PLC的模拟量控制.ppt
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1、第5讲 PLC的模拟量控制,主编:李方园,目录CONTENTS,1,FX0N-3A模拟量模块,2,FX2N-2AD与FX2N-2DA模拟量模块,3,FX2N-4DA模拟量输出模块,5,模拟量入门知识,FX2N-4AD模拟量输入模块,4,在生产过程中,存在大量的物理量,如压力、温度、速度、旋转速度、pH 值、粘度等。为了实现自动控制,这些模拟信号都需要被PLC来处理。图5.1所示为PLC处理模拟量的过程。,5.1.1 PLC处理模拟量的过程,图5.1模拟量模块的作用,图5.1中,测量传感器利用线性膨胀、角度扭转或电导率变化等原理来测量物理量的变化;测量变送器将传感器检测到的变化量转换为标准的模拟
2、信号,如:10V,20mA,4.20mA,这些标准的模拟信号将接到模拟输入模块上。由于PLC的CPU只能处理数字量信号,因此模拟输入模块中的ADC(模数转换器)就是用来实现转换功能。模数转换是顺序执行的,也就是说每个模拟通道上的输入信号是轮流被转换的。模数转换(通过指令“FROM”)的结果存在结果存储器中,并一直保持到被一个新的转换值所覆盖。如果要进行模拟量输出,也可以使用“TO”指令向模拟输出模块中写模拟量的数值(由用户程序计算所得),该数值由模块中的DAC(数模转换器)变换为标准的模拟信号。,5.1.2 FROM与TO指令,模拟量扩展模块都是特殊功能模块,可用特殊功能模块读指令FROM(F
3、NC78)和特殊功能模块写指令TO(FNC79)进行编程。1.FROM指令FROM指令用于从特殊单元缓冲存储器(BFM)中读入数据。格式:,含义:将编号为m1的特殊单元模块内,从缓冲存储器(BFM)号为m2开始的n个数据读入基本单元,并存放在从D.开始的n个数据寄存器中。,2.TO指令TO指令用于向特殊单元缓冲存储器(BFM)中写入数据。格式:,说明:m1:特殊功能模块的模块号码。模块号从基本单元最近的开始按No.0No.1No.2 顺序连接。模块号用于以FROM/TO指令指定哪个模块工作。m2:缓冲存储器(BFM)号码。特殊功能模块中内藏了32点16位RAM存储器,即缓冲存储器。缓冲存储器号
4、为#0#32766,其内容根据各模块的控制目的而设定。n:待传送数据的字数。,5.2.1 FX0N-3A的技术规格与接线,1、概述FX0N-3A 是三菱公司的模拟量输入和输出模块(图5.2所示),它提供8 位分辨率精度和提供2 路模拟量输入(DC 0 至10V或AC 4 至20mA)通道和1 路模拟量输出通道(DC 0 至10V 或DC 0 至5V)。A/D 转换时间100 S,D/A 处理速度是T O 指令处理时间的3倍。正因为FX0N-3A 模块有较好的性价比,因此广泛应用于各种设备当中。,图5.2 FX0N-3A的外观与接线端子,2、模拟量输入与输出接线FX0N-3A 包含两路输入通道和
5、一路输出通道。输入通道将外部输入的模拟信号转换成内部的数字信号(A/D 转换),输出通道将内部的数字信号转换成外部的模拟信号(D/A 转换)。根据接线不同,可以选择电压信号或电流信号的模拟输入或模拟输出,模拟输入通道或模拟输出通道的可接受范围为DC 010V、DC 05V 或DC 420mA。模拟量输入与输出接线如图5.3、图5.4所示。需要注意的是两路输入通道均为同一特性,不可以混合使用电压输入和电流输入。当使用电流输入时,应确保VIN*端子和IIN*端子短路连接(电压输入时不可短接);当电压输入或输出存在波动或大量噪声时,应在相应处连接0.10.47uF 25V DC的电容。,图5.3 输
6、入接线,图5.4输出接线,3、模拟量输入规格表5.1所示为FX0N-3A的模拟量输入规格。,表5.1 FX0N-3A的模拟量输入规格,FX0N-3A的输入特性即模拟量输入与对应的数值如图5.5所示。根据图可以得出:输入模拟电压转换数字值:2551010.2=250输入模拟电流转换数字值:255(204)(20.324)=250,图5.5模拟量输入与对应的数值,4、模拟量输出规格FX0N-3A的模拟量输出规格如表5.2所示。,FX0N-3A的输出特性即模拟量输出与对应的数值如图5.6所示。根据图可以得出:输出数字值转换模拟电压值:25510250=10.2输出数字值转换模拟电流值:255(204
7、)250+4=20.32,图5.6 模拟量输出与对应的数值,4、模拟量输出规格FX0N-3A的模拟量输出规格如表5.2所示。,表5.2 FX0N-3A的模拟量输出规格,FX0N-3A的输出特性即模拟量输出与对应的数值如图5.6所示。根据图可以得出:输出数字值转换模拟电压值:25510250=10.2输出数字值转换模拟电流值:255(204)250+4=20.32,图5.6 模拟量输出与对应的数值,5.2.2 程序设计,1、模块的编号FX0N-3A 可以连接到FX1N、FX2N、FX1NC 或FX2NC 系列的PLC所有的数据传输和参数设置均通过PLC 程序进行控制与调整。对基本单元给予被连接的
8、特殊模块选择,模块号码由靠近基本单元开始,以NO.0NO.1NO.2NO.7 的顺序继续下去。模块号码是为指定程序命令对哪一个模块起作用而使用的。2、BFM的分配含义缓冲存储器(BFM)分配如表5.3所示,其中表格留空部分为缓冲存储器存储保留区域。BFM#0表示输入通道1(CH1)与输入通道2(CH2)转换数据以二进制形式交替存储。BFM#17的含义如表5.4所示,具体含义为:b0=0 选择输入通道1;b0=1 选择输入通道2;b1=01 启动A/D 转换;b1=10 复位A/D 转换;b2=01 启动D/A 转换;b2=10 复位D/A 转换。因此,模拟量连续输入输出条件:010。,表5.3
9、 缓冲存储器(BFM)分配,表5.4 BFM#17的含义,3、A/D输入程序如图5.7所示,主机单元将数据读出或写入FX0N-3A 缓冲存储器(BFM),当X1=ON 时,实现输入通道1 的A/D 转换,并将A/D 转换对应值存储于主机单元D01 中。当X2=ON 时,实现输入通道2 的A/D 转换,并将A/D 转换对应值存储于主机单元D02 中。,图5.7 A/D输入程序,程序解释如下:(1)X1,(H00)写入BFM#17,选择输入通道1 且复位A/D 转换;(2)(H02)写入BFM#17,保持输入通道1 的选择且启动A/D 转换;(3)读取BFM#0,输入通道1 当前A/D 转换对应值
10、存储于主机单元(D01)中;(4)X2,(H01)写入BFM#17,选择输入通道2 且复位A/D 转换;(5)(H03)写入BFM#17,保持输入通道2 的选择且启动A/D 转换;(6)读取BFM#0,输入通道2 当前A/D 转换对应值存储于主机单元(D02)中。,4、D/A输出程序如图5.8所示,当X0=ON 时,实现输出通道的D/A 转换,D/A 转换对应值为主机单元D00。,图5.8 D/A输出程序,程序解释如下:(1)X0,D/A 转换对应值(D00)写入BFM#16;(2)(H04)写入BFM#17,启动D/A 转换;(3)(H00)写入BFM#17,复位D/A 转换。,5.2.3
11、模拟量输入与输出校准,1、A/D校准(1)偏置校准1)接线(如图5.9所示)方法1:(外部输入),电压,电流,图5.9 外部输入接线,2)输入校准程序(图5.10所示),图5.10 输入校准程序,3)校准过程:选择对应的接线方法,使输入的偏置电压/电流符合表5.5所示。,表5.5 模拟输入范围与偏置校准值,运行前面程序,确保X0为ON状态;调节A/D OFFSET电位器,直到数字值1读入D0为止。注:顺时针旋转电位器为数字值增加,从最小值到最大值需要转18圈。,(2)增益校准校准过程如下:选择对应的接线方法,使输入的增益电压/电流符合表5.6。,表5.6 模拟输入范围和增益校准值,运行前面程序
12、,确保X0为ON状态;调节A/D GAIN电位器,直到数字值250读入D0为止。注:顺时针旋转电位器为数字值增加,从最小值到最大值需要转18圈。,2、D/A校准(1)偏置校准1)接线(图5.11所示),电压,电流,图5.11 偏置校准,2)输入校准程序(图5.12所示),图5.12 输入校准程序,3)校准过程运行前面程序,确保X0为ON状态;调节D/A OFFSET电位器,直到仪表显示到相应的偏置电压/电流为止,如表57.所示。,表5.7 模拟输出范围与仪表显示值,注:顺时针旋转电位器为数字值增加,从最小值到最大值需要转18圈。(2)增益校准1)输入校准程序(图5.13所示),图5.13 输入
13、校准程序,2)校准过程运行前面程序,确保X0为ON状态;调节D/A GAIN电位器,直到仪表显示到相应的增益电压/电流为止,如表5.8所示。,表5.8 模拟输出范围和仪表显示值,注:顺时针旋转电位器为数字值增加,从最小值到最大值需要转18圈。,5.2.4 应用实例,【实例17】某压力变送器(0 3 MPa),其规格对应4 20 mA,电源为24VDC,请接入PLC中,并读出实时压力值。(1)接线(以输入通道1 为例)如图5.14所示。,图5.14 接线,(2)比值计算,如表5.9所示。,(3)写入PLC 程序PLC程序如图5.15所示,程序解释如下:将D01 乘以3 后,值储存于D03 中(1
14、6 位整数处理);将D03 转换成32 位二进制度浮点数,值储存于 D04,D05 中(32 位浮点数处理);将 D04,D05 除以250 后,值储存于 D06,D07 中(32 位浮点数处理)。,图5.15 实例17程序,【实例18】某压力变送器,其技术规格如表5.10所示,电源为24VDC,请接入PLC中,并读出实时压力值。,表5.10 压力变送器技术规格,(1)接线(以输入通道2 为例,如图5.16所示),图5.16 通道2接线,(2)比例计算(表5.11所示),(3)写入PLC 程序PLC程序如图5.17所示,具体解释如下:将D02 乘以36 后,值储存于D08 中(16 位整数处理
15、);将D08 减去250 后,值储存于D09 中(16 位整数处理);将D09 转换成32 位二进制度浮点数,值储存于 D10,D11 中(32 位浮点数处理);将 D10,D11 除以2500 后,值储存于 D12,D13 中(32 位浮点数处理)。,【实例19】有一个压力传感器,感应压力范围是0-5MPa,输出电压是0-5V。利用这个传感器去测量某管道中的油压,当测到的压力4.2MPa时,Y12灯亮,表示压力过高。请写出PLC的控制程序。(1)系统分析在该系统中,传感器输出的模拟量通过FX0N-3A转换为数字量放在PLC中,然后通过区间比较指令进行比较判断,控制PLC的输出,假设FX0N-
16、3A接在PLC的0号位置。(2)根据数值比例进行画图(图5.18所示),图5.18数值比例,(3)编写程序(图5.19所示),图5.19 实例19程序,5.3.1 FX2N-2AD主要性能与硬件连接,1、主要性能,表5.12 FX2N-2AD的性能,2、模块连接(图5.20所示),图5.20 模块连接,3、输出特性,FX2N-2AD的输出特性如图5.21所示。模块的转换位数为12位,对应的最大数字量输出为4095,但在实际使用时,为了计算方便,通常情况下都将最大模拟量输入(DC10V/5V或20mA)所对应的数字量输出设定为4000。,图5.21 输出特性,5.3.2 FX2N-2AD的编程与
17、控制,1、基本编程思路 用TO指令,在模块的缓冲存储器中写入A/D转换控制指令:指定要转换的通道,启动模块的A/D转换,转换结果将存储于BFM中。用FROM 把BFM的数据读入PLC中。2、BFM的分配含义缓冲存储器(BFM)分配如表5.13所示。从表中可以看出,BFM#0是由BFM#17(低8位数据)指定的通道的输入数据当前值被存储,当前值数据是以二进制形式存储;BFM#1输入数据当前值(高端4位数据)被存储,当前数据是以二进制形式存储;BFM#17中,b0指定进行模拟到数字转换的通道即CH1或CH2,b1若0-1则表示A/D转换过程开始。,表5.13 BFM分配,3、编程【实例20】PLC
18、为FX2N-32ER,压力变送器4-20mA,按照使用手册所示连接,压力变送器也已安装在压缩气源上。通过PLC中的数据D200设定卸载压力值(压缩机停止运行),D204设定加载压力值(压缩机启动运行)。请编程。程序如图5.22所示,程序解释如下:TO K0 K17 H0000 K1 选择输入通道1;TO K0 K17 H0002 K1 通道1开始A/D转换;FROM K0 K0 K2M100 K2 读通道1数字值;MOV K4M100 D100 通道1高端4位移到下面8位位置上,并存储到D100。第1-3条的第一个K0是指明指令操作的是NO.0号模块,第1-2句指令的K17是指2AD的BFM#
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