应用技术（欧姆龙）_教学课件_ppt 作者 刘进峰 李建军 课题五 plc综合应用技术

任务1 步进电动机PLC控制,任务2 加热装置温度检测与控制,任务3 PLC串行链接通信,任务4 PLC与变频器通信,任务1 步进电动机PLC控制,知识目标,1掌握欧姆龙PLC脉冲输出控制指令的功能及其应用。 2掌握步进电动机驱动器的功能及参数设置方法。 3熟悉电感式接近开关的工作原理。,能力目标,1会根据控制要求，使用PLC脉冲输出指令编制步进电动机PLC控制程序。 2能正确进行PLC、驱动器、步进电动机之间的连接。,工作任务,本任务要求使用PLC功能指令中的脉冲输出控制指令，设计一个简单的步进电动机PLC控制系统。本任务中使用的步进电动机位置控制实训装置如下图所示。该装置由滚珠丝杠拖动滑块实现直线位移，滑块位置位移量可通过标尺观察，并且安装了相应的位置检测传感器。,步进电动机实训装置,具体控制要求如下： 1要求能实现正向、反向点动位置调整，而且正、反转切换无须经过停车步骤，点动位置调整运行速度为1.5mm/s。 2装置中滑块首先回到左限位置向右运行，到达右限位置停留5s向左运行，到达右限位置停留5s后返回，不断循环。 3按下停止按钮后，装置中滑块立即停止。,任务分析,步进电动机由PLC实现控制的方法有两种，一种是直接由PLC实现步进脉冲的分配，第二种是通过步进驱动器实现脉冲的分配。 本任务中介绍第二种方法，利用步进驱动器控制步进电动机的运转需要输入脉冲和方向信号，其中输入脉冲信号的频率较高，在PLC选型时应选择晶体管输出型CP1H-X40DT-D PLC，编程时需使用脉冲输出指令。,相关知识,一、步进电动机简介,步进电动机外形,步进电动机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电动机，常见小型步进电动机外形如下图所示。,步进电动机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的开环执行元件。当步进电动机有已分配好的脉冲信号输入时，步进电动机就一步一步地转动，每给它一组脉冲信号，它就转过一定的角度。 现在比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）和单相式步进电动机等。永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5或15；反应式步进电动机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5，但噪声和振动都很大。,采用步进电动机的定位控制系统一般需要以下功能： （1）具有脉冲发生器功能，可以产生可调频率、可准确计数的脉冲串。 （2）具有脉冲分配功能，可以将脉冲发生器送来的脉冲依一定的规律分配给步进电动机的各个绕组。 （3）具有脉冲放大功能，可以将脉冲发生器送来的脉冲放大到步进电动机所需的功率。 要完成以上控制功能可由步进电动机驱动器实现。它是按照控制器发来的脉冲、方向信号对步进电动机各绕组电流进行控制，从而控制步进电动机转轴的位置和速度，还具有调整步进电动机步距角及改变电动机转向等功能。,二、步进电动机驱动器,a）外形图 b）接线图 SJ-2H042MA型驱动器及其接线示意图,本任务中使用的步进电动机驱动器型号为SJ-2H042MA，可驱动2.0A以下所有的39BYG、42BYG、57BYG系列步进电动机。, “+”为直流电源正端（不大于32VDC）。 “-”为直流电源地线端（与输入信号DIR-，CP-不共地）。 “A+、A-”为电动机A相接线端。 “B+、B-”为电动机B相接线端。 “CP+,DIR+”为输入控制信号的公共阳端。 “DIR-”为方向控制信号输入端（此端子加低电平，电动机立即按反方向旋转）。 “CP-”为脉冲信号输入端（在CP停止施加时，即电动机锁定时，要保证CP为高电平，使内部光耦截止）。,SJ-2H042MA型驱动器可在驱动器上的拔盘开关设定细分数，根据面板的标注设定即可，一般在控制器频率允许的情况下，尽量选用高细分数。具体设置方法参考下表。,细分数设置方法,三、电感式接近开关,电感式接近开关属于一种开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，其原理框图如下图所示。利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，其内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。,电感式接近开关原理框图,本任务中使用的电感式接近开关型号为LE41K，工作电压为DC 10V30V，输出类型为NPN三线常开，检测距离为4mm410%mm，检测介质为金属物体，其外形及其接线如下图所示。,a）电感式接近开关 b）接线图 电感式接近开关及其接线,四、PLC脉冲输出控制指令,1工作模式控制INI（880）指令 工作模式控制INI指令是设置PLC的内置输入输出的动作模式，其动作模式有以下6种：开始与高速计数器比较表的比较，停止与高速计数器比较表的比较，改变高速计数器的当前值，改变中断输入（计数模式）的当前值，改变脉冲输出当前值（由0确定原点），停止脉冲输出。INI指令梯形图如下图所示，操作数内容见下表。,IN指令梯形图,IN指令操作数,2频率设定SPED（885）指令 频率设定SPED（885）指令可进行无加减速脉冲输出、定位（单独模式）或速度控制（连续模式）。单独模式中通过PULS指令和置位使用。通过在脉冲输出中执行本指令，可变更脉冲输出的目标频率。SPED指令如下图所示，操作数内容见下表。,SPED指令梯形图,SPED指令操作数,使用频率设定SPED（885）指令有下列情况出现时P_ER置位： （1）超出C1、C2和S所设定的范围时。 （2）在PLS2和ORG指令中，对正在脉冲输出的端口使用本指令时。 （3）在SPED、ACC指令中，对正在脉冲输出的端口，改变并使用由本指令指定的独立/连续模式时。 （4）在周期执行任务中执行控制脉冲输出指令时，若需要中断，在中断任务内执行本指令时。 （5）在未确定原点时设定由独立模式且绝对脉冲来执行本指令时。,3脉冲量设定PULS（886）指令 脉冲量设定PULS（886）指令用于设定脉冲输输出量。通过本指令设定脉冲输出量，在单独模式下通过执行SPED指令，进行设定脉冲量的输出。PULS指令如下图所示，操作数内容见下表。,PULS指令梯形图,PULS指令操作数,使用脉冲量设定PULS（886）指令有下列情况出现时P_ER置位： （1）超出C1、C2和S所设定的范围。 （2）对脉冲输出端口已使用本指令时。 （3）在周期执行任务中执行控制脉冲输出指令时，若需要中断，在中断任务内执行本指令时。,任务实施,一、编制PLC的I/O分配表,通过对本工作任务控制要求分析，可确定PLC需要8个输入点，3个输出点，其I/O地址分配见下表。,I/O地址分配表,二、绘制PLC硬件接线图,本工作任务PLC接线图如下图所示。,PLC系统接线图,返回33页,三、步进驱动器参数设置,1细分数的设定 SJ系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定细分数的，只需根据面板上的提示设定即可。在系统频率允许的情况下，尽量选用高细分数。 2电动机相电流的设定 SJ系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定电动机的相电流，只需根据面板上的电流设定表格进行设定。,四、编写PLC控制程序,1绘制PLC控制流程图 根据工作任务控制要求，绘制工作流程图，如下图所示。,程序流程图,2设计PLC控制程序 （1）自动往返控制程序 本任务中的自动往返控制程序部分采用传送与触点比较指令实现编程，如下图所示。停止状态下按下运行按钮I:0.04，传送#1到D0寄存器中，当寄存器D0数据等于#1时，寄存器2000.01为ON，控制滑块右行，到达右限位时I:0.00为ON，延时5s后，传送#2到D0寄存器。当寄存器D0数据等于#2时，寄存器2000.02为ON，控制滑块左行，到达左位时I:0.02为ON，延时5s后，传送#1到D0寄存器，重复右行。,自动往返控制程序,（2）步进脉冲输出控制 本任务采用无加减速的单相脉冲输出（定位中的脉冲量不能变更）的控制方法实现，脉冲输出控制程序如下图所示。2000.01输出正向脉冲信号，2000.02输出反向脉冲信号。I:O.06、I:0.07为手动运行信号，I:0.03、I:0.01为左右极限传感器，当运行到左右极限位置时，停止脉冲输出。,步进脉冲输出控制程序,（3）停止控制程序 停止控制程序如下图所示，按下停止按钮I:0.05，或极限传感器动作，首先传送#0到寄存器D0中，同时通过INI方式控制指令使步进电动机处于停止状态， 停止自动往返运行。,停止控制程序,五、系统安装、调试与运行,1识图、安装与接线 根据前图所示的PLC接线图，准备任务所需电气元件，并在配电板上进行元件与线路安装。 （1）元器件检查。检查元器件规格是否符合技术要求，并检查电器元件是否完好。 （2）固定元器件。在配电板合理布置并固定本任务所需的电气元器件。 （3）配线安装。根据配线原则和工艺要求，进行配线安装。 （4）自检。对照电气接线图检查接线是否无误，确认无误后方可通电调试。,2程序下载 线路安装完成并检查无误后，接通电源，将程序下载到PLC中。 3运行调试 （1）在指导教师指导下方可进行通电调试。 （2）接通系统电源开关，将PLC运行方式拨至“RUN”位置，然后通过计算机上的软件“监控”监视程序运行情况，再按下表进行操作，观察并记录系统运行情况。如出现异常情况，应立即切断电源，分析原因、检查硬件电路和程序，解决问题后再重新调试；若是程序问题且不影响安全运行，可通过在线修改程序进行调试，直至系统功能全部调试成功为止，最后关闭系统电源开关。,系统调试运行情况记录表,操作提示,在进行步进电动机控制系统的梯形图程序设计、线路安装与调试的过程中，时常会遇到如下问题： 问题1：步进电动机驱动器接收不了脉冲，但通过手动给脉冲却可以接收。 解决方案：（1）检查PLC输出通道是否损坏；（2）确认PLC的输出与驱动器的接收电平是否相符。,问题2：步进电动机只能正向或反向运行，不能实现正反向运行。 解决方案：（1）检查PLC的Q:100.2是否有输出信号；（2）检查步进电动机驱动器方向控制端接线是否正确。 问题3：PLC控制程序是正确的，但是步进电动机不能正常运行。 解决方案：若PLC控制程序已经执行脉冲输出指令，但PLC的输出点没有脉冲输出，则应检查脉冲输出指令的频率设置是否正确。,一、步进电动机启动时原地来回动或走起来失步检查,步进电动机启动时出现原地来回动或走起来失步情况一般要进行以下几方面检查： 1电动机力矩是否足够大，能否带动负载，因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大30percent50percent的电动机，因为步进电动机不能过负载运行，哪怕是瞬间，都会造成失步，严重时停转或不规则原地反复动。 2上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大（一般要10mA），以使光耦稳定导通，输入的频率是否高，导致接收不到，如果上位控制器的输出电路是CMOS电路，则也要选用CMOS输入型的驱动器。,知识拓展,3启动频率是否太高，在启动程序上是否设置了加速过程，最好从电动机规定的启动频率内开始加速到设定频率，哪怕加速时间很短，否则可能就不稳定，甚至处于惰态。 4电动机未固定好时，有时会出现此状况，则属于正常。因为，实际上此时造成了电动机的强烈共振而导致进入失步状态。电动机必须固定好。 5对于2相电动机来说，相位接错，电动机也不能工作。,二、旋转编码器,旋转编码器如下图所示，它是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。,旋转编码器外形图,三、高速计数脉冲相关指令,1读取脉冲数PRV指令（881） 读取脉冲数PRV指令是读取PLC的内置输入输出的数据，这些数据包括：当前值（高速计数器当前值、脉冲输出当前值、中断输入当前值等），状态信息（脉冲输出状态、高速计数器输入状态及PWM输出状态），区域比较结果，脉冲输出的频率（脉冲输出03）及高速计数器的频率等。PRV指令如下图所示，操作数内容见下表。,PRV指令梯形图,PRV指令操作数,2比较表登录CTBL指令（882） 比较表登录CTBL指令是对PLC内置的高速计数器的当前值进行目标值的一致比较或计数区域比较，当条件满足时执行指定的中断任务。CTBL指令如下图所示。,CTBL指令梯形图,任务2 加热装置温度检测与控制,知识目标,1掌握欧姆龙PLC模拟量特殊功能模块的功能及其使用方法。 2掌握热电阻温度传感器、变送器的连接与使用。,能力目标,1会根据控制要求，编制加热装置温度检测控制程序。 2能完成加热装置温度检测PLC控制系统的线路安装、运行与调试。,工作任务,本任务是要设计一个加热装置（电加热箱）的温度检测控制系统。电加热箱结构图如下图所示，其中安装有电加热器、热电阻温度传感器以及制冷风扇，工作电源为AC220V，功率为0.8kW。本装置采用PLC作为核心控制器，电加热元件和风扇的工作状态只有OFF和ON，即不需自行调节。要求当电加热箱的温度高于80时，停止加热并启动制冷风扇降温，当温度低于40时，停止降温并启动加热，温度检测误差不超过2。,电加热箱结构图,任务分析,从对任务控制要求的分析可知，本任务中被测量温度需通过温度传感器检测，且温度传感器输出信号需通过相应变送器转换为标准模拟量信号，再由PLC的模拟量输入模块转换为数字量信号才能进行运算控制。由此可知控制系统结构如下图所示。,控制系统结构图,相关知识,热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器，它由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻可与温度变送器连接，将温度转换为标准电流或电压信号输出。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200+850范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000。目前，最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。,一、热电阻温度传感器,1热电阻传感器连接方式 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其他一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。 目前热电阻传感器的引线主要有三种方式：二线制、三线制、四线制。,在日常使用中热电阻一般采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。 2PT100铂热电阻温度传感器 下图所示为PT100铂热电阻温度传感器，PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T) ，其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。,温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号（4mA20mA、或0V5V、或010V的直流电信号）的仪表，温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制。本任务选用SBWZ温度变送器，工作电压为DC24V，温度转换量程0200，输出信号010V，其接线方法如下图所示。,二、温度变送器,PT100热电阻温度传感器 SBWZ温度变送器接线方法,温度变送器使用注意事项 （1）温度变送器的供电电源不得有尖峰，否则容易损坏变送器。 （2）变送器的校准应在加电5分钟后进行，并且要注意当时环境温度。 （3）测高温时(100)传感器腔与接线盒间应用填充材料隔离,防止接线盒温度过高烧坏变送器。 （4）在干扰严重的情况下使用传感器，外壳应牢固接地避免干扰，电源及信号输出应采用10屏蔽电缆传输，压线螺母应旋紧以保证气密性。,三、CPM1A-MAD01模拟量单元,CPM1A-MAD01模拟量输入输出单元如下图所示，它有模拟输入2点、输出1点的模拟输入输出。其模拟输入信号量程为010V、15V、420mA，分辨率为1/256，其中15V、420mA 量程可以使用断线检测的功能。模拟输出信号量程为010V、1010V、420mA。,MAD01模拟量输单元 端子排列,1MAD01模拟量单元的连接 MAD01模拟输入输出单元与CPU 单元的连接如下图所示，只需接入CPU单元的扩展接口即可。,MAD01单元与CPU 单元连接示意图,2模拟输入输出单元的布线 MAD01单元输入模拟量信号接线方法如下图所示，输出模拟量信号接线方法如下图所示，电流输入、输出时需将电压端与电流端并联。,输入模拟量信号接线方法图 输出模拟量信号接线方法,MAD01单元接线注意事项 （1）模拟输入输出的布线请使用2芯双绞屏蔽线。 （2）请与电源线（AC电源线、动力线等）分离布线。 （3）不使用的输入请将V IN、I IN 和COM短路。 （4）请使用压接端子。（紧固转矩为0.5Nm） （5）使用电流输入时请将V IN 和I IN短路。 （6）电源线载有噪声时，请在电源、输入部插入噪声滤波器。,3数据转换 MAD01单元输入、输出模拟电压、模拟电流值与PLC转换数值的关系如下图所示。,输入电压/电流数据转换关系 输出电压/电流数据转换关系,4编制梯形图程序 （1）模拟输入/输出单元的通道分配与其他的扩展单元或扩展I/O单元是一样的。通道的分配是从分配给CPU单元或已连接的前一个扩展单元或扩展I/O单元的下一个通道开始的。“m”为分配给CPU单元或已连接的前一个扩展单元或扩展I/O单元的最后一个输入通道，“n”为其最后一个输出通道（其中CP1H PLC输入通道范围为0CH16CH，输出通道范围为100CH116CH。例如CP1H-XA40DR直接扩展MAD01单元，其模拟输入1信号通道为02CH，模拟输入2信号通道为03CH，模拟输出信号通道为102CH）。,（2）将量程代码写入到n+1CH里。量程代码从CPU 单元向模拟输入输出单元传送，则A/D、D/A 就开始转换。量程根据模拟输入1、2 和模拟输出的量程组合，有8种量程代码FF00FF07，具体代码见下表。量程代码在运行开始时通过传送指令（MOV）写入到n1CH。 （3）通过传送指令将A/D 转换的数据读取在m+1 CH和m+2 CH的低8位中。,量程代码表,一、编制PLC的I/O分配表,通过对本工作任务控制要求分析，可确定PLC需要2个输入点，3个输出点，其I/O地址分配见下表。,I/O地址分配表,任务实施,二、绘制PLC硬件接线图,1本任务PLC接线图见下图。,PLC接线图,2传感器接线见下图。,传感器接线图,三、编写PLC控制程序,1温度采样输入程序 温度采样输入程序如下图所示。系统上电首先写入量程控制字，按下启动按钮0.00，启动信号W1.00为ON，延时0.5s后开始每个扫描周期均读取温度测量值。,温度采样程序,2温度量程变换程序 本任务使用的温度变送器量程为0200、输出为010V，当温度变化1时，其输出电压变化0.02V（10 V/200），而MAD01单元采样数据每变化1则采样的模拟电压约为0.04V（10V/255），量程转换程序如下图所示。,温度量程变换程序,3加热控制程序 加热控制程序如下图所示。当加热温度小于40时W3.00为ON， Q:100.00为ON控制加热器工作进行加热，当加热温度大于80时W3.01为ON，Q:100.01为ON控制冷却风扇工作进行散热。,加热控制程序,四、系统安装、调试与运行,1识图、安装与接线 根据系统电气接线图，准备任务所需电气元件，并在配电板上进行元件与线路安装。 （1）元器件检查。检查元器件规格是否符合技术要求，并检查电器元件是否完好。 （2）固定元器件。在配电板上合理布置并固定本任务所需的电气元器件。 （3）配线安装。根据配线原则和工艺要求，进行配线安装。 （4）自检。对照电气接线图检查接线是否无误，确认无误后方可通电调试。,2程序下载 线路安装完成并检查无误后，接通电源，将程序下载到PLC中。 3运行调试 （1）在指导教师指导下进行通电调试。 （2）接通系统电源开关，将PLC运行方式拨至“RUN”位置，然后通过计算机上的软件“监控”监视程序运行情况，再按下表进行操作，观察并记录系统运行情况。如出现异常情况，应立即切断电源，分析原因、检查硬件电路和程序，解决问题后再重新调试；若是程序问题且不影响安全运行，可通过在线修改程序进行调试，直至系统功能全部调试成功为止，最后关闭系统电源开关。,系统调试运行情况记录表,操作提示,在进行温度检测控制系统的梯形图程序设计、线路安装与调试的过程中，时常会遇到如下问题： 问题：在使用模拟量模块输入时，发现从热电偶读入的数据很不稳定。 后果及原因：测量数据不稳定会造成系统测量精度以及控制结果出错。 预防措施：（1）接地悬空；（2）在程序中将数据进行平均值运算处理。,固态继电器（简称SSR）如下图所示，它是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振，耐机械冲击，安装位置无限制，防潮、防霉、防腐蚀性能良好，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。,固态继电器外形图,知识拓展,固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路、交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路、交流输出电路和交直流输出电路等形式。 SSR固态继电器按触发形式不同,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。在输入端施加合适的控制信号IN时，P型SSR立即导通。当IN撤销后,负载电流低于双向可控硅维持电流时(交流换向),SSR关断。,任务3 PLC串行链接通信,知识目标,1掌握PLC网络通信基础知识。 2掌握欧姆龙PLC链接通信模块的参数设置及其使用方法。,能力目标,1会根据控制要求，设置PLC链接通信参数设置，编制PLC控制程序。 2能完成PLC链接通信系统的线路连接、运行与调试。,工作任务,在控制对象较多的大型工业自动化系统中经常使用PLC与PLC通信、PLC与上位机通信，本任务以一个简单实例介绍两台PLC串行链接通信的实现方法。现有两台CP1H（下面简称PLC-A、PLC-B）分别控制两台设备，PLC-A控制的设备完成工件A的加工，PLC-B控制的设备完成工件A的装配，现要求将PLC-A的运行与停止信号送给PLC-B，将PLC-B完成装配的数量送给PLC-A。具体要求如下：,1按下启动按钮，PLC-A控制运行指示灯HL1立即工作，PLC-B控制运行指示灯HL2延时2s工作。 2按下停止按钮，PLC-B控制运行指示灯HL2立即停止，PLC-A控制运行指示灯HL1延时2s停止。 3按下PLC-B的计数按钮模拟计数，PLC-A的数码管显示计数值。,任务分析,两台PLC之间要实现数据交换，就必须配置一个PLC通信网络，本任务中采用PLC链接通信方式，使用两个RS485通信模块实现PLC间数据链接。,相关知识,一、串行通信基础知识,计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。串行通信传输方式在每一个时间单位传输一位信息（即每位都占据固定长度的时间间隔），信息的所有位按顺序一位一位传送。串行通信传输方式也称为串行通信，由于使用的传输线少，所以成本低，适合于远距离传输。,1半双工和全双工工作方式 串行通信是将数据一位接一位地顺序通过同一信号线进行传送的方式。它的通路可以只有一条，此时发送信息和接收信息不能同时进行，只能采用分时使用线路的方法，如在A发送信息时，B只能接收；而当B发送信息时，则A只能接收，这种工作方式我们称为半双工通信方式。 除了半双工和全双工通信外，还有一种单工通信方式，它只允许一个方向传送信息，而不允许反向传输。,2调制与解调 计算机通信时发送接收的信息均是数字信号，其占用的频带很宽，约为几MHz甚至更高。但目前长距离通信时采用的传统电话线路频带很窄，大约有4kHz左右。直接传送必然会造成信号的严重畸变，大大降低了通信的可靠性。所以，在长距离通信时，为了确保数据的正常传送，一般都要在传送前把信号转换成适合于传送的形式，传送到目的地后在再恢复成原始信号。这个转换工作可利用调制解调器(modem)来实现。,在发送站，调制解调器把“1”和“0”的数字脉冲信号调制在载波信号上，承载了数字信息的载波信号在普通电话网络系统中传送。在目的站，调制解调器把承载了数字信息的载波信号再恢复成原来的“1”和“0”数字脉冲信号。,3同步通信和异步通信 串行通信的数据是逐位传送的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。常用的基本串行通信方式有同步通信和异步通信两种数据传送格式。,（1）同步通信 所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。同步通信把许多字符组成一个信息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。,（2）异步通信 异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。 异步通信规定字符由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity bit)和停止位(stop bit)组成。起始位表示一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与数据同步。停止位则表示一个字符的结束。这种用起始位开始，停止位结束所构成的一串信息称为帧(frame)。,4. 串行数据校验 数字通信中一项很重要的技术是差错控制技术, 包括对传送的数据自动地进行校验, 并在检测出错误时自动校正。对远距离的串行通信, 由于信号畸变、线路干扰以及设备质量等问题有可能会出现传输错误, 此时就要求能够自动检测和纠正。目前经常使用的校验方法有奇偶校验码, 循环冗余码等。,（1）奇偶校验 这是一种最简单的校验方法，根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。通常先规定好校验的性质，是奇校验还是偶校验。发送数据时，在每组代码的后边增加一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。,（2）循环冗余校验CRC 循环冗余校验方法是以数据为对象进行校验的。CRC“校验和”(checksum)是两个位元数据流采用二进制除法（没有借位）相除所得到的余数。其中被除数是需要计算校验和的信息数据流的二进制表示；除数是一个长度为n + 1的预定义（短）的二进制数，通常用多项式的系数来表示。在做除法之前，要在信息数据之后先加上n个0。 奇偶校验、循环冗余校验均是让接收方判断数据是否有错，因此不能确认具体的错误位置，也不能纠正错误。,在CP1H型PLC的CPU单元上安装RS-422A/485选件板（或RS-232C 选件板），即可在CP1H型PLC的CPU单元之间或CP1H型PLC的CPU单元与CJ1M型PLC的CPU单元间进行数据通信，且无需设计程序进行数据交换。使用PLC串行链接通信可以实现CP1H:CP1H1:N（最大8）的连接以及1:1连接，其结构分别如下图所示。,二、串行PLC链接通信,1:N连接结构图,1:1连接结构图,1链接方式 PLC串行链接通信作为数据的更新方式，可选择全站链接方式和主站链接方式。 （1）全站链接方式 全站链接方式中主站和从站都反映所有的其他站的数据。 例如：全站链接方式、最大机号No.3的情况下，数据链接示意图如下图所示，图中因从站No.2为PT（可编程终端）或不存在，所以No.2的区域未定义。,全站链接数据链接示意图,当设定连接CH数最大10 CH的情况时，主站CP1H CPU单元及各从站CP1H CPU单元将分配给主站/从站No.相应的自身区域发送到所有的其他站的同一区域，其链接区域如下图所示。,连接CH数最大为10时的数据链接示意图,（2）主站连接方式 主站连接方式中仅主站可反映所有的从站的数据，而从站只反映主站的数据。由于从站区域的地址都相同，因而具有参照数据的梯形图程序可以共通的优点。对于PT所连接的机号No.的区域和线路上不存在的从站的区域，主站中对应数据区不定义。 例如：主站链接方式、最大机号为No.3的情况下，数据通信链接示意图如下图所示。图中，由于从站No.2 为PT或不存在，主站的数据区不定义。,主站链接数据链接示意图,当设定链接CH数最大的10CH时，主站CP1H CPU单元将其自身的31003109CH，以同时多址的形式向所有从站CP1H CPU单元的31003109CH 发送。各从站CP1H CPU单元将自身的31103119CH，按从站No.的顺序，依次向主站的31103139CH中发送（10个通道CH一组接收一个从站的数据），如下图所示。,主站链接数据链接示意图,2分配继电器区域 （1）全站链接方式时，继电器分配情况如下图所示。 （2）主站链接方式时，继电器分配情况如下图所示。,全站链接方式继电器分配,主站链接方式继电器分配,三、7段LED通道数据显示SCH（047）指令,在CP1H CPU单元主体的7段LED中显示00FF中任意2位数的数值或任意的段显示。7 段LED 通道数据显示指令（SCH）将S CH的高位或低位2位数的值（00FF）显示在7段LED中。其梯形图符号如下图所示。,7段LED通道数据显示指令SCH梯形图符号,操作数S区域为：CIO、W、H、A、T/C、D、常数K/H。操作数C区域为：0000 Hex（显示低位2位）、0001 Hex（显示高位2 位）。 7段LED通道数据显示指令SCH执行条件为ON时，在用S指定的值（16进制4位）中，将低位2位或高位2位的值（00FF）显示在CP1H CPU单元表面的7段LED中。高位/低位的选择通过C进行设定。SCH指令的输入条件即使为OFF，显示也不会消失。C的内容在0000 Hex、0001 Hex以外时将发生错误，ER 标志为ON，将不运行指令。,任务实施,一、配置RS-485通信模块,1RS-485通信模块安装与接线 将RS-485通信模块分别插入各工作单元PLC扩展槽1（即串行端口1）中，并将各RS-485通信模块的接线端子并联。 2RS-485通信模块设置 根据本任务要求，将PLC-A设为链接通信主站，PLC-B设为链接通信从站。,（1）主站单元PLC通信模块 1）通过CX-P编程软件，选择菜单栏“PLC”“编辑（E）”“设置（S）”，打开“PLC设定”窗口，或者右击工作区窗口中的“设置”，将【串行端口1串行通信模式】设定为【串行PLC链接主站】，设置窗口如下图所示，其他设定项目见下表。 2）将【链接方式】设定为【全站链接方式】或【主站链接方式】。 3）设定【链接CH 数】（110）。 4）设定【串行PLC 链接最大号机No.】（07）。,PLC-A串口通信设置窗口,主站侧通信模块参数设置表,（2）从站单元PLC通信模块 1）通过OMRON-CX编程软件将【串行端口1串行通信模式】设定为【串行PLC链接（从站）】，设置窗口如下图所示，其他设定项目见下表。 2）将PLC-B【串行PLC 链接从站机号No.】设定为1。,PLC-B串口通信设置窗口,主站侧通信模块参数设置表,二、编制PLC的I/O分配表,通过对本工作任务控制要求分析，可确定PLC地址分配见下表。,地址分配表,三、编制PLC控制程序,1设计PLC-A主站控制程序 PLC-A主站控制程序如下图所示。,PLC-A主站控制程序梯形图,2设计PLC-B从站控制程序 PLC-B从站控制程序如下图所示。,PLC-B从站控制程序梯形图,四、系统安装、调试与运行,1程序下载 接通电源，分别下载PLC-A和PLC-B控制程序。 2运行调试 （1）在指导教师指导下进行通电调试。 （2）接通系统电源开关，将PLC运行方式拨至“RUN”位置，按下表进行操作，观察并记录系统运行情况。如出现异常情况，应立即切断电源，分析原因、检查硬件电路和程序，解决问题后再重新调试；若是程序问题且不影响安全运行，可通过在线修改程序进行调试，直至系统功能全部调试成功为止，最后关闭系统电源开关。,系统调试运行情况记录表,一、数据通信接口 1RS-232C通信接口 RS-232C是一种串行通信接口协议，广泛用于计算机、PLC和其他控制设备中。 它采用负逻辑，用-5 -15V表示逻辑状态“1”，用+5 +15V表示逻辑状态“0”。 RS-232C的最高传输速率为20Kbit/s，最大传输距离为15m，只能进行一对一的通信。 距离较近的连接只需3根线，计算机与PLC之间和PLC与PLC之间一般使用9针的连接器。 RS-232C使用单端驱动、单端接收电路，容易受到公共地线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。,知识拓展,2RS-422A/RS-485通信接口 RS-422A采用全双工通信，两对平衡差分信号线分别用于接收和发送；RS-485采用半双工通信，只有一对平衡差分信号线，接收和发送不能同时进行。 RS-422A/ RS-485在最大传输速率（10Mbit/s）时，最大通信距离12m；当传输速率（100Kbit/s）时，最大通信距离1200m。,二、PLC通信网络简介 在PLC及其网络中存在两类通信：一类是并行通信，另一类是串行通信，并行通信一般发生在PLC的内部，它指的是多处理器PLC中多台处理器之间的通信，以及PLC中CPU单元与智能模板的CPU之间的通信。前者是在协处理器的控制与管理下，通过共享存储区实现多处理器之间的数据交换；后者则是经过背板总线（公用总线）通过双口RAM实现通信。PLC的并行通信由于发生在PLC内部，对应用设计人员不必多加研究，重要的是了解PLC网络中的串行通信。,PLC网络中，各站通过通信子网互联在一起，当某站对子网请求通信时，他对响应的时间是有要求的，不同站对实时性的要求可能不同，同一站不同通信任务对实时性的要求也可能不同。一项通信任务的实时性得到满足是指其响应时间小于规定的时限；一个站的实时性合乎要求是指该站提出的所有通信任务在指定的时限内都能获得响应。整个通信子网的实时性符合要求是指分布在子网上每一个站的每项通信任务的实时性均得到保证。,欧姆龙PLC的网络系统有多种类型（或称为级别），下面介绍其中的两种网络。 1CompoBus/D(DeviceNet)网络 这是一种基本的设备级（器件级）网络，采用DeviceNet 标准协议，由C200HW-DRM21型主站（亦称主单元）和从站（即远程I/O单元）组成，主站安装在CPU机架上或扩展I/O机架上，最多可连接50个从站，最多I/O点数为1600点。采用专用通信电缆，通信协议符合设备网络通信协议。当通信电缆长度不超过100m时，允许最高通信速率为500Kbps,通信电缆长度不超过500m时，允许最高通信速率为125Kbps。 这种网络的从站可以是开关量I/O终端、模拟量输入终端、模拟量输出终端以及传感器终端等。,2CompoBus/S网络 采用专用的CompoBus/S通信协议，通信速率为750Kbps,当干线长度不超过100m并使用专用电缆时，最多可连接32个从站。该网络由CompoBus/S主单元C200HW-SRM21和从单元组成。从站是各种开关量I/O终端。,三、PLC通信网络与PLC控制网络的区别 PLC网络包括PLC控制网络与PLC通信网络，这两种网络的功能是不同的。 PLC控制网络是指只传送ON/OFF开关量，且一次传送的数据量较少的网络。例如，PLC的远程I/O控制。这种网络的特点是PLC虽然远离控制设备，但对开关量控制如同自身的一样，简单方便。 PLC通信网络又称高速数据公路，此网络既可传送开关量又可传送数字量，且数据量较大。其类似与普通局域网，如西门子的SINEC-H1网。,任务4 PLC与变频器通信,知识目标,1掌握3G3MV变频器通信参数设置。 2掌握PLC与变频器通信系统的连接。 3掌握3G3MV变频器通信调速控制的频率给定方式。,能力目标,1能根据控制要求，设置变频器通信参数。 2能完成PLC、变频器通信控制系统的连接、设置、运行与调试。,工作任务,本任务要求实现PLC与变频器（远程终端单元）的ModbusRTU总线通信，通过安装在CP1H槽位2上的CP1W-CIF11模块，即串行端口2向地址为1的3G3MV变频器发送指令，按下按钮SB1时，使该变频器驱动所带电动机以60Hz频率开始转动；按下按钮SB2时，使该变频器驱动所带电动机以50Hz频率开始转动；按下按钮SB3时，电动机停止转动。,任务分析,使用ModbusRTU简易主站功能需要在PLC指定的DM数据区写入需要发送的Modbus命令，触发发送标志位，CP1H就可以自动发送添加了CRC-16校验的Modbus命令，PLC将自动接收变频器的响应数据，并存储到指定的DM数据区。使用这种方法不仅可以和变频器通信，而且可以和任何支持ModbusRTU协议的设备通信。,MEMOBUS通信系统结构图如下图所示，它由1台主控制器(PLC)和131台(最多)的驱动器(3G3MV)构成。 主控制器和驱动器之间的信号传送采用串行通信方式，信号从主控制器开始传送，驱动器做出响应，且主控制器同时只与1台驱动器进行信号传送，因此各驱动器要设定自己的地址编号，主控制器按指定编号进行信号传送。驱动器接到主控制器的指令后，实施动作驱动，并把响应反馈给主控制器。,一、MEMOBUS(MODBUS) 通信的构成,相关知识,通信系统结构图,MEMOBUS(MODBUS)通信采用国际标准的RS-422、RS-485通信协议，其具体通信标准见下表。,通信标准,3G3MV变频器与PLC通信时，需要设定下表所列与通信相关的参数，其中n152n157在通信时不能进行设定，务必在通信前进行设定。,二、3G3MV变频器通信参数,3G3MV变频器通信相关参数,续表,注：*设定为0，无视从主控器来的指令，也不给响应。,通信时主控制器(PLC等)对驱动器(3G3MV)发出指令，驱动器进行响应。该指令格式如下图所示，随指令功能内容不同，数据部分的长度会有所变化。 （1）驱动器地址。即变频器通信地址，由变频器设定参数确定，范围为032。设定为0时，同时一齐发送，此时变频器不予响应。 （2）指令编号。CP1H与3G3MV变频器通信的指令编号有3种，见下表。,三、3G3MV变频器通信指令格式,指令格式,指令编号表,(3)数据。3G3MV变频器的数据有显示数据(只可写入)、指令数据(可阅读及写入)和监视内容(只可阅读)，见下表。保持记录编号(回路反馈编号时为测试编号)与其数据组合成一串数据，按指令内容数据长度有所变化。,显示数据内容,续表,续表,监视内容,续表,续表,（4）异常检查。异常检查是指进行CRC-16计算，检查通信数据是否正确。,使用ModbusRTU简易主站功能就可以实现PLC和3G3MV变频器通信。该功能只需要在规定的DM数据区域（串行端口1：D32200D32249、串行端口2：D32300D32349）写入需要发送的Modbus命令，触发发送标志，PLC就可以自动发送添加了CRC-16校验的Modbus命令，PLC将自动接收变频器的响应。应答则