煤矿设备电气控制与PLC应用技术三菱FX系列西门子S系列PPT课件.ppt

书名 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ISBN 978 7 111 44887 7作者 王栋出版社 机械工业出版社本书配有电子课件 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 1 项目三FX2N系列PLC特殊功能模块与数据通信 能力目标 1 能够根据相关控制要求 使用输入输出模块并编程 2 能够应用PLC通信模块对通信系统进行简单设计并编程 知识目标 1 了解PLC特殊功能模块的类型 2 掌握模拟量输入 输出模块等特殊功能模块的使用和编程方法 3 了解PLC的通信基础知识 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 2 任务一电热水器温度控制 当水位低于低液位开关时 打开进水电磁阀进水 高于高液位开关时 关闭进水电磁阀停止进水 加热时 当水温低于80 时 打开电源控制开关开始加热 当水温高于95 时 停止加热并保温 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 3 二 相关知识 一 FROM TO指令 1 FROM指令FROM指令 FNC78 的功能是实现对特殊模块缓冲区BFM指定位的读取操作 指令格式如图3 2所示 图3 2FROM指令 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 4 当X000 OFF时 FROM指令不执行 当X000 ON时 将1号特殊功能模块内的10号缓冲存储器 BFM 10 开始的两个数据读到PLC中 并存入以D10开始的数据寄存器中 各软元件 操作数代表的意义为 X000 FROM指令执行的起动条件 起动指令可以是X Y和内部继电器M等 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 5 图3 3PLC基本单元与特殊功能模块连接 m1 特殊功能模块号 范围0 7 特殊功能模块通过扁平电缆连接在PLC右边的扩展总线上 可以连接最多8块特殊功能模块 编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为0 7号 不同系列的PLC可以连接的特殊功能模块的数量是不一样的 如图3 3所示 该配置使用FX2N 48MR基本单元 连接FX2N 2AD FX2N 2DA两块模拟量模块 编号分别为0 1号 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 6 m2 特殊功能模块缓冲存储器 BFM 首元件编号 范围0 31 特殊功能模块内有32点16位RAM存储器 称为缓冲存储器 其内容根据各模块的控制目的决定 缓冲存储器的编号为 0 31 在32位指令中 指定的BFM为低16位 在此之后的BFM为高16位 D 指定存放数据的元件首元件号 n 传送点数 用n指定传送的字点数 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 7 上述4个操作数的可取值范围见表3 1 表3 1FROM特殊功能模块指令表 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 8 2 TO指令 TO指令 FNC79 的功能是由PLC向特殊单元缓冲存储器BFM写入数据的指令 指令格式如图3 4所示 图3 4TO指令格式 当X000 OFF时 TO指令不执行 当X000 ON时 将PLC中以D10开始的两个数据写入0号特殊功能模块内以10号缓冲存储器 BFM 10 开始的两个缓冲存储器中 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 9 图3 4中各软元件 操作数代表的意义为 X000 TO指令执行的起动条件 起动指令可以是X Y和内部继电器M等 m1 特殊功能模块号 范围0 7 m2 特殊功能模块缓冲寄存器首地址 范围0 31 S 指定被读出数据的元件首地址 n 传送点数 用n指定传送的字点数 煤矿设备电气控制与PLC应用技术ppt课件 10 上述4个操作数的可取值范围见表3 2 表3 2TO特殊功能模块指令表 11 二 特殊功能模块的分类 在使用PLC组成的控制系统中 通常会处理一些特殊信号 如流量 压力 温度等 这就要用到特殊功能模块 FX系列PLC的特殊功能模块有模拟量输入 输出模块 数据通信模块 高速计数模块 位置控制模块及人机界面等 12 13 三 模拟量输入模块FX2N 2AD 1 简介FX2N 2AD模块用于将2点模拟输入 电压输入或电流输入 转换成12位的数字量 并通过FROM指令读入PLC中 提供12位高精度分辨率 212 4096 数字输出范围0 4096 一般调到0 4000 2通道电压输入 0 10V或0 5VDC 或电流输入 4 20mA 由PLC的基本单元提供内部电源 不单独使用电源 14 2 布线如图3 6所示 模拟输入通过双绞屏蔽电缆来接受 在使用中 FX2N 2AD不能将一个通道作为模拟电压输入 而将另一个作为电流输入 这是因为两个通道使用相同的偏置值和增益值 对于电流输入 请短路VIN和IIN 15 3 缓冲存储器分配特殊功能模块内部均设有数据缓冲存储器BFM 是FX2N 2AD同PLC基本单元进行数据通信的区域 这一缓冲区由32个16位的寄存器组成 编号为BFM 0 BFM 31 见表 16 BFM 0 由BFM 17 低8位数据 指定的通道的输入数据当前值被存储 当前值数据以二进制形式存放 BFM 1 输入数据当前值 高端4位数据 被存储 当前值数据以二进制形式存放 BFM 17 b0 进行模拟到数字转换的通道 CH1 CH2 被指定 b0 0 使用通道CH1 b0 1 使用通道CH2 b1 通过将0 1 A D转换过程开始 17 4 增益和偏置 模块出厂时 对于电压输入0 10V 增益值和偏置值调整到数字值0 4000 当FX2N 2AD用作电流输入或0 5VDC输入时 或根据工程设定的输入特性进行输入时 就有必要进行增益值和偏置值的再调节 增益值和偏置值的调节是对实际的模拟输入值设定一个数字值 这是由FX2N 2AD的容量调节器来调节的 18 1 增益调整 增益值可设置任意数值 但是 为了将12位分辨率展示到最大 可使用的数字范围为0 4000 FX2N 2AD的增益调整特性如图3 7所示 19 2 偏置调整 偏置值可设置为任意的数字值 但是 当数字值以如图3 8所示的方式设置时 建议设定模拟值如图3 8所示 20 5 程序举例 FX2N 2AD模块的应用编程 21 通道1的输入执行模拟到数字的转换 X000 通道2的输入执行模拟到数字的转换 X001 A D输入数据CH1 D100 用辅助继电器M100 M115替换 只分配一次这些号码 A D输入数据CH2 D101 用辅助继电器M100 M115替换 只分配一次这些号码 FX2N 2AD处理时间 从X000 X001打开至模拟到数字转换值存储到主单元的数据存储器之间的时间 2 5ms 通道 22 四 模拟量输出模块FX2N 2DA 1 简介FX2N 2DA模拟量输出模块用于将12位的数字量转换成2路模拟量信号输出 电压输出或电流输出 并通过TO指令写入PLC中 提供12位高精度分辨率 212 4096 数字输出范围0 4096 一般调到0 4000 2通道电压输出 0 10V或0 5VDC 或电流输出 4 20mADC 对每一通道 可以规定电压或电流输出 由PLC的基本单元提供内部电源 不单独使用电源 FX2N 2DA模拟量输出模块用于将12位的数字量转换成2路模拟量信号输出 电压输出或电流输出 并通过TO指令写入PLC中 提供12位高精度分辨率 212 4096 数字输出范围0 4096 一般调到0 4000 2通道电压输出 0 10V或0 5VDC 或电流输出 4 20mADC 对每一通道 可以规定电压或电流输出 由PLC的基本单元提供内部电源 不单独使用电源 23 2 布线 FX2N 2DA接线如图3 10所示 当电压输出存在波动或有大量噪音时 在位置VOUT和COM之间连接0 1 0 47 F25VDC的电容 对于电压输出 在IOUT和COM之间进行短路 24 3 缓冲器分配器 FX2N 2DA缓冲存储器 BFM 分配见表3 4 25 BFM 16 存放由BFM 17 数字值 指定通道的D A转换数据 D A数据以二进制形式 并以低8位和高4位两部分顺序进行存放和转换 BFM 17 b0 通过将1 0 通道2的D A转换开始 b1 通过将1 0 通道1的D A转换开始 b2 通过将1 0 D A转换的低8位数据保持 26 4 增益和偏置 模块出厂时 对于电压输入0 10V 增益值和偏置值调整到数字值0 4000 当FX2N 2DA使用的输出特性不是出厂时的输出特性时 就有必要进行增益值和偏置值的再调节 增益值和偏置值的调节是对数字值设置实际的输出模拟值 这是由FX2N 2DA的容量调节器来调节的 27 1 增益调整 增益值可设置任意数值 但是 为了将12位分辨率展示到最大 可使用的数字范围为0 4000 如图3 11所示为FX2N 2DA的增益调整特性 电压输出时 对于10V的模拟输出值 数字调整到4000 电流输出时 对于20mA的模拟输出值 数字值调整到4000 28 2 偏置调整 电压输入时 偏置值为0V 电流输入时 偏置值固定为4mA 但是 如果需要 增益值 偏置值可随时调整 当进行调整时按如图3 12所示的方式进行 29 5 程序举例 FX2N 2DA模块的应用编程如图3 14所示 30 通道1的输入执行数字到模拟的转换 X000 通道2的输入执行数字到模拟的转换 X001 D A输出数据CH1 D100 以辅助继电器M100 M131进行替换 对这些编号只进行一次分配 D A输出数据CH2 D101 以辅助继电器M100 M131进行替换 对这些编号只进行一次分配 31 三 任务实施 一 端口配置确定系统的输入输出并分配地址 端口配置如图3 15所示 图3 15电热水器控制端口配置图 X0为高液位开关 X1为低液位开关 Y0为进水电磁阀 Y1为加热电阻 温度信号接入FX2N 2AD模块 32 二 程序设计 根据电热水器控制要求 设计控制梯形图程序 如图3 16所示 电热水器运行 水位低于低液位开关 X1 时 打开进水电磁阀 Y0 加水 当水加至高液位开关 X0 时 关闭进水电磁阀 Y0 此时PLC通过对FX2N 2AD模块采集的炉内水温的判断 控制电热水器加热 即当水温低至80 时 开启加热电阻 Y1 当水温高于95 时 关闭加热电阻 Y1 这时要用到PLC功能指令的ZCP比较指令 33 图3 16电热水器温度控制梯形图 34 四 知识拓展 FX2N 2DA特殊功能模块应用 一 控制要求 有一FX2N 2DA特殊功能模块 按如下控制要求进行输出 1 按X1 X5可分别输出1V 2V 3V 4V 5V的模拟电压 2 按X6 X7可以实现输出补偿 补偿的范围为 1 1V 35 二 端口配置 根据控制系统要求 端口配置如图3 17所示 X1 X5分别是输入1V 2V 3V 4V 5V模拟电压的按钮 X6是补偿加按钮 X7是补偿减按钮 36 三 程序设计 37 思考与练习 1 解释FROM TO指令的含义 2 模拟量输入模板 A D 模拟量输出模板 D A 的作用是什么 3 FX2N 2AD为何在使用时不能将两个通道一个作为电压输入 另一个作为电流输入 38 任务二PLC数据通信 一 相关知识 PLC通信就是将地理位置不同的PLC 计算机 各种现场设备等 通过通信介质连接起来 按照规定的通信协议 以某种特定的通信方式高效率的完成数据传送 交换和处理 39 一 通信基础 1 通信系统的组成 图3 20通信系统的组成 40 1 传送设备 包括发送 接收设备 主设备 起控制 发送和处理信息的主导作用 从设备 被动地接收 监视和执行主设备的信息 主从设备在实际通信时由数据传送的结构来确定 2 传送控制设备 传送控制设备主要用于控制发送与接收之间的同步协调 3 通信介质 通信介质是信息传送的基本通道 是发送与接收设备之间的桥梁 4 通信协议 通信协议是通信过程中必须严格遵守的各种数据传送规则 5 通信软件 通信软件用于对通信的软件和硬件进行统一调度 控制与管理 41 2 通信方式 在数据信息通信时 按同时传送的位数分为并行通信和串行通信 1 并行通信 并行通信是指所传送的数据以字节或字为单位同时发送或接受 并行通信除了有8根或16根数据线 1根公共线外 还需要有通信双方联络用的控制线 并行通信传送数据速度快 但是传送线的根数多 抗干扰能力差 一般用于近距离数据传送 如PLC基本单元 扩展单元和特殊模块之间的数据传输 42 2 串行通信 串行通信是以二进制的位为单位一位一位地顺序传送或接受 串行同系的特点是仅需要一根或两根传送线 速度慢 适合多位数 长距离通信 计算机和PLC都有通用串行通信接口 如RS 232C或RS 485接口 在工业控制中计算机之间的通信方式一般采用串行通信方式 串行通信可分为同步通信和异步通信 43 同步通信 是一种以字节为单位传送数据的通信方式 一个字节由8位二进制数组成 一次通信只传送一帧信息 信息帧与异步通信的字符帧不同 通常含1 2个数据字符 同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟严格的同步 异步通信 在异步通信中 数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送 字符帧由发送端逐帧发送 通过传输线被接收设备逐帧接收 发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收 这两个时钟源彼此独立 互不同步 44 异步通信的数据格式如图3 21所示 图3 21异步通信数据格式 45 起始位 位于字符帧开头 占1位 始终为逻辑0电平 用于接收设备向表示发送端开始发送一帧信息 数据位 起始位之后 可设5位 6位 7位 8位 低位在前 高位在后 奇偶校验位 数据位之后 占1位 用于表示串行通信中采用奇校验还是偶校验 46 接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑 0 即字符帧起始位 时 确定发送端已经开始发送数据 每当接收端收到字符帧中的停止位时 表明一帧字符已经发送完毕 异步通信的优点是不需要传送同步脉冲 字符帧长度不受限制 缺点是字符帧中因为包含起始位和停止位 因此降低了有效数据的传送速率 47 3 数据传送方向 在通信线路上按照数据的传送方向可分为单工 半双工和全双工通信方式 a 单工示意图 单工方式通信只允许数据按照一个固定方向传送 通信两点中的一点为接收端 另一点为发送端 且这种确定是不可更改的 即不能进行反向传送 如图3 22a所示 A端只能作为发送端 B端只能作为接收端 48 b 半双工示意图 半双工方式通信是指信息可在两个方向上传输 但在某特定时刻接收和发送是确定的 即同一时刻只限于一个方向传送 如图3 22b所示 A端发送B端接收 或者B端发送A端接收 49 c 全双工示意图 全双工方式通信则同时可作双向通信 两端可同时作发送端 接收端 如图3 22c所示 A端和B端双方都可以一面发送数据 一面接收数据 PLC使用半双工或者全双工异步通信方式 50 4 PLC常用通信接口标准 PLC通信主要采用串行异步通信 其常用的串行通信接口标准有RS 232C RS 422和RS 485等 RS 232C接口标准是目前计算机和PLC中最常用的一种串行通信接口 采用单端驱动非差分接收电路 因而存在传输距离不太远 最大传送距离15m 和传送速率不高 最高传送速率为2Kbit s 的问题 RS 422A 采用平衡驱动差分接收电路 抗干扰能力强 在传输速率100Kbit s时 最大通信距离为1200m 51 5 通信介质 通信介质就是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物理通路 采用的通信介质有双绞线 同轴电缆和光纤等 RS 485是RS 422A的变形 传送线采用差动信道 干扰抑制性较好 由于阻抗低无接地问题 所以传输距离可达1200m 传输速率可达10Mbit s 52 二 PLC通信功能 表3 5FX系列PLC的通信功能 53 54 三 N N网络通信 1 N N网络构成N N网络通信是把最多8台FX系列的PLC按照一定的连接方法连接在一起组成一个小型的通信系统 如图3 23所示 其中一台PLC为主站 其余的PLC为从站 每台PLC都必须配置FX2N 485通信板 系统中的各个PLC能够通过相互连接的软元件进行数据共享 达到协同运作的要求 系统中的PLC可以是不同的型号 各种型号的PLC可以组合成三种模式 即模式0 模式1和模式2 55 2 与网络通信有关的辅助继电器和数据寄存器 在每台PLC的辅助继电器和数据寄存器中分别有一片系统指定的共享数据区 网络中的每一台PLC都分配自己的共享辅助继电器和数据寄存器 使用N N网络时 必须设定软元件 见表3 6 56 3 N N网络设置 N N网络的设置只有在程序运行或PLC起动时才有效 1 设置工作站号 D8176 D8176的取值范围为0 7 主站应设置为0 从站设置为1 7 2 设置从站个数 D8177 该设置只适用于主站 D8177的设定范围为1 7之间的值 默认值为7 3 设置刷新范围 D8178 刷新范围是指主站与从站共享的辅助继电器和数据寄存器的范围 刷新范围由主站的D8178来设置 可以设定为0 1 2 默认值为0 对应的刷新范围见表3 8 57 表3 8N N网络的刷新模式 58 4 设置重试次数 D8179 D8179的取值范围为0 10 默认值为3 该设置仅用于主站 当通信出错时 主站就会根据设置的次数自动重试通信 5 设置通信超时时间 D8180 D8180的取值范围为5 255 默认值为5 该值乘以10ms就是通信超时时间 该设置仅用于主站 59 四 并联链接通信 并联链接通信用来实现两台同一组的FX系列PLC之间的数据自动传送 其系统构成如图3 24所示 与并联链接有关的标志寄存器和特殊数据寄存器见表3 10 FX1N FX2N FX2NC型号的PLC数据传送采用100个辅助继电器和10个数据寄存器来完成的 FX0N FX1S型号的PLC进行数据传送是采用50个辅助继电器和10个数据寄存器完成的 60 表3 10与并联连接有关的标志寄存器和特殊数据寄存器 61 并联连接有标准模块和快速模块两种工作模式 通过特殊辅助继电器M8162来设置 见表3 11 主从站之间通过周期性自动通信由表中的辅助继电器和数据寄存器来实现数据共享 表3 11并联连接两种模式比较 62 例如 两台FX2N系列PLC通过并联链接交换数据 通过程序实现下述功能 1 主站的X0 X7通过M800 M807控制从站的Y0 Y7 当主站的计算值 D0 D2 100时 从站中的Y10为ON 2 从站的M0 M7通过M900 M907控制主站的Y0 Y7 从站中数据寄存器D10的值用来作主站的T0的设定值 63 两台PLC的并联通信 通过分别设置在主站和从站中的程序实现 其中主站控制系统的程序 如图3 25a所示 从站控制系统的程序 如图3 25b所示 a 主站程序 64 b 从站程序 65 五 计算机链接通信 计算机链接类型的协议是各PLC公司为用户提供的一种专用的通信协议 该系统中PLC接收控制系统中的各种控制信息 分析处理后转化为PLC中软元件的数据和状态 PLC又可将所有软元件的数据和状态送入计算机 由计算机采集这些数据 进行分析及运行状态监测 用计算机可改变PLC的初始值和设定值 从而实现计算机对PLC的直接控制 计算机链接协议既可以实现RS 485 422 通信 也可以实现RS 232通信 若要求的通信距离不大 可以直接将PLC提供的RS 232通信口与计算机的9针串口连接 若要求的通信距离较大 必须采用RS 485的通信标准 此种通信需要各PLC公司提供一些专用转换模块完成RS 232到RS 485的转换 比如三菱公司提供的485PC IF和485ADP通信模块 66 众多生产厂家的各种类型PLC各有优缺点 能够满足用户的各种需求 但在形态 组成 功能和编程方面都各不相同 没有一个统一标准 各厂家制定的通信协议也是千差万别 目前 主要采用以下3种方式实现PLC与计算机的互联通信 1 通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器 来实现PLC与计算机的互联通信 但是由于其通信协议不公开 因此 互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机编程软件 并采用支持相应协议的外设 可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定制 难以满足不同用户的需求 67 2 使用目前通用的上位机组态软件 如WinCC iFAX 组态王 InTouch 力控等 来实现PLC与计算机的互联通信 组态软件以其功能强大 界面友好 开发简洁等优点 目