PLC特殊功能模塊的編程及應(yīng)用

特殊功能模塊現(xiàn)代工業(yè)控制許多新課題，僅僅靠通用I/O模塊來解決，一方面在硬件方面的費用高，軟件編程方面麻煩，另一方面有些控制任務(wù)甚到無法用通用I/O來完成。各廠家開發(fā)出來的品種繁多的特殊I/O，增強了PLC的功能，擴大了應(yīng)用范圍，也為PLC的智能化，網(wǎng)絡(luò)化，專業(yè)化提供了基礎(chǔ)。模擬量輸入輸出模塊PID過程控制模塊中斷輸入模塊與快速響應(yīng)模塊高速計數(shù)模塊運動控制模塊通信模塊模擬量設(shè)定功能擴展板數(shù)據(jù)處理與控制模塊分類：第一節(jié)模擬量輸入輸出模塊工業(yè)控制中，某些輸入量（如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是模擬量，某些執(zhí)行機構(gòu)（如伺服電動機、調(diào)節(jié)閥、記錄儀等）要求PLC輸出模擬量信號，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量；傳感器和變送器的模擬量為標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓，如4~20mA,1~5V,0~10V，PLC通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；帶正負(fù)號的電流或電壓信號在A/D轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制的原碼或補碼表示。D/A轉(zhuǎn)換器可將PLC的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流信號，去控制執(zhí)行機構(gòu)。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)是完成A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的.可以是單獨的A/D轉(zhuǎn)換或D/A轉(zhuǎn)換（只有輸入通道或輸出通道），如模擬量輸入模塊FX2N－4AD，模擬量輸出模塊FX2N－4DA；也可以是模擬量輸入輸出模塊（每塊模塊有輸入通道和輸出通道），如FX2N－3A；例如：加熱爐的溫度用熱電偶或熱電阻檢測，溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流（如4~20mA)或標(biāo)準(zhǔn)電壓（如1~5V）后送給模擬量輸入模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與溫度成比例的數(shù)字量，CPU將它與溫度設(shè)定值比較,并按某種控制規(guī)律對差值進(jìn)行運算，將結(jié)果（數(shù)字量）送給輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?，用來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，通過控制天然氣的流量實現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。如果，用PLC的溫度檢測模塊（如FX2N－4AD－TC，F(xiàn)X2N－4AD－PT），溫度傳感器（熱電偶或熱電阻）與它們直接相連，可省去溫度變送器。FX系列PLC的一般性能指標(biāo)：小型PLC一般沒有模擬量I/O模塊或只有通道數(shù)有限的8位A/D或D/A模塊；大中型PLC可配置成百上千個模擬量通道，且一般是12位的；模擬量輸入、輸出信號可以是電壓或電流信號；可以是單極性信號，如0~5V,0~10V,1~5V,4~20mA；也可以是雙極性信號，如±50mV,±5V,±10V,±20mA,可以輸入多種量程的電壓或電流。模擬量I/O，每塊可能有2,4,8,16個通道，有的模塊有輸入通道和輸出通道。A/D,D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高，如8位A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為1/28＝0.38%；另一個重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換時間；各模塊都是用光電耦合器和DC/DC轉(zhuǎn)換器來隔離輸入/輸出信號和PLC的電源。幾種模擬量輸入輸出模塊：模擬量輸入輸出模塊FX-3A模擬量輸入模塊FX-4AD模擬量輸出模塊FX-2DA溫度傳感器模擬量輸入模塊FX-2AD-PT(內(nèi)附溫度傳感器前置放大器的模擬電壓輸入模塊,可以與三線的鉑電阻PT-100直接連接)熱電偶溫度傳感器模擬量輸入模塊FX-4AD-TC一、模擬量輸入輸出模塊FX-3AFX-3A有2個輸入通道和1個輸出通道，最大分辨率為8位。輸入輸出模擬量可選擇：0~10VDC、0~5VDC、4~20mA。用TO/FORM指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和參數(shù)設(shè)置。占用8個I/O點。FX-3A內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖寄存器（BFM）分配FX-3A使用說明FX0N-3A系列PLC可寫入（TO指令）或讀?。‵ROM指令）FX0N-3A的緩沖寄存器；M0為ON時，第一條TO指令將H00寫入BFM＃17，b0=0,選擇通道1，第二條TO指令將H02寫入BFM＃17，b1b0=10啟動通道1開始A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)ROM指令讀取FX0N－3A通道1的模擬量并存入D0中，M0為OFF時，讀取通道2的模擬量并存入D1。當(dāng)M0為ON時，第一條TO指令將D2中的數(shù)字量寫入BFM#16，該數(shù)字量被FX0N-3A轉(zhuǎn)換為模擬量，后兩條TO指令分別將H04和H00寫入BFM#17，使b2=1→0啟動D/A轉(zhuǎn)換。二、模擬量輸入模塊FX-4AD1、基本技術(shù)指標(biāo)4通道12位模擬量輸入模塊各通道可指定為電流輸入（-20mA~+20mA）或電壓輸入（-10V~+10V），分辨率為20μA，5mV在程序中，占用8個輸入輸出點，一臺FX0N最多可連接8個FX0N-4AD模塊。2、模塊編號從最靠近基本單元的那一個開始順次編號0~7。3、緩沖寄存器（BFM）的分配BFM區(qū)由32個16位的寄存器組成，編號為#0~#31。4、瞬時值和設(shè)定值的讀出和寫入用TO/FROM指令。三、模擬量輸出模塊FX-2DA1、基本技術(shù)指標(biāo)2通道12位模擬量輸出模塊各通道可指定為電流輸入（4mA~+20mA）或電壓輸入（-10V~+10V），分辨率為20μA，5mV，綜合精度為1%，轉(zhuǎn)換速度最高為9ms/通道，在程序中，占用8個輸入輸出點，一臺FX0N最多可連接8個FX0N-2DA模塊。2、模塊編號從最靠近基本單元的那一個開始順次編號0~7。3、緩沖寄存器（BFM）的分配BFM區(qū)由32個16位的寄存器組成，編號為#0~#31。4、瞬時值和設(shè)定值的讀出和寫入用TO/FROM指令。四、溫度傳感器模擬量輸入模塊FX-2AD-PT1、基本技術(shù)指標(biāo)2通道溫度輸入12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)附溫度傳感器前置放大器的模擬電壓量輸入模塊，可直接與三線的鉑電阻PT-100直接連接，帶補償?shù)膬陕份斎耄尚Ｕ齻鞲衅鞯姆蔷€性。分辨率為0.2~0.3℃，綜合精度為1%，額定溫度范圍-100~+600℃轉(zhuǎn)換速度最高為15ms/通道，在程序中，占用8個輸入輸出點，一臺FX0N最多可連接8個FX-2AD-PT模塊。2、模塊編號從最靠近基本單元的那一個開始順次編號0~7。3、瞬時值和設(shè)定值的讀出和寫入用TO/FROM指令。五、熱電偶溫度傳感器模擬量輸入模塊FX-4AD-TC1、基本技術(shù)指標(biāo)4通道12位熱電偶溫度傳感器模擬量輸入模塊，可與K型（-100~1200℃）和J型（-100~600℃）熱電偶配套使用，K型和J型熱電偶的數(shù)字輸出量分別為-1000~+12000，-1000~6000K型分辨率為0.4℃，J型分辨率為0.3℃，綜合精度為0.5%,各通道可分別使用K型或J型，轉(zhuǎn)換速度最高為240ms/通道，在程序中，占用8個輸入輸出點，一臺FX0N最多可連接8個FX-4AD-TC模塊。2、模塊編號從最靠近基本單元的那一個開始順次編號0~7。3、瞬時值和設(shè)定值的讀出和寫入用TO/FROM指令。六、FX-4AD和FX-2DA的使用每一個I/O模塊，都要掌握其BFM的分配再用TO/FROM對各BFM寄存器進(jìn)行讀寫帶*號的BFM中的數(shù)據(jù)可通過TO指令改寫，改變模塊的運行參數(shù)；從指定的模擬量輸入模塊讀入數(shù)據(jù)前應(yīng)先寫入設(shè)定值，否則按缺省設(shè)定值執(zhí)行。用FROM指令將不帶*號的BFM內(nèi)數(shù)據(jù)讀入。FX-4AD的BFM：（1）BFM#0，寫入十六進(jìn)制4位數(shù)字H0000，使各通道初始化，最低位數(shù)字控制通道1，最高位控制通道4；各位數(shù)字意義：0：設(shè)定輸入范圍-10~+10V；1：設(shè)定輸入范圍4~20mA;2：設(shè)定輸入范圍-20~+20mA;3：關(guān)閉該通道。如：BFM#0=H3310，則4個輸入通道，CH1：設(shè)定輸入范圍-10~+10V；CH2：設(shè)定輸入范圍4~20mA；CH3，CH4：關(guān)閉。（2）輸入的當(dāng)前值送到BFM#9~12，輸入的平均值送到BFM#5~8。（3）各通道平均值取樣次數(shù)分別由BFM#1~4指定，取樣次數(shù)范圍1~4096，若設(shè)定值超范圍，按缺省值8次處理。（5）若BFM#21的b1b0=10,則增益和零點的設(shè)定值禁止改動。若b1b0=01，允許改動零點和增益的設(shè)定值，零點：數(shù)字量輸出為0時的輸入值；增益：數(shù)字量輸出為+1000時的輸入值。（6）BFM#23，24內(nèi)的增益和零點設(shè)定值會被送到指定輸入通道的增益和零點寄存器中，而需要調(diào)整的輸入通道由BFM#22的G，O（增益-零點）位的狀態(tài)來指定。如：BFM#22內(nèi)G1O1（b1b0）=11,則BFM#23，24的設(shè)定值送入通道1的增益和零點寄存器。各通道的增益和零點可統(tǒng)一調(diào)整，也可單獨調(diào)整。（7）BFM#23，24的設(shè)定值單位為mV,μA，但受分辨率影響，實際響應(yīng)步距為5mV/20μA。（8）BFM#30中存放特殊功能模塊的識別碼，PLC用FROM指令讀入，F(xiàn)X-4AD識別碼為K2010，用戶可在程序中利用識別碼，在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)模塊。（9）BFM#29中各位的狀態(tài)是FX-4AD運行正常否的信息，如：b2=0,表示DC24V電源正常，b2=1則電源有故障。用FROM指令讀取BFM#29中，可作響應(yīng)處理。FX-2DA的BFM：表中帶*號的BFM可用TO指令寫入數(shù)據(jù)，PLC由STOP→RUN時將數(shù)據(jù)寫入BFM中，當(dāng)FX-2DA通電時，BFM值復(fù)位，恢復(fù)為缺省設(shè)定值。（1）BFM#0中的兩位十六進(jìn)制分別用于控制兩通道的輸出模式，最低位控制CH1，最高位控制CH2，0：電壓輸出（-10~+10V）1：電流輸出（+4~+20mA）如：H10：表示CH1為電壓輸出，CH2為電流輸出；（2）輸出數(shù)據(jù)寫入BFM#1，2；BFM#1為CH1數(shù)據(jù)，BFM#為CH2數(shù)據(jù)，缺省值為0；（3）PLC由RUN→STOP后，F(xiàn)X-2DA輸出是保持最后的輸出值還是回零點，取決于BFM#5中的十六進(jìn)制數(shù)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的識別碼為K3010，存于BFM#30中；（5）BFM#29中，各位的狀態(tài)是FX-2DA運行正常否的信息。四、程序舉例

第二節(jié)其它特殊I/O模塊一、中斷輸入模塊與快速響應(yīng)模塊適合于要求快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，接收到中斷輸入信號后，暫停正在進(jìn)行的主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完后返回來繼續(xù)執(zhí)行主程序；A系列中斷輸入模塊有16個中斷輸入點，響應(yīng)時間小于0.2ms,可在輸入脈沖前沿或后沿起動；有的整體式PLC集成了中斷輸入模塊的功能，如FX有6點中斷輸入X0~5；PLC輸入/輸出間存在著因掃描工作方式引起的延遲，可達(dá)到兩個掃描周期的延遲。但快速模塊可快速地響應(yīng)輸入脈沖，或監(jiān)控很窄的輸入脈沖。模塊的輸出與PLC掃描過程無關(guān)，由輸入量直接控制，輸出量同時還受到用戶程序的控制。二、高速計數(shù)模塊PLC梯形圖程序中計數(shù)器的最高工作頻率受掃描周期的限制，只有幾十Hz；工業(yè)控制中，有時要求PLC有快速計數(shù)功能，計數(shù)脈沖可能來自旋轉(zhuǎn)編碼器，機械開關(guān)或電子開關(guān)。高速計數(shù)模塊：可對幾十KHz，甚至上MHz的脈沖計數(shù)，有一個或幾個開關(guān)量輸出點，當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值≥預(yù)置值時，輸出被驅(qū)動，與掃描周期無關(guān)，可保證負(fù)載被及時驅(qū)動；如：生產(chǎn)線上，傳送帶用伺服電動機驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出能反映傳送帶位移量的計數(shù)脈沖，送給高速計數(shù)模塊計數(shù)，CPU根據(jù)計數(shù)值與位置設(shè)定值的差值，從模擬量輸出模塊送出模擬量控制信號，經(jīng)伺服控制器功率放大后控制伺服電動機的轉(zhuǎn)動和停車過程，實行運動速度和位置的閉環(huán)控制。FX系列內(nèi)置的高速計數(shù)器可用于簡易的定位,如果要進(jìn)行更高精度的定位時則要采用FX的高速計數(shù)模塊FX-1HC。FX的高速計數(shù)模塊FX-1HC可作2相50KHZ，1通道的高速計數(shù)器。可與編碼器相連。一臺FX可接8塊FX-1HC。占用8個輸入輸出點。三、運動控制模塊模塊帶有微處理器，控制運動物體的位置、速度和加速度，可控制直線運動或旋轉(zhuǎn)運動，單軸或多軸運動。使運動控制與PLC順序控制功能有機結(jié)合，用于機床，裝配機械等場合。位置控制一般采用閉環(huán)控制，用伺服電動機作驅(qū)動裝置。如：用步進(jìn)電動機作驅(qū)動裝置，可采用開環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。屬于運動控制模塊的有：1.FX-1PG脈沖輸出模塊2.定位模塊：FX-10GM，F(xiàn)X-20GM，E-20GM3.可編程凸輪控制單元FX-1RM-SET、F2-32RM-SET(1)FX-1PG脈沖輸出模塊可作1軸控制，用FROM/TO指令設(shè)定各種參數(shù)，讀出定位值和運行速度，占用PLC8點I/O一臺FX可接8塊FX-1PG（2）定位模塊：FX-10GM，F(xiàn)X-20GM，E-20GMFX-10GM是1軸定位單元，有4點通用輸入和6點通用輸出,最高輸出為100kbit/s,FX-20GM，E-20GM是2軸定位單元，內(nèi)置EEPROM，E-20GM可單獨使用，可執(zhí)行直線插補，圓弧插補，或獨立的2軸控制，最高輸出為200kbit/s,占用8點I/O,FX-10GM和FX-20GM須通過FX-CNV-IF變換器與FX相連。（3）可編程凸輪控制單元FX-1RM-SET在機械控制系統(tǒng)中，常通過檢測角度位置來接通或斷開外部負(fù)載，過去常用機械式凸輪開關(guān),但機械式凸輪開關(guān)，要求加工精度高，易磨損，PLC可編程凸輪控制單元FX-1RM-SET可實現(xiàn)高精度角度位置檢測。可單獨使用，也可與FX聯(lián)用，使用與它構(gòu)成一體的數(shù)據(jù)設(shè)定組件，可進(jìn)行動作角度設(shè)定和監(jiān)視。內(nèi)置EEPROM，可存放8種不同程序。配套，無刷轉(zhuǎn)角傳感器，電纜最長達(dá)100m。FX可接3塊FX-1RM-SET，占用8點輸入輸出點。用光電耦合器隔離，響應(yīng)時間為3ms。四、通信模塊PLC通信網(wǎng)絡(luò)的接口—通信模塊。PLC的通信模塊用來完成與別的PLC，其他智能控制設(shè)備或主計算機之間的通信。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。FX通信模塊，包括：功能擴展板，適配器和通信模塊。RS-232C通信用功能擴展板與通信模塊FX-422-BD通信用功能擴展板RS-232C/485變換接口FX-485PC-IF-SETRS-485通信用適配器與通信用功能擴展板MELSECNET/MINI接口模塊RS-232C通信用功能擴展板與通信模塊FX0N-232ADP通信用適配器在FX0N單元上可連接1臺于左側(cè)。FX-232-BD通信用功能擴展板價格便宜，可安裝在FX內(nèi)部，傳送距離15m，最大傳輸速率19200bit/s。除與各種RS-232C設(shè)備通信外，還可通過PC的專用軟件向FX傳送程序，或通過PC監(jiān)視PLC的運行狀態(tài)。FX-232IF是RS-232C通信模塊，在FX上最多可連接8塊FX-232IF，用光電耦合器隔離，用FROM/TO命令收發(fā)數(shù)據(jù)。FX0N-232ADP適配器或功能擴展板（FX-232-BD）連接到PLC上，即可與PC、打印機、條碼讀出器等裝有RS-232C的外部設(shè)備通信。通信時，可使用FX的串行數(shù)據(jù)傳送指令（RS）。串行通信接口的波特率、數(shù)據(jù)長度、奇偶性等可由特殊數(shù)據(jù)寄存器設(shè)置。FX-422-BD通信用功能擴展板FX-422-BD用于RS-422通信?？蛇B接PLC的外部設(shè)備，數(shù)據(jù)存取單元（DU），人機界面（GOT）。可同時將兩臺外部設(shè)備接在FX上。安裝在PLC內(nèi)部，不需外部安裝空間。傳送距離為50m，最大傳輸速率為19200bit/s。RS-232C/485變換接口FX-485PC-IF-SETFX-485PC-IF-SET用于將RS-232C信號轉(zhuǎn)換為RS-485信號，以便有RS-232C接口的計算機與PLC通信一臺PC機最多可與16臺PLC通信。RS-485通信用適配器與通信用功能擴展板FX-485是絕緣型通信適配器，一臺FX系列PLC可安裝一個FX-485-ADP，F(xiàn)X-485–BD是RS-485通信用功能擴展板，傳輸距離為50m，最大傳輸速率為19200bit/s，一臺FX系列PLC可安裝一塊FX-485-BD，除與PC通信外，通過FX-485-BD還可在兩臺FX間實現(xiàn)并聯(lián)連接。使用RS-485通信適配器或功能擴展板，可將PC作為主站，對FX系列PLC進(jìn)行集中管理和監(jiān)視，實現(xiàn)生產(chǎn)線、車間或工廠的監(jiān)視和自動化。若干FX通過FX-485–ADP或FX-485-BD串級相連，再通過FX-485PC-IF連接到PC的RS-232C接口，可組成PC為主機，F(xiàn)X基本單元為子站（最多16臺）的通信網(wǎng)絡(luò)。MELSECNET/MINI接口模塊使用MELSECNET/MINI接口模塊，F(xiàn)X系列PLC可作為A系列PLC的就地控制子站，實現(xiàn)系統(tǒng)的集中管理和分散控制。MELSECNET/MINI接口模塊包括：FX-16NT，F(xiàn)X-16NP/NT，F(xiàn)X-16NP/NT-S3。各接口間可用雙絞線電纜（站間最大距離為100m）或光纖電纜（站間最大距離為50m）連接。特殊模塊FX2—24EI

FX2一24EI特殊功能模塊是特殊單元與FX2、FX2C系列PLC之間進(jìn)行信號交換的簡易接口單元。這些特殊單元包括：可編程凸輪開關(guān)F2—32RM—SET、模擬量I／O單元F2—6A、脈沖輸出單元F2—30GM、MELSECNET／MINI—S3接口單元F一16NP／NT。為了在這些特殊單元與PLC之間進(jìn)行信號交換，應(yīng)根據(jù)FX2一24EI特殊模塊的連接位置確定首I／O元件號。每個FX2一24EI占有16個輸入點，8個輸出點。每個FX2系列PLC最多可連接3個FX2一24EI單元，總I／O點數(shù)不得超過128點。FX2一24EI從基本單