第四章--PLC的特殊功能IO模块课件.ppt

表4-1 FX2的特殊功能模块,第一节 模拟量输入、输出处理模块一、模拟量A/D转换输入模块 FX-4AD4通道、12位高精度主要功能：电流或电压输入信号数字量1、FX-4AD的主要技术指标 每一个输入通道设置成电流输入或电压输入方式两种输入方式下的主要技术指标如表4-2所示,表4-2 FX-4AD技术指标,2、模块的编号与外部连线 特殊功能模块通过软电缆接在FX2主机右侧的I/O扩展总线上，从最近主机的那个特殊功能模块开始顺序编号为07号。如图4-1同一模拟量输入模块既可连接电压信号也可连接电流信号。接线方式如图4-2电压信号：接在V+与COM端电流信号：接在I+和COM端 短接该通道的V+与I+,图4-1 特殊功能I/O模块编号,图4-2 输入电压信号和电流信号时模块的外部接线,外部布线时要注意以下几点：1)信号源与模块输入端之间要采用带屏蔽的双绞线连接，屏蔽线接到该通道的SLD端。2)电压输入信号存在噪声和纹波干扰时，可在该通道的V+和COM端并接0.10.47F/25V电容。3)电磁干扰严重时，将各通道的SLD端与模块上的GND、FG端连接，再与PLC的机架接地相连。4)切勿将主电路及高电压电线靠近模块的控制线和信号线，更不可将它们包絷在一起。5)模块外部接线变更时，其补偿值和增益值应重新设定。,3、缓冲数据寄存器（BFM）的编号与分配 缓冲数据寄存器：存放经ADC转换后得到的数字量FX2-4AD内的缓冲数据寄存区间是由32个16位的数据寄存器组成，其编号为BFM0BFM31。各缓冲数据寄存器的用途及存放内容如表4-3所示一、带*号的10个BFM：用于初始化设置二、不带*号的22个BFM：10个BFM用于存放数据供PLC读取，另外12个空置不用,表4-3 FX-4AD BFM#0BFM#31的分配,(续上表),1)BFM#0：输入方式设定，十六进制4位数表示各通道的初始化内容，从最低开始依次控制通道CH1CH4，每一位的有效数范围是03：0输入为电压信号，信号范围为-10+10V；1输入为电流信号，信号范围为+4+20mA；2输入为电流信号，信号范围为-20+20mA；3通道关闭，不接受任何信号BFM#0 的默认值为H0000，CH1CH4都以电压信号输入方式工作。,例如：在图4-1中如果程序运行中执行指令后CH1CH4的工作方式分别是：CH1为电压信号输入，信号范围是-10V+10V CH2为电流信号输入，信号范围是+4mA+20mACH3为电流信号输入，信号范围是-20mA+20mA CH4关闭,2)BFM#1#4：平均值采样次数设定。设定范围为14096。超过此范围按默认值8处理。3)BFM#5#8：存放输入的平均值数字量4)BFM#9#12：存放输入的当前值数字量5)BFM#20：快速重置默认位。置1时各设定值恢复到默认值；置0时允许重新设置，默认值定为H0000。6)BFM21：零点和增益调整控制。b1、b0值为1、0时禁止零点、增益设定值改动；为0、1时允许零点与增益设定值改动；为0、1，即禁止调整。,7)BFM22：需要调整的输入通道的零点与增益值允许改动与否。由G1、O1（即b1、b0状态）、G2、O2（b3、b2状态）、G3、O3（b5、b4状态）、G4、O4（b7、b6状态）分别来控制通道CH1CH4的增益、零点允许改动与否。例如若BFM22的G1、O1位（增益、零点位）均置1，则存放在BFM23和BFM24中的零点和增益设定值就可送入CH1中的零点和增益值寄存器中。各输入通道的增益与零点既可统一调整也可单独调整。,8)BFM#23：存放设定零点值（以5mV/20A为步距）,默认值为0。9)BFM#24：存放设定增益值（以5mV/20A为步距），默认值为5000。10）BFM#29：存放出错信息，由各位状态决定。如b2为0表示DC24V电源正常，为1表示电源有故障。在用户程序中可用FROM指令将其读入以便进行相应的故障处理，BFM29其他各位出错信息如表4-4所示。11）BFM30：存放模块识别码K2010,表4-4 BFM29状态,注：其中b4b7，b13b15未定义。,4、模块与 PLC主机的数据通信 由FROM/TO指令执行在系统运行前首先由 PLC主机通过TO指令对模块进行写操作以完成必要的初始化设置:1)各输入通道的输入方式代码写入BFM0。2)设定各输入通道的平均采样次数。3)各通道零点与增益值的调整零点值（偏置值）是指数字量输出为0时的输入值，增益值是指数字量输出为+1000时的输入值。为保证一定的控制精度和准确性而需要对输入通道的零点值和增益值进行必要的调整。如图4-3所示各通道的输入模拟量与输出数字量的关系,图4-3 增益值和零点值的调整,模块的零点与增益调整也可用模块上的增益和偏置调节按钮与选择开关。无论采用何种方法设置前都必须先将H0001写入BFM21。采用硬件设置的步骤是：1)模块与PLC主机连接如并接上电源2)将FX-4AD方式开关旋至CH13)将输入模拟量与CH1相连，调节输入量到需要数值。4)按下偏置按钮（OFFSET）一次（偏置值的数字量就存入相应缓冲数据寄存器）5)调节输入模拟量直至达到相应增益值。6)增益（GAIN）按钮一次（增益数字量就存入相应缓冲数据寄存器）其他通道的增益偏置值设置可依上述步骤同样进行,各通道设置完毕将方式开关旋至READY位置。,当模块初始化设置完成，在程序运行过程中视需要,可用FROM指令从相应缓冲数据寄存器读入数据。为确保可靠无误，在进行初始化处理和读取相应数据前都必须先读取BFM30模块识别码以便对模块进行确认。,5、程序设计举例 硬件配置如图4-1例4-1：要求FX-4AD的CH1 CH4均设置成电压输入方式，CH1通道设置成零偏置，增益值为2.5V试设计其初始化设置程序。解：程序设计如图4-4所示。CH2CH4的零点与增益值调整按CH1方法同样进行。,图4-4 初始化设置程序举例,例4-2：要求将CH1、CH2设置为电压输入方式，CH3、CH关闭，平均值采用次数为4，并由PLC内D0、D1接受平均值输入数字量。试设计应用程序。解：程序设计如图4-5所示。,图4-5 FX-4AD应用举例,二、模拟量D/A转换输出模块FX-2DA2通道、12位高精度主要功能：输出的数字量电压信号（-10V+10V）或电流信号（-20+20mA）模块中每个通道可以独立设置电压输出或电流输出方式并且可以通过简易的调节或通过程序方便地改变模拟量的输出范围。1、FX-2DA地技术指标 如表4-5所示2、模块的编号与外部接线 编号方式与FX-4AD同，如图4-1所示外部连线如图4-6所示,表4-5 FX-2DA技术指标,图4-6 电压信号与电流信号输出时的外部接线,3、缓冲数据寄存器的编号与分配FX-2DA模块内配置有32个16位缓冲数据寄存器，编号为BFM031，存放模拟量输出监控所需的各类数据。表4-6 FX-2DA模块BFM分配表,(续上表),表中带*者可用TO指令对模块进行写操作，进行初始化设置或将输出数字量写入模块。各BFM使用说明如下：1)BFM0：低2位分别用于CH1、CH2输出通道的输出方式设置，O表示电压输出方式，1表示电流输出方式,默认值位H00。例如设置成H10，表示CH1输出通道的电压输出方式，CH2为电流输出方式。2)BFM1：存放CH1输出数字量 3)BFM2：存放CH2输出数字量 4)BFM5：低2位来决定CH1、CH2的输出状态是保持最后输出值还是回零。其值代表意义是：H00（默认值）：CH1保持 CH2保持 H01：CH1回零 CH2保持 CH10：CH1保持 CH2回零 CH11：CH1回零 CH2回零,5)BFM20：置1时，快速清除零点与增益设值，并使零点与增益恢复至默认值。BFM20的默认值为H0000。6)BFM21：零点与增益值调整允许与否控制，b1、b0位状态为1、0则禁止零点增益值改动，为0、1时允许重新设定，默认值为0、1。数字量输入为0时的模拟量输出值为零点值，数字量输入为1000时的模拟量输出值为增益值。7)BFM22：CH1、CH2通道的零点与增益设定值控制。G1、O1位（CH1增益值控制1和零点值控制位）为1.1时则存放在BFM23和BFM24中的零点和增益值就送入CH1、CH2的零点与增益值寄存器中。8)BFM23：存放输出通道的零点设定值，以5mV或20A为步距。9)BFM24：存放输出通道的增益设定值，以5mV或20A为步距。10)BFM29：存放模块运行中的出错信息11)BFM30：存放模块识别码K3010,4、模块读、写操作程序设计举例硬件配置仍以图4-1所示。例4-3：若保持FX-2DA原有的零点与增益缺省值，也不需要读取状态信息且CH1、CH2输出数字量分别存放在PLC的D0、D1则采用图4-7所示简单程序。,图 4-7 FX-2DA应用举例1,例4-4：使CH1为电压输出方式，CH2为电流输出方式，CH1、CH2的输入数字量分别存放在PLC的D0、D1中，当PLC从RUN到STOP状态后，最后的输出值保持不变。试设计其应用程序。解：程序设计如图4-8所示,图4-8 FX-2DA应用举例2,三、温度传感器A/D转换输入模块FX-2ADPT2通道温度输入12位A/D转换模块模块内附有温度传感器的前置放大器，可以直接与三线的铂电阻PT-100相连接。带有补偿的两路输入可以校正传感器的非线性。模块的瞬时值与设定值等数据也可以用FROM/TO指令读出或写入该模块的技术指标如表4-7所示,表4-7 FX-2DA-PT技术指标,第二节 高速处理模块一、高速计数模块FX-1HC FX-1HC计数频率高达50KHZ不占用PLC主机扫描周期时间，大大提高了PLC的计数器处理速度，计数、计时精度和分辨率。1、模块的技术的指标 主要技术指标如表4-8所示,表48 FX1HC技术指标,2、模块的输入、输出端及输入、输出类型输入端两个脉冲信号输入端、两个信号控制端相脉冲信号输入端：、相脉冲信号输入端：、。信号：控制何时将计数器的计数起始值送入当前值计数器信号：控制计数器何时投入计数,输出端 硬件比较器输出：、软件比较器输出：、电源为，最大负载电流为0.5模块的输出方式一种由模块内硬件比较器的比较结果输出，当前值达到设定值就将输出信号置,其中、按型输出方式，、按输出方式一种由模块内软件进行数据处理，当前值达到设置而使输出信号置，其中、按型输出方式，、按输出方式。,、模块缓冲数据寄存器的分配 32个16位缓冲数据寄存器，编号为BFM#BFM#31。1）BFM0：存放计数方式字，计数方式与该数据寄存器存放内容相应关系如表4-9所示。2）BFM1：存放单相单输入方式，软件控制递加/递减命令3）BFM2和BFM3：存放最大计数限定值的低16位和高16位。4）BFM4：存放计数器的计数方式控制字。控制字各位功能如表4-9所示。,表-计数器计数方式,表4-10 BFM4各位的功能表,5）BFM10和BFM11：存放计数器计数起始值的低16位和高16位6）BFM12和BFM13：存放采用软件比较时的计数设定值的低16位和高16位。7）BFM14和BFM15：存放采用软件比较时的计数设定值的低16位和高16位。8）BFM20和BFM21：存放计数器当前值的低16位和高16位。9）BFM22和BFM23：存放计数器最大当前值的低16位和高16位。10）BFM24和BFM25：存放计数器最小当前值的低16位和高16位。11）BFM26：存放比较结果12）BFM27：存放端口状态13）BFM29：存放故障代码14）BFM30：存放模块识别码,、模块应用编程举例例4-5 硬件配置、如图4-1所示。要求-设置成单相输入并由软件控制16位加计数方式，最大计数限定值为4444，设定值为4000.计数器的计数当前值读入并存放到的寄存器中。试编制该模块的应用程序。解:程序设计如图4-9所示,图4-9 应用举例,二、快速定位控制模块-1、位置控制系统的硬件组成用定位控制模块组成的位置控制系统有两种形式1）单独采用FX1GM作为控制核心完成位置控制任务的单轴系统，结构框图如图4-10。2）由FX-1GH与FX2系列PLC共同完成位置控制任务，结构框图如图4-11，这种组成方式可以完成多轴定位控制。一台FX2系列PLC最多可接8台FX-1GM同时对8个位置控制。,图4-10 FX-1GM控制的单轴定位系统结构框图,图4-11 PLC与FX-1GM控制的多轴定位系统结构框图,2、模块输入、输出端及其外部接线图4-12 FX-1GM的I/O端口接线图，模块有16个输入端，10个输出端。其I/O接线说明如下：1)输入端X0X3作6位拨码盘的BCD码数据输入，Y0Y5作为位选通信号2)输入A接驱动单元的SERVO READY准备就绪信号，为1允许模块输出脉冲，为0表示出错禁止脉冲输出3)输入B接驱动单元的SERVO END，定位结束该信号为1，若在规定结束时间内模块仍收到0信号则发出出错信号,图4-12是FX-1GM的I/0端口接线图,4)输入C接驱动单元的PGO信号5)输入D接机械装置的原点接近开关信号6)输入E接操作面板启动按钮7)输入F接操作面板停止按钮8)输入G接操作面板手动/自动转换主令开关9)输入H、I和J接操作面板10)输出端K、L分别接机械装置上的正转和反转限位开关11)输出端M、N在A方式下分别输出正转脉冲和反转脉冲，在B方式下分别输出脉冲和输出正、反转控制信号,3、模块内缓冲数据寄存器分配 32个16位缓冲数据寄存器，其编号为BFM#0BFM#31FX2系列PLC通过FROM、TO指令对其进行读、写操作。1)BFM#0：存放程序块序号2)BFM#1：设置模块的运行方式，b0b8的位状态，分别表示9种不同的运行方式。3)BFM#2：b0b4存放Y440Y444的状态，b8b15存放M120M127状态。4)BFM#3：b0b10的位状态来表示模块的不同运行情况。5)BFM#4：b0b3、b8b15、分别存放M100103和M110M117的状态。6)BFM#5：存放M代码，在达到预定控制位置后，采用M代码形式及时让PLC去执行其他控制任务。,7)BFM#6与BFM#7：存放当前位置值的低16位和高16位。8)BFM#8：存放正在执行的程序步数。9)BFM#9：存放正在执行的程序块数。10)BFM#10和BFM#25：存放某些指令的操作数。11)BFM#26：b0b6 存放Y0Y6的状态。12)BFM#27：b0b15存放X0X3和AL的16种输入信息状态。13)BFM#28：存放故障代码14)BFM#29：存放FROM和T0指令出错信号15)BFM#30：存放模块识别码K5010,4、模块的编辑指令与用户程序存储器的分配 FX-1GM有30个编程指令，用以编制自己的用户程序，程序容量达到2K步，最多可容纳100个模块。FX-1GM用户程序存储器采用FX-EEPROM型卡匣，其内存空间分配如图4-13所示,图4-13 FX-1GM用户程序存储空间分配,第三节 联网与通信模块一、PLC与计算机之间的联网与通信模块 1、RS-232C 用适配器FX-232ADP RS232C用通信适配器FX-232ADP：以无规约方式与各种具有RS232C接口装置每一台FX2系列PLC左侧的串行通信口可接一台FX-32ADP。图4-4是采用FX-232ADP将一台FX2系列PLC与计算机连接进行串行通信的连接图。,图4-14 FX-232 ADP连接,(1)数据的串行的通信方式PLC与计算机的数据通信：串行通信指令RS直接控制数据传送格式：由特殊数据寄存器D8120来设定，包括波特率、停止位、奇偶校验等，通过组合方式来选择并预先存放在D8120中，具体规定如表4-11所示,表4-11 通信模式设置,例如设置D8120=0F9EH其选择说明：EH=7位数据位，偶校验、2位停止位 9H=波特率为19200 bit/s FH=起始字符、结束字符、硬件1型（H/W1）握手信号、单线模式控制 0H=硬件2型（H/W2）握手信号为OFF,(2)应用程序举例例4-6 将数据寄存器D100D105中的数据按16位通信模式传送出去并将接收来的数据转存到D300D309中。试编制其应用程序。解：设计梯形图如图4-15所示。,图4-15串行数据通信程序举例,2、RS-232接口通信模块FX-232AW 信号传输速度固定为9600 bit/sFX2系列PLC的编程接口是采用RS-422标准，计算机的串行口是采用RS-232标准，数据通信时必须将RS-422标准转换成RS-232标准并采用光电隔离技术。(1)模块端口及外部接线 图4-16是该模块与PLC主机及计算机之间的外部接线图,图4-16 FX-232AW的接线,（2）FX2系列PLC与计算机的通信协议两者通信采用RS-232标准，七位数据位采用ASCII码（部分），数据采用偶校验。数据和字符书写格式如图4-7所示。表4-12列出了通信中字符及其对应的ASCII代。,a)数据格式的规定 b）字符STX（02H）的格式图4-17 数据与字符格式,表4-12 FX系列PLC与计算机通信所用的字符及其ASCII码,PLC与计算机之间的数据通信是以帧为单位进行发送和接收的。一个多字符帧由开始标志字符STX、命令码、数据、结束标志字符ETX以及和校验五部分组成，如图4-18所示。和校验是从命令码到结束标志之间的所有字符的ASCII码（十六进制）相加之和的最低两位。命令码有4个，其功能和操作数如表4-13。,图4-18 多字符帧的组成,表4-13 FX系列PLC与计算机通信所用的命令码,(3)计算机对PLC内字软器件数据的读、写和位元件状态的强制置位与复位操作无论PLC处于STOP还是在RUN状态，计算机都可以按表4-13列出 的4种命令对PLC内的数据进行读、写操作和对位元件状态进行强制置位与复位操作。,二、PLC与PLC的联网与通信模块1、双机并联接口模块FX2-40AP、FX2-40AW 采用FX2-40AP或FX2-40AW双机并联接口模块方便地实现两台FX2系列PLC之间的数据和位状态的自动交换FX2-40AW模块之间采用带屏蔽的双绞线连接FX2-40AP模块之间是采用光缆连接FX2-40AP与FX2-40AW的技术指标如表4-14所示。,表4-14 FX2-40AP/AW技术指标,图4-19 二台PLC并联运行,两台FX2系列PLC按上图连接投入运行后当M8072置1进入通信方式主机（M8070置1）内的M800M899辅助继电器的状态随时可以被从机（M8071置1）读取，从机只能使用其接点而不能使用其线圈从机内的M900M999辅助继电器的状态也随时可被主机读取，主机只能够使用其接点而不能使用其线圈主机中的D490D499和从机中的D500D509数据寄存器中的数据可以相互读取M8073为1表示设置出错M8063为1表示通信出错或校验出错两台PLC并联运行通信所需的时间t为：t70ms主机当前的扫描周期从机当前的扫描时间二台PLC之间最大距离为：采用带屏蔽双绞线连接为10m采用F-0FC-M10光缆连接为10m采用F-0FC-M30光缆连接为30m采用F-0FC-M50光缆连接为50m,2、MELSEC NET/M1N1网接口模块FX-16NP、FX-16NT FX-16NP和FX-16NT是构成M-NET/M1N1网的一种从机接口模块FX-16NP采用光纤电缆连接，站间最大距离可达到50mFX-16NT采用带屏蔽的双绞线连接，站间最大距离可达到100m两种模块的主要性能如表4-15所示：,表4-15 FX-16NP/NT主要性能,图4-20所示是一个PLC分布式控制系统的结构图。图中以三菱公司的一台A2A型PLC为主机，以32台FX2-80MT型的PLC为从机。主机与从机通信采用接口模块AJ71PT32-53并插在主机机架的4号槽内，它占用主机32点I/O。每台从机采用FX-16NP或FX-16NT作为通信接口模块，占用两个从站即8点输入和8点输出。连接方式如图4-21所示，其中A系列PLC与其接口模块之间的数据通信由FROM和T0指令实现，用FROM指令将接口模块中的数据读入主机，用T0指令将数据写到接口模块中的缓冲数据寄存器中去。,图4-20 PLC分布式控制系统结构,图4-21 M-NET/M1N1网的连接,第四节 其他特殊功能模块一、人机界面特殊功能模块人机界面特殊功能模块又称为数据存取单元，是实现人机对话的重要工具之一。数据存取单元已形成系列产品主要有：1、FX系列通用的数据存取单元FX-10DU 采用16字2行LCD显示器2、FX系列通用的数据存取单元FX-20DU 采用明亮的七段显示器和大幅面的操作键盘3、FX和A系列PLC通用的数据存取单元FX-25DU、FX-30DU、FX-40DU 具有带背景光的清晰大画面蓝色液晶显示，其中FX-25DU是10字4行显示，FX-30DU为15字4行显示，FX-40DU为15字7行显示。,二、变量设置单元FX-8AV一种简单的模拟量设置单元，模块上有8个带刻度的小型电位器，可用螺丝刀设置变量，变量值范围为0255。FX2系列PLC专为该单元设置两条应用指令：变量输入VRRD（FNC85）FX-8AV的某一通道（由指令中源数S指定）输入一个8位二进制数（范围为0255）并存放到目标元件中。位置区间输入指令VRSC（FNC86）FX-8AV作为旋转开关由该指令输入其设定位置（范围010取整数）并存放到目标元件中。,图4-22是FX-8AV作为模拟式定时器使用时的应用程序，由模式的VR0通道对定时器T9进行设定。当定时器设定值超过255时，可采用间接设定法，即用MUL（FNC22）指令把存储值乘以某一常数作为设定值。,图4-22 FX-8AV应用程序,三、可编程凸轮控制器F2-32RM用于机械传动控制中对角度位置检测以及在不同角位置时要求发出不同ON/OFF信号的控制场合，可代替32个凸轮开关，通过简单的键操作，输出32个功能实现角度位置控制。该模块主要特点是:1)可在高速旋转中准确检测角度信号2)角度信号由模块板上的数字键输出或由示教方式输入并可对输出状态及当前角度进行监视。3)程序储存在EEPROM卡盒中，程序变更只要更换卡盒。4)角度信号具有掉电保护功能。5)角度传感器与FX-32RM的连接电缆长达100m。6)F2-32RM可独立运行也可与PLC联机使用。,四、数据通信接口模块FX2-24EI F2-32RM、F2-6A、F2-30GM、F-16NP/NT等模块与FX2系列PLC之间进行信号交换的一种接口模块。每个模块占16点输入8点输出，每个FX2系列PLC最多可接3个FX2-24EI模块，要根据模块的连接位置来确定其I/O地址号。图4-23是FX2-48MR接一个8点输入扩展单元和3个FX2-24EI模块的连接示意图，各单元的I/O地址如图所示。主机及I/O模块共占128点I/O。图4-24为以图4-23为例与F-16NP/NT模块进行信号交换连接对应的I/O首元件地址号的关系。,图4-23 FX2-48RM主机与FX2-24EI连接,图4-24 F-16NP/NT接口I/O首地址号,