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1、电气控制与PLC应用技术,模块五 PLC功能模块 （耿秀明）,模块五 PLC的功能模块及通信 项目一：PLC模数扩展模块及应用 项目二：PLC通信模块,项目一 PLC模数扩展模块及应用,在我们所选择的PLC型号确定以后，其主机所带有的I/O点数及类型就已经基本确定了。但由于系统功能的需要，我们所需要采集的控制参数是不确定的，其模拟量输入/输出和数字量输入/输出 端口有可能出现不够用的情况。这时就需要根据系统控制情况对PLC进行模块扩展。,1 数字量扩展模块,常用的数字量扩展模块及参数如表所示,数字量输入常规分为直流和交流两种方式。直流24 V(4mA)或交流160V(6mA)230V(9mA)
2、。其中，直流24V的逻辑1最小值为15V DC（2.5 mA），逻辑0最大值为5V DC（1 mA）。交流160V/230V的逻辑1最小值为79V AC（2.5 mA），逻辑0最大值为20V AC（1 mA）。,数字量输入模块接线图,数字量输出常规分为24V DC输出（0.75 A/ 5A）、继电器输出（2 A/10 A）和120/230V AC输出。,数字量输出模块接线按图,数字量输出模块使用时应注意的几点： 1） 由于是直通电路，负载电流必须是完整的AC波型而非半波。最小负载电流是0.05A。当负载电流在5mA和50mA之间时，该电流是可控的，但是，由于串行电阻的存在会有额外的压降。 2）
3、 如果因为过多的感性开关或不正常的条件而引起输出过热，输出点可能关断或被损坏。如果输出在关断一个感性负载时遭受大于0.7J的能量，那么输出将可能过热或被损坏。为了消除这个限制，可以将抑制电路和负载并联在一起。,3）如果是灯负载，继电器使用寿命将降低75%，除非采取措施将接通浪涌降低到输出的浪涌电流额定值以下。 4）灯负载的瓦特额定值是用于额定电压的。依据正被切换的电压，按比降低瓦特额定值（例如120V AC-100W） 5）当一个机械触点接通S7-200 CPU或任意扩展模块的供电时，它发送一个大约50毫秒的“1”信号到数字输出，这会导致意外的设备或过程操作，从而可能带来严重的人员伤亡以及/或
4、者设备损坏。尤其是在使用能够响应短脉冲的设备时。,组合数字扩展模块 除了有单独独立的数字输入和输出模块外，还有组合型数字扩展模块。其规格标准与独立模块一致。只是在一个模块内即有输入又有输出。,组合数字模块接线图,2 模拟量扩展模块,常用的模拟量扩展模块如图所示。,模拟量输入模块（A/D模块）是把现场连续变化的模拟信号转换成适合PLC内部处理的数字信号。输入的模拟信号经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电藕合器为PLC提供一定位数的数字信号。模拟量到数字量的转换时间250 s。,配置EM 231：表中，ON是闭合，OFF是断开。CPU只在电源接通时读取开关设置，为EM 231模拟量输入模块选
5、择模拟量输入范围。,配置开关表（为EM 231模拟量输入（4输入）模块选择模拟量输入范围）,配置开关表（为EM 231模拟量输入（8输入）模块选择模拟量输入范围）,使用开关 1 和 2 来选择电流输入模式：开关 1 打开（ON）为通道 6 选择电流输入模式；关闭（OFF）选择电压模式。开关 2 打开（ON）为通道7选择电流输入模式； 关闭（OFF）选择电压模式。,EM 231和EM 235输入数据字格式： 图中给出了12位数据值在 CPU 的模拟量输入字中的位置。,EM 231和EM 235输入数据字格式,模拟量到数字量转换器的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位：0表示是正值。在单极性格
6、式中，3个连续的0使得ADC计数值每变化1个单位，数据字中则以8为单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得ADC计数值每变化1个单位，数据字中则以16为单位变化。,模拟量输入模块接线图,模拟量输出模块（D/A模块）是将PLC处理后的数字信号转换成相应的模拟信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟信号输出接口一般由光电隔离、D/A转换、信号驱动等环节组成。典型的模拟量输出模块为EM222和EM235。模块输出规范一致。,配置EM 235： 表为如何使用DIP开关来配置EM 235模块。开关1至6可选择输入量程和分辨率。表中，ON是闭合，OFF是断开。只在电源接通时读取开关设置。,E
7、M 232和EM 235输出数据字格式： 图中给出了12位数据值在 CPU 的模拟量输入字中的位置。,EM 232和EM 235输出数据字格式,数字量到模拟量转换器（DAC）的 12 位读数在其输出数据格式中是左端对齐的。最高有效位是符号位：0 表示是正值。数据在装载到 DAC 寄存器之前，4 个连续的 0 是被截断的，这些位不影响输出信号值。,模拟量输出模块接线图,组合模拟模块接线图,EM 231 和 EM 235 模拟量输入模块是价格适中、高速 12 位模拟量输入模块。这些模块可在149S之内将模拟信号输入转换为其相应的数字值。每当用户程序存取模拟点时，模拟信号输入都将进行转换。这些转换时
8、间必须加到用于访问模拟量输入的指令的基本执行时间上。EM 231 和 EM 235 提供一个未经处理的数字值（未经线性化或滤波），它对应于模拟量输入端处出现的模拟量电压或电流。由于这种模块是高速模块，它们可以跟踪模拟量信号中的快速变化（包括内部和外部噪声）。对一个恒定或缓慢变化的模拟量输入，由噪声引起的信号读数之间的差异，可通过对读数值取平均值的方法使其影响为最小。但由于计算平均值而增加读取信号的次数（即采样次数），会相应地降低对外部输入信号的响应速。（建议 EM 231 和 EM 235 扩展模块不用于热电耦。）,3 模拟量处理应用,1任务目标 1）了解模拟量的处理步骤。 2）掌握模拟扩展模
9、块的实际使用。 2任务简述 在实际生产生活中，会有很多地方需要进行温度控制。这里以加热炉温度控制为例，利用S7-200 PLC进行加热炉工业控制设计。通过S7-200 PLC的模拟量输入模块，读取加热炉内的温度，并对其进行PID调节，实现对加热炉加热时间的控制，从而实现温度控制。,3相关知识 （1）模拟量扩展模块的寻址： （2）模拟量值与A-D转换值： （3）PID调节功能：,（1）模拟量扩展模块的寻址 每个模拟量扩展模块按扩展模块的先后顺序进行排序。其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如，AIW0、AIW2、AIW4，AQW0、A
10、QW2。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0，第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。,（2）模拟量值与A-D转换值 假设模拟量的标准电信号是A0Am（如420mA），则A-D转换后数值为D0Dm（如640032000），设模拟量的标准电信号是A，A-D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系可以表示为数学方程： 或 例如，CPU224，扩展模块的第一个通道（AIW0）连接一温度传感器（0100）输出范围为4mA20mA，则温度显示值=(AIW06400)/256。 PLC程序如图所示，其中VW30中存储的为温度值。,温度传感器A-D转换
11、,PID调用指令： EN：使能端。 TBL：指定与LOOP相对应的PID参数表的起始地址。 LOOP：PID调节回路号。,（3）PID调节功能 PID控制，即比例、积分、微分控制是模拟量闭环控制较好 的方法之一。PID的含义在4.4.3节已有详细介绍，在此不再 赘述。PID指令梯形图如图所示。,4任务实施 （1）任务分析 采用S7-200 PLC，CPU为CPU 224，用4个灯与1个带有指示灯的继电器来显示加热炉加热过程的状态，分别是运行灯、停止灯、温度正常灯、温度过高灯（警示灯）和加热灯（继电器）。通过这5个灯的亮灭情况判断加热炉内的大概情况。K型传感器负责检测加热炉内的温度，把温度信号转
12、化成对应的电压信号，经过PLC A-D转换后进行PID调节，根据PID输出值来控制下一个工作周期（10s）内的加热时间和非加热时间。在加热时间内使继电器接通，加热炉就处于加热状态，非加热时间内，继电器断开，加热炉停止加热。维持温度在100。,（2）I/O分配表及PLC硬件接线图,（3）控制程序： 参考课本 （4）任务安装与调试 电路安装一定要套线号。电路安装完后检查是否有短路性故障。检查完后将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，则检查并排除故障。,项目二 PLC通信模块应用,PLC与计算机、PLC与外部设备、PLC与PLC之间的信息交换称为PLC通信。PLC通信的目的是通过共同约定的通信协议
13、和通信方式，传输和处理交换的信息。PLC有多种通信模块，利用这些通信模块，配以适当的通信适配器可以构成PLC-PLC网络和微机-PLC网络。,任务一 通信的概念,在通信网络中，上位机、编程器和各个PLC都是整个网络中的一个成员，都是网络中一个节点，并且每个节点都有各自的节点地址。在网络通信中，可以用节点地址去区分各个节点，但是，这些节点在整个网络中所起的作用并不完全相同。有些设备如上位PC机和PG编程器等可以读取其他节点的数据，也可以向其他节点写入数据，还可以对其他节点进行初始化。这类设备掌握了通信的主动权，叫做主站。还有些PLC，在一些通信网络中，它只能让主站读取数据，让主站写入数据，而不能
14、读取其他设备的数据，也无权向其他设备写入数据，这类设备在这种通信网络中是被动的，叫做从站。,通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种方式。并行通信是指数据的各个位同时进行传输的一种通信方式。串行通信是指数据一位一位地传输的方式。,串行通信主要有两种类型：异步通信和同步通信。 异步通信是把一个字符看作一个独立的信息单元，字符开始出现在数据流的相对时间是任意的，每一个字符中的各位以固定的时间传送。 同步通信方式所用的数据格式没有起始位、停止位，一次传送的字符个数可变。在传送前，先按照一定的格式将各种信息装配成一个包，该包包括供接收方识别用的同步字符一个或两个，其后紧跟着要传送的n个字符，再后就是
15、二个校验字符。 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-422A和RS-485等。,PLC-PLC网络： 利用PLC的通信模块可以组成PLC-PLC网络，如图所示。由于PLC的性能不同，通信模块的功能也有差异，所以在配置PLC网络时所用的通信模块数量也不完全相同。,微机-PLC网络： 利用PLC的通信模块也很容易实现微机与PLC联网，如图4-10所示。较常见的有两种微机-PLC之间构成的网络，一种是一台微机和一台PLC构成的网络，称为单重通信，一种是微机与多台PLC之间构成的网络，称为多重通信。,任务二 认识通信模块,随着计算机技术和网络技术的飞速发展，
16、PLC控制技术在性能、结构和规模等方面得到了很大程度的提高。在组建较大规模的PLC控制网络时，当PLC本身的通讯口不够使用时，就需要用到PLC通信模块。主要包括：调制解调模块、Prof bus DP通信模块、以太网通信模块、因特网通信模块和AS-Interface Master通信模块。,通信模块对 S7-200 CPU 的兼容性如表所示,调制解调模块（EM 241） EM 241 Modem模块替代连于CPU通讯口的外部Modem功能。与一个连有 EM 241 的S7-200系统进行通讯，您只需在远端的个人计算机上连接一个外置 Modem，并安装STEP7-Micro/Win。可以使用 STEP 7-Micro/Win Modem 扩展向导去设置 EM 241 Modem 模块。,按以下步骤安装 EM 241： 1）将 EM 241 安装在导轨上并插上扁平电缆。 2）从CPU传感器电源或外部电源连接 24V DC，装接地端连到系统的地。 3）将电话线
