PLC編程與應用技術（三菱FX3U）（第二版）課件 項目14、15 三菱FU3X系列PLC的網絡應用、恒溫控制系統(tǒng)的設計與調試

項目十四

三菱FU3X系列PLC的網絡應用一.項目內容二、相關知識（一）PLC通信的基本知識1．通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)由硬件設備和軟件共同組成。其中，硬件設備包括發(fā)送設備、接收設備和通信介質等，軟件包括通信協(xié)議和通信編程軟件。PLC通信的任務就是把地理位置不同的PLC、計算機、各種現(xiàn)場設備用通信介質連接起來，按照通信協(xié)議和通信軟件的要求，完成數(shù)據的傳送、交換和處理。二、相關知識2．通信協(xié)議PLC網絡如同計算機網絡一樣，也是由各種數(shù)字設備(其中也包括PLC、計算機)和終端設備(顯示器、打印機等)通過通信線路連接起來的復合系統(tǒng)。在網絡系統(tǒng)中，為確保數(shù)據通信雙方能正確而自動地進行通信，針對通信過程中由于各種數(shù)字設備的型號、通信線路的類型、連接方式、同步方式、通信方式的不同等原因引起的各種問題，制定了一整套約定，這就是網絡系統(tǒng)的通信協(xié)議，又稱網絡通信規(guī)程。通信協(xié)議主要用于規(guī)定各種數(shù)據的傳輸規(guī)則，使之能更有效地利用通信資源，以保證通信的暢通。二、相關知識根據通信系統(tǒng)中數(shù)據傳輸方式的不同，通信協(xié)議可以分為并行通信和串行通信兩種方式。（1）并行通信并行通信是以字節(jié)或字為單位的數(shù)據傳輸方式，一個數(shù)據的所有位同時傳送，因此，每個數(shù)據位都需要一條單獨的傳輸線，信息有多少二進制位組成就需要多少條傳輸線。并行通信的傳送速度快，但是傳輸線的根數(shù)多，成本高，一般用于近距離的數(shù)據傳送。并行通信一般用于PLC的內部，如PLC內部元件之間、PLC主機與擴展模塊之間或近距離智能模塊之間的數(shù)據通信。并行通信傳送格式如圖14-1所示。二、相關知識（2）串行通信串行通信是以二進制的位(bit)為單位的數(shù)據傳輸方式，傳送時，數(shù)據的各個不同位分時使用同一條傳輸線，從低位開始一位接一位按順序傳送，數(shù)據有多少位就需要傳送多少次，每次只傳送一位，串行通信需要的傳輸線少，最少的只需要兩三根線，適用于距離較遠的場合。串行通信多用于PLC與計算機之間、多臺PLC之間的數(shù)據通信。其傳送格式如圖14-2所示。在串行通信中，傳輸速率常用比特率(每秒傳送的二進制位數(shù))來表示，其單位是比特/秒(bit/s)。傳輸速率是評價通信速度的重要指標。常用的標準傳輸速率有30Obit/s、60Obit/s、12OObit/s、2400bit/s、480Obit/s、960Obit/s和1920Obit/s等。不同的串行通信的傳輸速率差別極大，有的只有數(shù)百bit/s，有的可達1OOMbit/s。二、相關知識1）單工通信與雙工通信串行通信按信息在設備間的傳送方向又分為單工、雙工兩種方式。單工通信方式只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據。雙工通信方式的信息可沿兩個方向傳送，每一個通信方既可以發(fā)送數(shù)據，也可以接收數(shù)據。雙工通信方式又分為全雙工通信和半雙工通信兩種方式。數(shù)據的發(fā)送和接收分別由兩根或兩組不同的數(shù)據線傳送，通信的雙方都能在同一時刻接收和發(fā)送信息，這種傳送方式稱為全雙工通信方式；用同一根線或同一組線接收和發(fā)送數(shù)據，通信的雙方在同一時刻只能發(fā)送數(shù)據或接收數(shù)據，這種傳送方式稱為半雙工通信方式。在PLC通信中常采用半雙工通信和全雙工通信。二、相關知識2)異步通信與同步通信在串行通信中，通信的速率與時鐘脈沖有關，接收方和發(fā)送方的傳送速率應相同，但是實際的發(fā)送速率與接收速率之間總是有一些微小的差別，如果不采取一定的措施，在連續(xù)傳送大量的信息時，將會因積累誤差造成錯位，使接收方收到錯誤的信息。為了解決這一問題，需要使發(fā)送和接收同步。按同步方式的不同，可將串行通信分為異步通信和同步通信。異步通信允許傳輸線上的各個部件有各自的時鐘，在各部件之間進行通信時沒有統(tǒng)一的時間標準，相鄰兩個字符傳送數(shù)據之間的停頓時間長短是不一樣的，它是靠發(fā)送信息時同時發(fā)出字符的開始和結束標志信號來實現(xiàn)的，異步通信的信息格式如圖14-3所示。異步通信發(fā)送的數(shù)據字符由一個起始位、7～8個數(shù)據位、1個奇偶校驗位(可以沒有)和停止位(1位、1.5或2位)組成。異步通信傳送附加的非有效信息較多，它的傳輸效率較低，一般用于低速通信，PLC一般使用異步通信。二、相關知識在同步通信中，發(fā)送方和接收方使用同一時鐘脈沖，同步通信以字節(jié)為單位(一個字節(jié)由8位二進制數(shù)組成)，每次傳送1～2個同步字符、若干個數(shù)據字節(jié)和校驗字符。其中，同步字符起聯(lián)絡作用，用它來通知接收方開始接收數(shù)據。由于同步通信方式不需要在每個數(shù)據字符中加起始位、停止位和奇偶校驗位，只需要在數(shù)據塊(往往很長)之前加一兩個同步字符，所以傳輸效率高，但是對硬件的要求較高，一般用于高速通信。二、相關知識3.通信介質通信介質就是在通信系統(tǒng)中位于發(fā)送端與接收端之間的物理通路。目前PLC普遍使用的通信介質有雙絞線、同軸電纜、光纖等。4．通信接口標準PLC通信主要采用串行異步通信，其常用的串行通信接口標準有RS-232C、RS-422和RS-485等。（l）RS-232CRS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1969年公布的通信協(xié)議，它的全稱是“數(shù)據終端設備(DTE)和數(shù)據通信設備(DCE)之間串行二進制數(shù)據交換接口技術標準”。RS-232C接口標準是目前計算機和PLC中最常用的一種串行通信接口。二、相關知識RS-232C的電氣接口采用單端驅動、單端接收的電路，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號的影響，同時還存在以下不足之處：(1)傳輸速率較低，最高傳輸速度速率為20kbit/s。(2)傳輸距離短，最大通信距離為15m。(3)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容，故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。（2）RS-422針對RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信標準RS-499，對RS-232C的電氣特性作了改進，RS-422A是RS-499的子集。二、相關知識由于RS-422A采用平衡驅動、差分接收電路，從根本上取消了信號地線，大大減少了地電平所帶來的共模干擾。RS-422在最大傳輸速率

lOMbit/s時，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為10Okbit/s時，最大通信距離為1200m。一臺驅動器可以連接10臺接收器。（3）RS-485RS-485是RS-422的變形，RS-422A是全雙工，兩對平衡差分信號線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS-422接口通信時最少需要4根線。RS-485為半雙工，只有一對平衡差分信號線，不能同時發(fā)送和接收，最少只需兩根連線。由于RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性、高傳輸速率（lOMbit/s)、長的傳輸距離(12OOm)和多站能力(最多128站)等優(yōu)點，所以在工業(yè)控制中廣泛應用。二、相關知識5．通信模塊PLC的通信模塊是用來完成與其他PLC、其他智能控制設備或計算機之間的通信。以下簡單介紹FX系列通信用功能擴展板、適配器及通信模塊。（1）通信擴展板FX2N-232-BDFX2N-232-BD是以RS-232C傳輸標準連接PLC與其他設備的接口板，諸如個人計算機、條形碼閱讀器或打印機等，可安裝在FX2N內部。其最大傳輸距離為l5m，最高波特率為1920Obit/s，利用專用軟件可對PLC運行狀態(tài)實現(xiàn)監(jiān)控，也可方便地由個人計算機向PLC傳送程序。二、相關知識（2）通信接口模塊FX2N-232IFFX2N-232IF連接到FX2N系列PLC上，可實現(xiàn)與其他配有RS-232C接口的設備進行全雙工串行通信。例如個人計算機、打印機、條形碼閱讀器等。在FX2N系列上最多可連接8塊FX2N-232IF模塊。用FROM/TO指令收發(fā)數(shù)據。最大傳輸距離為l5m，最高波特率為19200bit/s，占用8個I/O點。數(shù)據長度、串行通信波特率等都可由特殊數(shù)據寄存器設置。（3）通信擴展板FX3U-485-BDFX3U-485-BD應用于RS485通信。它可以應用于無協(xié)議的數(shù)據傳送。FX3U-485-BD在原協(xié)議通信方式時，利用RS指令在個人計算機、條形碼閱讀器、打印機之間進行數(shù)據傳送。傳送的最大傳輸距離為5Om，最高波特率也為1920Obit/s。每一臺FX2N系列PLC可安裝一塊FX3U-485-BD通信板。除利用此通信板實現(xiàn)與計算機的通信外，還可以用它實現(xiàn)兩臺FX3U系列PLC之間的并聯(lián)。二、相關知識（4）通信擴展板FX2N-422-BDFX2N-422-BD應用于RS-422通信。可連接FX2N系列的PLC，并作為編程或控制工具的一個端口?？捎么私涌谠赑LC上連接PLC的外部設備、數(shù)據存儲單元和人機界面。利用FX3U-422-BD可連接兩個數(shù)據存儲單元(DU)或一個DU系列單元和一個編程工具，但一次只能連接一個編程工具。每一個基本單元只能連接一個FX2N-422-BD，且不能與FX2N-485-BD或FX2N-232-BD一起使用。二、相關知識6．數(shù)據通信類型為了滿足用戶的不同需求，三菱PLC設計了多種通信功能，下面簡單介紹FX系列PLC常用的5種類型通訊方式：⑴N：N網絡用FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等PLC進行的數(shù)據傳輸可建立在N：N的基礎上。使用這種網絡，能鏈接小規(guī)模系統(tǒng)中的數(shù)據。它適合于數(shù)量不超過8個的PLC（FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N）之間的互連。二、相關知識6．數(shù)據通信類型⑵并行鏈接這種網絡采用100個輔助繼電器和10個數(shù)據寄存器在1：1的基礎上來完成數(shù)據傳輸。⑶計算機鏈接（用專用協(xié)議進行數(shù)據傳輸）用RS485（422）單元進行的數(shù)據傳輸在1：n（16）的基礎上完成。⑷無協(xié)議通訊（用RS指令進行數(shù)據傳輸）用各種RS232單元，包括個人計算機、條形碼閱讀器和打印機，來進行數(shù)據通訊，可通過無協(xié)議通訊完成，這種通訊使用RS指令或者一個FX2N-232IF特殊功能模塊。二、相關知識6．數(shù)據通信類型⑸可選編程端口對于FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX1S系列的PLC，當該端口連接在FX1N-232BD、FX0N-232ADP、FX1N-232BD、FX2N-422BD上時，可以和外圍設備（編程工具、數(shù)據訪問單元、電氣操作終端等）互連。二、相關知識（二）PLC與PLC之間的通信1．N：N鍵接通信N：N鍵接通信協(xié)議可用于最多8臺FX系列PLC的輔助繼電器和數(shù)據寄存器之間的數(shù)據的自動交換，其中一臺為主機，其余的為從機。N:N網絡最簡單實用，只需要在PLC上加裝一塊通信擴展板即可與其他PLC組網，其結構如圖14-4所示，適用于FX1S,FX0N,FX1N,FX2N,FX3G,FX3U,FX1NC,FX2NC,FX3UC等多種系列可編程控制器，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的應用。在這個網絡中，通過刷新范圍決定的軟元件在各可編程控制器之間執(zhí)行數(shù)據通信，并且可以在所有的可編程控制器中監(jiān)控這些軟元件。二、相關知識N:N網絡的通信協(xié)議是固定的：通信方式采用半雙工通訊，波特率（bit/s）固定為38400bit/s；數(shù)據長度、奇偶校驗、停止位、標題字符、終結字符以及和校驗等也均是固定的。N:N網絡是采用廣播方式進行通信的：網絡中每一站點都指定一個用特殊輔助繼電器和特殊數(shù)據寄存器組成的鏈接存儲區(qū)，各個站點鏈接存儲區(qū)地址編號都是相同的。各站點向自己站點鏈接存儲區(qū)中規(guī)定的數(shù)據發(fā)送區(qū)寫入數(shù)據。網絡上任何1臺PLC中的發(fā)送區(qū)的狀態(tài)會反映到網絡中的其他PLC，因此，數(shù)據可供通過PLC鏈接連接起來的所有PLC共享，且所有單元的數(shù)據都能同時完成更新。其通信參數(shù)分別見表14-1。二、相關知識項目規(guī)格備注連接臺數(shù)最多8臺

傳送規(guī)格符合RS-485規(guī)格

最大總延長距離最大距離500m（僅限于全部使用485ADP，當系統(tǒng)中混有485-BD時為50m）根據通信設備的種類不同距離也不同。協(xié)議形式N:N網絡

控制順序－

通信方式半雙工雙向

波特率38,400bit/s

字符格式起始位固定

數(shù)據位

奇偶校驗

停止位

報頭固定

報尾

校驗固定

二、相關知識二、相關知識進行網絡連接時應注意：（1）圖14-6中，R為終端電阻。在端子RDA和RDB之間連接終端電阻（110歐姆）。（2）將端子SG連接到可編程控制器主體的每個端子，而主體用100歐姆或更小的電阻接地。（3）屏蔽雙絞線的線徑應在英制AWG26～16范圍，否則由于端子可能接觸不良，不能確保正常的通信。連線時宜用壓接工具把電纜插入端子，如果連接不穩(wěn)定，則通訊會出現(xiàn)錯誤。如果網絡上各站點PLC已完成網絡參數(shù)的設置，則在完成網絡連接后，再接通各PLC工作電源，可以看到，各站通信板上的SDLED和RDLED指示燈兩者都出現(xiàn)點亮/熄滅交替的閃爍狀態(tài)，說明N：N網絡已經組建成功。如果RDLED指示燈處于點亮/熄滅的閃爍狀態(tài)，而SDLED沒有（根本不亮），這時須檢查站點編號的設置、傳輸速率（波特率）和從站的總數(shù)目。二、相關知識組建N:N通信網絡FX系列PLCN:N通信網絡的組建主要是對各站點PLC用編程方式設置網絡參數(shù)實現(xiàn)的。FX系列PLC規(guī)定了與N：N網絡相關的標志位（特殊輔助繼電器）和存儲網絡參數(shù)和網絡狀態(tài)的特殊數(shù)據寄存器。當PLC為FX3U或FX2N（C）時，N：N網絡的相關標志（特殊輔助繼電器）如表14-2所示，相關特殊數(shù)據寄存器如表14-3所示。二、相關知識特性輔助繼電器名稱描述響應類型RM8038N：N網絡參數(shù)設置用來設置N：N網絡參數(shù)M，LRM8183主站點的通信錯誤主站點產生通信錯誤時ONLRM8184～M8190從站點的通信錯誤從站點產生通信錯誤時ONM，LRM8191數(shù)據通信與其他站點通信時ONM，L特性數(shù)據寄存器名稱描述響應類型RD8173站點號存存儲自己站點號M，LRD8174從站點總數(shù)存儲從站點的總數(shù)M，LRD8175刷新范圍存儲刷新范圍M，LWD8176站點號設置設置自己的站點號M，LWD8177從站點總數(shù)設置設置從站點總數(shù)MWD8178刷新范圍設置設置刷新范圍模式號MW/RD8179重試次數(shù)設置設置重試次數(shù)MW/RD8180通信超時設置設置通信超時MRD8201當前網絡掃描時間存儲當前網絡掃描時間M，LRD8202最大網絡掃描時間存儲最大網絡掃描時間M，LRD8203主站點通信錯誤數(shù)目存儲主站點通信錯誤數(shù)目LRD8204~D8210從站點通信錯誤數(shù)目存儲從站點通信錯誤數(shù)目M，LRD8211主站點通信錯誤代碼存儲主站點通信錯誤代碼LRD8212~8218從站點通信錯誤代碼存儲從站點通信錯誤代碼M，L相關知識注：R：只讀；W：只寫；M：主站點；L：從站點在CPU錯誤，程序錯誤或停止狀態(tài)下，對其自身站點處產生的通信錯誤數(shù)目不能計數(shù)。D8204～D8210是從站點的通信錯誤數(shù)目，第1從站用D8204，…第7從站用D8210。在表14-2中，特殊輔助繼電器M8038（N：N網絡參數(shù)設置繼電器，只讀）用來設置N：N網絡參數(shù)。對于主站點，用編程方法設置網絡參數(shù)，就是在程序開始的第0步（LDM8038），向特殊數(shù)據寄存器D8176～D8180寫入相應的參數(shù)，僅此而已。對于從站點，則更為簡單，只須在第0步（LDM8038）向D8176寫入站點號即可。例如，圖14-7給出了設置（主站）網絡參數(shù)的程序，從站程序請讀者自行編寫。二、相關知識二、相關知識上述程序說明如下：⑴編程時注意，必須確保把以上程序作為N：N網絡參數(shù)設定程序從第0步開始寫入，在不屬于上述程序的任何指令或設備執(zhí)行時結束。這程序段不需要執(zhí)行，只須把其編入此位置時，它自動變?yōu)橛行?。⑵特殊?shù)據寄存器D8178用作設置刷新范圍，刷新范圍指的是各站點的鏈接存儲區(qū)。對于從站點，此設定不需要。根據網絡中信息交換的數(shù)據量不同，可根據表14-4所示各種模式下各站點占用的鏈接軟元件進行編程。根據所使用的從站數(shù)量，占用的鏈接點數(shù)也有所變化。例如，模式1中連接3臺從站時，占用M1000～M1223，D0～D33，此后可以作為普通的控制用軟元件使用。（沒有連接的從站的鏈接軟元件可以作為普通的控制用軟元件使用，但是如果預計今后會增加從站的情況時，建議事先空出。）二、相關知識站號模式0模式1模式2位軟元件(M)字軟元件(D)位軟元件(M)字軟元件(D)位軟元件(M)字軟元件(D)0點各站4點各站32點各站4點各站64點各站8點主站站號0—D0～D3M1000～M1031D0～D3M1000～M1063D0～D7從站站號1—D10～D13M1064～M1095D10～D13M1064～M1127D10～D17站號2—D20～D23M1128～M1159D20～D23M1128～M1191D20～D27站號3—D30～D33M1192～M1223D30～D33M1192～M1255D30～D37站號4—D40～D43M1256～M1287D40～D43M1256～M1319D40～D47站號5—D50～D53M1320～M1351D50～D53M1320～M1383D50～D57站號6—D60～D63M1384～M1415D60～D63M1384～M1447D60～D67站號7—D70～D73M1448～M1479D70～D73M1448～M1511D70～D77二、相關知識在圖14-4的程序例子里，刷新范圍設定為模式1。這時每一站點占用32×8個位軟元件，4×8個字軟元件作為鏈接存儲區(qū)。在運行中，對于第0號站（主站），希望發(fā)送到網絡的開關量數(shù)據應寫入位軟元件M1000～M1031中，而希望發(fā)送到網絡的數(shù)字量數(shù)據應寫入字軟元件D0～D3中，……,對其他各站點以此類推。⑶特殊數(shù)據寄存器D8179設定重試次數(shù)，設定范圍為0～10（默認=3），對于從站點，此設定不需要。如果一個主站點試圖以此重試次數(shù)（或更高）與從站通信，此站點將發(fā)生通信錯誤。⑷特殊數(shù)據寄存器D8180設定通信超時值，設定范圍為5～255（默認=5），此值乘以10ms就是通信超時的持續(xù)駐留時間。⑸對于從站點，網絡參數(shù)設置只需設定站點號即可，例如1號站的設置，如圖14-8所示。三、項目實施項目評價和總結項目調試項目軟件設計項目硬件接線圖設計項目方案設計項目分析四、項目方案設計2.

硬件配置3.梯形圖設計

1.

輸入輸出地址分配五、任務實施1．完成N:N網絡接線YL-335BN:N網絡連接如圖14-9所示，按照圖示結構完成網絡接線，并根據前面所學知識檢查通信是否正常。五、任務實施2．編寫各站程序鏈接好通訊口，編寫主站程序和從站程序，在編程軟件中進行監(jiān)控，改變相關輸入點和數(shù)據寄存器的狀態(tài)，觀察不同站的相關量的變化，看現(xiàn)象是否符合任務要求，如果符合說明完成任務，不符合檢查硬件和軟件是否正確，修改重新調試，直到滿足要求為止。五、任務實施圖14-10和圖14-11分別給出輸送站和供料站的參考程序。程序中使用了站點通訊錯誤標志位（特殊輔助繼電器M8183～M8187，見表14-2）。例如，當某從站發(fā)生通訊故障時，不允許主站從該從站的網絡元件讀取數(shù)據。使用站點通訊錯誤標志位編程，對于確保通訊數(shù)據的可靠性是有益的，但應注意，站點不能識別自身的錯誤，為每一站點編寫錯誤程序是不必要的。五、任務實施（3）系統(tǒng)調試（1）在斷電狀態(tài)下，連接好PC/PPI電纜。（2）將PLC運行模式選擇開關撥到STOP位置，此時PLC處于停止狀態(tài)，可以進行程序編寫。（3）在作為編程器的計算機上，運行GXDeveloper編程軟件。（4）將主站和從站梯形圖程序輸入到計算機中。（5）將程序文件下載到PLC中。（6）將PLC運行模式的選擇開關撥到RUN位置，使PLC進入運行方式。（7）在教師的現(xiàn)場監(jiān)護下進行通電調試，驗證系統(tǒng)功能是否符合控制要求。（8）如果出現(xiàn)故障，應分別檢查硬件接線和梯形圖程序是否有誤，修改完成后應重新調試，直至系統(tǒng)能夠正常工作。五、拓展訓練某自動化生產線由并式供料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分料單元等五個工作站組成，每個工作站由一個FX3U系列PLC控制，PLC與PLC之間通過N:N網絡實現(xiàn)通訊，交換各站控制信息。控制要求如下：（1）通過主站控制所有五站的啟動與停止。（2）按下主站啟動按鈕后，供料單元開始供料，主站（輸送單元）抓取物料依次送往加工站、裝配站和分揀單元進行對應處理。（3）各分站在檢測到物料以后自動完成單站處理工藝后給主站發(fā)出處理完成信號，主站收到信號后抓取物料送往下一加工單單元。（4）完成3組物料加工以后生產線自動停止。（5）運行過程中出現(xiàn)缺料情況時通過警示燈提醒操作人員處理。要求：配置N:N網絡，通過編程實現(xiàn)生產線聯(lián)動控制。提示：輸送單元、并式供料單元、加工單元、裝配單元和分料單元等站點依次分配為0號站、1號站、2號站、3號站、4號站。網絡模式選模式一，通過計數(shù)器控制完成3組物料后自動停止生產線。鞏固提高1．什么是串行通信？什么是并行通信？各自有什么特點？PLC主要采用哪種通信方式？2．N：N鍵接通信的特點是什么？怎樣實現(xiàn)？3．某N：N鏈接通信的系統(tǒng)有3個站點，其中1個主站點，2個從站點，每個站點的可編程序控制器都連接一個FX3U-485-BD通信板，通信板之間用單根雙絞線連接。刷新范圍選擇模式1，重試次數(shù)選擇3，通信超時選50ms，系統(tǒng)要求:1)主站點的輸入點X000～X003輸出到從站點1和2的輸出點Y010～Y013。2)從站點1的輸入點X000～X003輸出到主站和從站點2的輸出點Y014～Y017。3)從站點2的輸入點X000～X003輸出到主站和從站點l的輸出點Y020～Y023。項目十五恒溫控制系統(tǒng)的設計與調試一、項目內容二、相關知識1．模擬量輸入/輸出模塊在工業(yè)生產過程中，除了有大量的通/斷(開/關)信號以外，還有大量的連續(xù)變化的信號，例如溫度、壓力、流量、濕度等。通常先用各種傳感器將這些連續(xù)變化的物理量變換成電壓或電流信號，(一般來說，PLC模擬量輸入的電壓范圍為1～5V或-10～+lOV，電流范圍為4～2OmA或-20～+2OmA)，然后再將這些信號連接到適當?shù)哪M量輸入模塊的接線端上，經過A/D功能模塊內的模數(shù)轉換器，最后將數(shù)據傳入PLC內。有時候，現(xiàn)場設備需要用模擬電壓或電流作為給定信號或驅動信號。PLC模擬量輸出模塊(D/A功能模塊)的輸出端就能根據需要提供這種電壓信號或電流信號。三菱FX3U系列PLC常用的模擬量輸入/輸出模塊有FX3U-2AD、FX3U-4AD、FX3U-8AD、FX3U-4AD-PT(FX系列PLC與鉑熱電阻PtlO0配合使用的模擬量輸入模塊)、FX3U-4AD-TC(FX系列PLC與熱電偶配合使用的模擬量輸入模塊)、FX3U-2DA、

FX3U-4DA、FX3U-3A(模擬量輸入輸出模塊)和FX3U-2LC等。二、相關知識2．模擬量輸入模塊FX3U-4ADFX3U-4AD模擬量輸入模塊是4通道(CH)l2位A/D轉換模塊，它可以將模擬量電壓或電流轉換為最大分辨率為12位的數(shù)字量。通過輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。選用電壓輸入時，輸入信號范圍為DC-l0～+lOV，輸入阻抗為2OOkΩ，分辨率為5mV；電流輸入時，輸入信號范圍為DC-20～+20mA，輸入阻抗為250Ω，分辨率為20μA。(l)FX3U-4AD模塊的外部接線FX3U-4AD通過擴展總線與FX3U系列PLC基本單元連接。4個通道的外部連接根據用戶要求的不同選用模擬值范圍為-10～+lOVDC(分辨率5mV)，或者4～20mA，-20～2OmA(分辯率2OμA)，其接線方式如圖15-1所示。二、相關知識幾點說明：1）模擬量信號通過雙絞線屏蔽電纜與模塊相接，電纜應遠離電力線和其他可能產生電磁感應噪聲的導線；2）如果使用電流輸入時，則須將“V+”和“I+”相短接；3）如果輸入電壓有波動，或在外部接線中有電氣干擾，可以接一個電容器(0.1～0.47μF/25V)。（2）FX3U-4AD模塊的緩沖寄存器（BFM）FX3U-4AD的內部共有32個緩沖寄存器，用來與FX3U基本單元進行數(shù)據交換，每個緩沖寄存器為16位的RAM。其定義及分配見表15-1所示。二、相關知識二、相關知識1）通道選擇在BFM的#0中寫入4位十六進制數(shù)HXXXX，4位數(shù)字從右至左分別控制1、2、3、4四個通道，每位數(shù)字取值范圍為0～3，其含義如下:0表示輸入范圍為-10～+10V1表示輸入范圍為+4～+20mA2表示輸入范圍為-20～+20mA3表示該通道關閉例如BFM#O=H3312，則表示CHl通道設定輸入電流范圍為-20～+2OmA,CH2通道設定輸入電流范圍為+4～+2OmA，CH3和CH4兩通道關閉。2）模擬量轉換到數(shù)字量的速度設置可在FX3U-4AD的MBFM#l5中寫入0或1來控制A/D轉換的速度。應當注意，若要求高速轉換，則應盡量少用FROM和TO指令。二、相關知識3）偏移量和增益值的設置如圖15-2和15-3所示，偏移量(截距)是當數(shù)字量輸出為0時的模擬量輸入值，增益值(斜率)是指當數(shù)字輸出為+1000時的模擬量輸入值。增益和偏移可以分別或一起設置，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、相關知識當BFM#20被設置為1時，F(xiàn)X3U-4AD的全部設定值均恢復到默認值，這樣可以快速刪去不希望的偏移量和增益值。設置每個通道偏移量和增益值時，BFM#21的(bi，bi-1)必須設置為(0,1)，若(bi，bi-1)設為(1,0)，則偏移量和增益值被保護。默認值為(0,1)。BFM#23和BFM#24為偏移量與增益值設定緩沖寄存器，偏移量和增益值的單位是mV或μA，最小單位是5mV或2OμA。其值由BFM#22的Gi-Oi(增益-偏移)位狀態(tài)送到指定的輸入通道偏移和增益寄存器中。例如，BFM#22的G1、O1位置為1，則BFM#23和BFM#24的設定值送入CHl的偏移和增益寄存器中。（3）模塊的連接與編號為了使PLC能夠準確地查找到指定的功能模塊，每個特殊功能模塊都有一個確定的地址編號，編號的方法是從最靠近PLC基本單元的那一個功能模塊開始順次編號，最多可連接8臺功能模塊，其編號依次為0～7，如圖15-4所示。注意：PLC的擴展單元不記錄在內。二、相關知識二、相關知識（4)模擬量輸入模塊的讀寫方法FX系列PLC基本單元與特殊功能模塊之間的數(shù)據通信是由FROM/TO指令來執(zhí)行的。FROM是基本單元從特殊功能模塊中讀取數(shù)據的指令，TO是基本單元將數(shù)據寫入到特殊功能模塊的指令。實際上讀寫操作都是對特殊功能模塊的緩沖存儲器BFM進行的。讀寫指令的格式如圖15-5所示。二、相關知識

當圖中Xl為ON時，編號為ml(0～7)的特殊功能模塊內編號為m2(0～31)開始的n個緩沖寄存器(BFM)的數(shù)據將讀入到PLC，并存入從[D]開始的n個數(shù)據寄存器中；當圖中X0為ON時，PLC基本單元中從[S]指令的元件開始的n個數(shù)據將寫到編號為ml的特殊功能模塊中編號為m2開始的n個數(shù)據寄存器中。二、相關知識（5）應用實例FX3U-4AD模塊連接在特殊功能模塊的0號位置。僅開通CH1和CH2兩個通道作為電壓量輸入通道。計算平均值的取樣次數(shù)定為4次，并且PLC中的數(shù)據寄存器D0和D1分別接收這兩個通道輸入量平均值數(shù)字量，編寫梯形圖程序。編寫的梯形圖程序如圖15-6所示。二、相關知識3．模擬量輸出模塊FX3U-4DAFX3U-4DA模擬量輸出模塊是4通道(CH)l2位D/A轉換模塊，它可以將12位數(shù)字信號轉換為模擬量電壓或電流輸出。電壓輸出時，輸出電壓范圍為-l0～+lOV；電流輸出時，輸出電流為直流0～+20mA和直流+4～+20mA。(l)FX3U-4DA模塊的外部接線FX3U-4DA模塊的外部接線如圖15-7所示。二、相關知識幾點說明:1）雙絞線屏蔽電纜，應該遠離干擾源；2）輸出電纜的負載端使用單點接地；3）若有噪音或干擾，可以接一個電容器(0.1～0.47μF/25V)；4）FX3U-4DA模塊與PLC基本單元的接地應接在一起；5）電壓輸出端或電流輸出端不要短接；6）不使用的端子，不要在其上接任何單元。(2)FX3U-4DA模塊的緩沖寄存器(BFM)FX3U-4DA的內部有32個緩沖寄存器，用來與FX3U基本單元進行數(shù)據交換，每個緩沖寄存器為16位的RAM。FX3U-4DA的32個緩沖寄存器的編號及定義見表15-2所示。表中帶“W”號的緩沖寄存器可用TO指令寫入PLC中，標有“E”號的緩沖寄存器可以寫入EEPROM中，當電源關閉后可以保持數(shù)據緩沖寄存器中的數(shù)據。二、相關知識二、相關知識1）輸出模式選擇。BFM#O為輸出模式選擇緩沖寄存器，在BFM#O中寫入4位十六進制數(shù)HXXXX，4位數(shù)字從右至左分別控制1、2、3、4四個通道，每位數(shù)字取值范圍為0～2，其含義如下:0表示設置電壓輸出模式(-10～+10V)1表示設置電流輸出模式(+4～+20mA)2表示設置電流輸出模式(0～+20mA)例如BFM#O=Hll02，則表示CHl設定為電流輸出模式，0～+20mA；CH2設定為電壓輸出模式，-10～+10V；CH3、CH4設定為電流輸出模式，4～+20mA。２）輸出數(shù)據通道。BFM#l～BFM#4分別為輸出數(shù)據通道CHl～CH4所對應的數(shù)據緩沖寄存器，其初始值均為零。二、相關知識３）BFM#5為數(shù)據輸出模式緩沖寄存器，當PLC處于停止(STOP)模式時，RUN模式下的最后輸出值將被保持。當BFM#5＝HOO00時，CHl～CH4各通道輸出值保持，若要復位某一通道使其成為偏移量，則應將BFM#5中的對應位置“1”。例如，BFM#5＝HOO11，則說明通道CH3、CH4保持，CHl、CH2為偏移值。４）BFM#8、BFM#９為偏移和增益設置允許緩沖寄存器，在BFM#8或#9相應的16進制數(shù)據位中寫入“1”，就可以允許設置CHl～CH4的偏移量與增益值。BFM#8(CH2、CHl)BFM#9(CH4、CH3)HXX

X

XHXX

X

XG2O2GlO1G4O4G3O3X=O：不允許設置；X=l：允許設置二、相關知識（二）PLC與PLC之間的通信1．N：N鍵接通信N：N鍵接通信協(xié)議可用于最多8臺FX系列PLC的輔助繼電器和數(shù)據寄存器之間的數(shù)據的自動交換，其中一臺為主機，其余的為從機。N:N網絡最簡單實用，只需要在PLC上加裝一塊通信擴展板即可與其他PLC組網，其結構如圖14-4所示，適用于FX1S,FX0N,FX1N,FX2N,FX3G,FX3U,FX1NC,FX2NC,FX3UC等多種系列可編程控制器，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的應用。在這個網絡中，通過刷新范圍決定的軟元件在各可編程控制器之間執(zhí)行數(shù)據通信，并且可以在所有的可編程控制器中監(jiān)控這些軟元件。二、相關知識5)BFM#lO～BFM#17為偏移量/增益值設定緩沖寄存器，設定值可用TO指令來寫入，寫入數(shù)值的單位是mV或μA。6）BFM#20為初始化設定緩沖寄存器，當BFM#20被設置為1時，F(xiàn)X3U-4DA恢復到出廠設定狀態(tài)。7)BFM#21為I/O特性調整抑制緩沖寄存器，若BFM#21被設置為2，則用戶調整I/O特性將被禁止；若BFM#21被設置為0，I/O特性調整將保持；默認值為1，即I/O特性允許調整。三、項目實施項目評價和總結項目調試項目軟件設計項目硬件接線圖設計項目方案設計項目分析四、項目方案設計2.

硬件配置3.梯形圖設計

1.

輸入輸出地址分配五、任務實施1．輸入/輸出分配表根據控制系統(tǒng)的要求，可確定PLC需要8個輸入點、10個輸出點，其輸入/輸出分配見表15-3所示。輸

入輸

出X000手動方式Y000繼電器KA1（加熱器1）X001自動方式Y001繼電器KA2（加熱器2）X002自動起動按鈕Y002繼電器KA3（電鈴）X003起動按鈕1Y010加熱器1工作指示X004停止按鈕1Y011加熱器2工作指示X005起動按鈕2Y012常溫指示（綠）X006停止按鈕2Y013低溫指示（黃燈閃爍）X007急停按鈕Y014高溫指示（紅燈閃爍）

Y015手動方式指示

Y016自動方式指示五、任務實施2.輸入/輸出接線圖用三菱FX3U型可編程控制器實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線，如圖15-9所示，F(xiàn)X3U-4AD-PT型模擬量輸入模塊（模塊識別號為K2040）作為系統(tǒng)溫度檢測模塊并通過擴展電纜與PLC相連。五、任務實施3．編寫梯形圖程序根據恒溫控制系統(tǒng)的控制要求，編寫的參考梯形圖程序如圖15-10所示。五、任務實施五、任務實施程序解釋：PLC開始運行時，通過特殊輔助繼電器M8002產生的初始化脈沖進行初始化，包括將系統(tǒng)設置溫度送入有關數(shù)據寄存器、作為調溫計使用的兩個計數(shù)器復位。轉動選擇開關，選擇系統(tǒng)操作方式。手動方式時按起動按鈕X003或XOO5進行加熱，加熱溫度不受系統(tǒng)控制，加熱停止由停止按鈕X004或X006控制；自動方式時按下自動起動按鈕X002，系統(tǒng)自動起動加熱器1和2進行加熱，溫度受系統(tǒng)要求控制和調節(jié)。溫度采樣時間到達時，系統(tǒng)將待測的4點溫度值讀入PLC，然后按算術平均的方法求出4點溫度的平均值。將平均值與溫度上下限進行比較。若平均溫度在系統(tǒng)要求范圍內則綠燈亮。若平均溫度處于要求范圍之外，則系統(tǒng)進行調節(jié)，并對調節(jié)時間進行計時。若調節(jié)時間超過3min,則進行聲光報警(超溫紅燈亮，低溫黃燈亮，且電鈴一直響)；若調節(jié)時間小于3min，相應定時用的計