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1、第七章 特殊功能模块,现代工业控制许多新课题，仅仅靠通用I/O模块来解决，一方面在硬件方面的费用高，软件编程方面麻烦，另一方面有些控制任务甚至无法用通用I/O来完成。 各厂家开发出来的品种繁多的特殊I/O，增强了PLC的功能，扩大了应用范围，也为PLC的智能化，网络化，专业化提供了基础。,模拟量输入输出模块 PID过程控制模块 中断输入模块与快速响应模块 高速计数模块 运动控制模块 通信模块 模拟量设定功能扩展板 数据处理与控制模块,分类：,第一节 模拟量输入输出模块,工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）是模拟量，某些执行机构（如伺服电动机、调节阀、记录仪等）要求PLC输出模拟
2、量信号，而PLC的CPU只能处理数字量； 传感器和变送器的模拟量为标准的电流或电压，如420mA,15V,010V，PLC可有A/D转换器将模拟量转换为数字量； 带正负号的电流或电压信号在A/D转换后用二进制的原码或补码表示。,D/A转换器可将PLC的数字输出量转换为模拟量电压或电流信号，去控制执行机构。 模拟量I/O模块的主要任务是完成A/D转换和D/ A转换的， 可以是单独的A/D转换或在D/ A转换（只有输入通道或输出通道），如模拟量输入模块FX2N4AD，模拟量输出模块FX2N4DA； 也可以是模拟量输入输出模块（每块模块有输入通道和输出通道），如FXoN3A；,例如：加热炉的温度用热
3、电偶或热电阻检测，温度变送器将温度信号转换为标准电流（如420mA)或标准电压（如15V）后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到温度成比例的数字量，CPU将它与温度设定值比较，并按某种控制规律对差值进行运算，将结果（数字量）送给输出模块，经D/A转换后变为电流或电压信号，用来控制电动调节阀的开度，通过控制天然气的流量实现对温度的闭环控制。,如果，用PLC的温度检测模块（如FX2N4ADTC，FX2N4ADPT），温度传感器（热电偶或热电阻）与它们直接相连，可省去温度变送器。,FX系列PLC的一般性能指标： 小型PLC一般没有模拟量I/O模块或只有通道数有限的8位A/D或D/A模块； 大中型P
4、LC可配置成百上千个模拟量通道，且一般是12位的； 模拟量输入、输出信号可以是电压或电流信号；可以是单极性信号，如05V,010V,15V,420mA；也可以是双极性信号，如50mV, 5V, 10V, 20mA,可以输入多种量程的电压或电流。,模拟量I/O，每块可能有2,4,8,16个通道，有的模块有输入通道和输出通道。 A/D,D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高，如8位A/D转换器分辨率为1/280.38%； 另一个重要指标是转换时间； 各模块都是用光电耦合器和DC/DC转换器来隔离输入/输出信号和PLC的电源。,几种模拟量输入输出模块：,模拟量输入输出模块F
5、X-3A 模拟量输入模块FX-4AD 模拟量输出模块FX-2DA 温度传感器模拟量输入模块FX-2AD-PT 热电偶温度传感器模拟量输入模块FX-4AD-TC,一、模拟量输入模块FX-4AD,1、基本技术指标 4通道12位模拟量输入模块 各通道可指定为电流输入（-20mA+20mA）或电压输入（-10V+10V）， 分辨率为20A，5mA，综合精度为1%， 转换速度最高为6ms/通道， 在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX0N-4AD模块。,一、模拟量输入模块FX-4AD,2、模块编号 从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号07。 3、缓冲寄存器（BFM）的分配 BFM区
6、由32个16位的寄存器组成，编号为#0#31。 4、瞬时值和设定值的读出和写入用FROM/TO指令。,二、模拟量输出模块FX-2DA,1、基本技术指标 2通道12位模拟量输出模块 各通道可指定为电流输出（4mA+20mA）或电压输出（-10V+10V）， 分辨率为20A，5mA，综合精度为1%， 转换速度最高为9ms/通道， 在程序中，占用8个输入输出点，一台FX0N最多可连接8个FX0N-2DA模块。,二、模拟量输出模块FX-2DA,2、模块编号 从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号07。 3、缓冲寄存器（BFM）的分配 BFM区由32个16位的寄存器组成，编号为#0#31。 4、瞬时值和设
7、定值的读出和写入用FROM/TO指令。,三、FX-4AD和FX-2DA的使用,每一个I/O模块，都要掌握其BFM的分配 再用FROM/TO对各BFM寄存器进行读写,带*号的BFM中的数据可通过TO指令改写，改变模块的运行参数； 从指定的模拟量输入模块读入数据前应先写入设定值，否则按缺省设定值执行。 用FROM指令将不带*号的BFM内数据读入。,FX-4AD的BFM：,（1） BFM#0，写入十六进制4位数字H0000，使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4；各位数字意义： 0：设定输入范围-10+10V； 1：设定输入范围+4+20mA; 2：设定输入范围-20+20mA; 3
8、：关闭该通道。 如：BFM#0=H3310，则4个输入通道，CH1：设定输入范围-10+10V ；CH2：设定输入范围+4+20mA ；CH3，CH4：关闭。 （2）输入的当前值送到BFM#912，输入的平均值送到BFM#58。 （3）各通道平均值取样次数分别由BFM#14指定，取样次数范围14096，若设定值超范围，按缺省值8次处理。,（5）若BFM#21的b1b0=10,则增益和零点的设定值禁止改动。若b1b0=01，允许改动零点和增益的设定值， 零点：数字量输出为0时的输入值； 增益：数字量输出为+1000时的输入值。 （6）BFM#23，#24内的增益和零点设定值会被送到指定输入通道的
9、增益和零点寄存器中，而需要调整的输入通道由BFM#22的G，O（增益-零点）位的状态来指定。 如：BFM#22内G1O1（b1b0）=11,则BFM#23，24的设定值送入通道1的增益和零点寄存器。 各通道的增益和零点可统一调整，也可单独调整。,（7）BFM#23，24的设定值单位为mV,A，但受分辨率影响，实际响应步距为5mV/20 A。 （8）BFM#30中存放特殊功能模块的识别码，PLC用FROM指令读入，FX-4AD识别码为K2010，用户可在程序中利用识别码，在传送数据前先确认模块。 （9）BFM#29中各位的状态是FX-4AD运行正常否的信息， 如：b2=0,表示DC24V电源正常
10、，b2=1则电源有故障。 用FROM指令读取BFM#29，可作响应处理。,FX-2DA的BFM：,表中带*号的BFM可用TO指令写入数据， PLC由STOPRUN时将数据写入BFM中，当FX-2DA通电时，BFM值复位，恢复为缺省设定值。,（1）BFM#0中的两位十六进制分别用于控制两通道的输出模式，最低位控制CH1，最高位控制CH2， 0：电压输出（-10+10V） 1：电流输出（+4+20mA） 如：H10：表示CH1为电压输出，CH2为电流输出； （2）输出数据写入BFM#1，2；BFM#1为CH1数据，BFM#2为CH2数据，缺省值为0； （3）PLC由RUNSTOP后，FX-2DA输
11、出是保持最后的输出值还是回零点，取决于BFM#5中的十六进制数值。BFM#5中： H00：CH2保持，CH1保持； H01：CH2保持，CH1回零； H10：CH2回零，CH1保持； H11：CH2回零，CH1回零；,（4）FX-2DA的识别码为K3010，存于BFM#30中； （5）BFM#29中，各位的状态是FX-2DA运行正常否的信息。,FX-2DA的BFM：,四、程序举例,例1 假设FX4AD模拟量输入模块在最靠近基本单元FX-64MR的地方，故特殊功能模块号为NO.0。仅开通CH1和CH2两个通道作为电压量输入通道。计算平均值的取样次数为4次，利用PLC的D0和D1分别接收这两个通道
12、输入量的平均值，其梯形图程序如图4-5所示。,例2 若FX2DA模拟量输出模块连接在2号模块的位置，CH1设定为电压输出，CH2设定为电流输出。当PLC从RUN转为STOP状态，最后的输出值保持不变，其梯形图程序如图46所示。,第二节 其它特殊I/O模块,一、中断输入模块与快速响应模块 适合于要求快速响应的控制系统，接收到中断输入信号后，暂停正在进行的主程序，转去执行中断程序，执行完后返回来继续执行主程序； A系列中断输入模块有16个中断输入点，响应时间小于0.2ms,可在输入脉冲前沿或后沿起动； 有的整体式PLC集成了中断输入模块的功能，如FX有6点中断输入X05； PLC输入/输出间存在着
13、因扫描工作方式引起的延迟，可达到两个扫描周期的延迟。但快速模块可快速地响应输入脉冲，或监控很窄的输入脉冲。 模块的输出与PLC扫描过程无关，由输入量直接控制，输出量同时还受到用户程序的控制。,二、高速计数模块 PLC梯形图程序中计数器的最高工作频率受扫描周期的限制，只有几十Hz； 工业控制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自旋转编码器，机械开关或电子开关。 高速计数模块： 可对几十K Hz，甚至上MHz的脉冲计数， 有一个或几个开关量输出点， 当计数器当前值预置值时，输出被驱动， 与扫描周期无关，可保证负载被及时驱动；,如：生产线上，传送带用伺服电动机驱动，旋转编码器发出能反映传
14、送带位移量的计数脉冲，送给高速计数模块计数，CPU根据计数值与位置设定值的差值，从模拟量输出模块送出模拟量控制信号，经伺服控制器功率放大后控制伺服电动机的转动和停车过程，实行运动速度和位置的闭环控制。,FX系列内置有：2点1相60Hz，4点1相10KHz，1点2相30KHz，1点1相5KHz，的高速计数器 FX的高速计数模块FX-1HC， 可作2相50K，1通道的高速计数器， 可与编码器相连， 一台FX可接8块FX-1HC， 占用8个输入输出点,三、运动控制模块,模块带有微处理器，控制运动物体的位置、速度和加速度，可控制直线运动或旋转运动，单轴或多轴运动。 使运动控制与PLC顺序控制功能有机结
15、合，用于机床，装配机械等场合。 位置控制一般采用闭环控制，用伺服电动机作驱动装置. 如：用步进电动机作驱动装置，可采用开环控制，也可采用闭环控制。,属于运动控制模块的有： （1）FX-1PG脉冲输出模块 （2）定位模块：FX-10GM，FX-20GM，E-20GM （3）可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET,（1）FX-1PG脉冲输出模块 可作1轴控制， 用FROM/TO指令设定各种参数，读出定位值和运行速度， 占用PLC 8点I/O 一台FX可接8块FX-1PG,（2）定位模块：FX-10GM，FX-20GM，E-20GM FX-10GM 是1轴定位单元， 有4个通用输入和6点通用输出 最
16、高输出为100kbit/s, FX-20GM， E-20GM 是2轴定位单元， 内置EEPROM，E-20GM可单独使用，可执行直线插补，圆弧插补，或独立的2轴控制， 最高输出为200kbit/s, 占用8点I/O FX-10GM和FX-20GM须通过FX-CNV-IF变换器与FX相连。,（3）可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET 在机械控制系统中，常通过检测角度位置来接通或断开外部负载，过去常用机械式凸轮开关 但机械式凸轮开关，要求加工精度高，易磨损， PLC可编程凸轮控制单元FX-1RM-SET可实现高精度角度位置检测 可单独使用，也可与FX联用， 使用与它构成一体的数据设定组件，可进行动作角度设定和监视， 内置EEPROM，可存放8种不同程序， 配套，无刷转角传感器，电缆最长达100m， FX可接3块FX-1RM-SET，占用8点输入输出点， 用光电耦合器隔离，响应时间为3ms。,四、通信模块,PLC通信网络的接口通信模块。 PLC的通信模
