀，使液压缸B产生相应的运动，从而达到同步控制的目的。本题中，要求伺服放大器的功能由PLC、特殊功能模块4AD和2DA组成的系统来实现，试设计PLC程序。图7.14液压折板机系统原理图解：(1)模块的安装连接。两个传感器1和2的输入信号分别用双绞线连接到特殊功能模块4AD的CH1、CH2相应的端子上。

(2)初始参数的设定。①通道选择。由于本题中CH1、CH2的输入全部在－10V～＋10V，CH3、CH4暂时不使用，所以根据表7.1，BFM#0单元的设置应该是H3300。②模/数转换速度的选择。可以通过对BFM#15写入0或1来进行选择，输入0选择低速；输入1选择高速。本题输入1，即选择高速。③调整增益和偏移量。由题意可知，本题不需要调整偏移量，增益值设定为K2500(2.5V)。

(3)梯形图。此程序的梯形图由三部分组成：①初始化程序，如图7.15所示。图7.15初始化程序对应的指令如下：②调整程序，如图7.16所示。图7.16调整程序对应的指令如下：③控制程序，如图7.17所示。图7.17控制程序对应的指令如下：7.3三菱FX2系列PLC的模拟量输出模块(D/A转换模块)

FX-2DA模拟量输出模块也是FX2系列PLC专用的模拟量输出模块，它具有两个输出通道，通过输出端子变换，可以任意选择电压或电流输出状态。电压输出时，输出信号范围为DC －10V～＋10V，可接负载阻抗为1kΩ～1MΩ，分辨率为5mV，综合精度1%；电流输出时，输出信号范围为DC ＋4mA～＋20mA，可接负载阻抗不大于250Ω，分辨率为20μA，综合精度1%。

FX-2DA模拟量模块的工作电源为DC24V，模拟量与数字量之间采用光电隔离技术。

FX-2DA模拟量输出模块有两个输出通道，仍要占用基本单