模块六特殊功能模块及其应用

电气控制与 PLC

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特殊功能模块及其应用

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模块六特殊功能模块及其应用模块六特殊功能模块及其应用

知识目标：了解 PLC 通信模块、模拟量输入 / 输出模块、位置控制模块使用常识

能力目标：能正确进行 PLC 主机、特殊功能模块和外部设备的硬件接线，并能进行一般参数设置

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通信模块及其应用模拟量输入 / 输出模块及其应用位置控制模块及其应用

应用举例

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一、通信模块及其应用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和通信方式，传输和处理交换的信息。

1 ． PLC 与计算机通信1 ） PLC 通信的基本概念① 并行通信与串行通信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。

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② 串行通信的类型目前，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，再后就是二个校验字符。

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③ 串行通信的连接方式串行通信有三种单工方式：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。

半双工方式：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。

全双工方式：则同时可作双向通信，两端可同时作发送端、接收端。

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2 ） PLC 与计算机数据通信方式① 过程通道连接通信方式用过程输入 / 输出（ I/O ）装置进行通信的通信方式，

如图 6-1 所示。

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② 调制解调连接通信方式调制解调连接的通信方式如图 6-2 所示。

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③ 高速数据通道连接通信方式

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3 ） PLC 与上位机的通信①PLC 与上位机通信接口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。RS-232C 是美国电子工业协会 EIA 于 1969 年公布的通

信协议，它的全称是“数据终端设备（ DTE ）和数据通信设备（ DCE ）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。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。

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RS-232C 只能进行一对一的通信， RS-232C 可使用 9 针或25 针的 D 型连接器，表 6-1 列出了 RS-232C 接口各引脚信号的定义以及 9 针与 25 针引脚的对应关系。

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②PLC 与上位机的通信模块PC 与 PLC 的通讯方式一般采用为三菱 PLC 配备的专用通讯模块，如 FX2N-232-BD 、 FX-232ADP 、 FX2N-232IF 。

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图 6-7 PLC 与计算机通信的系统构成

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2 ． PLC 与 PLC 的通信在较大规模的控制系统中，有时需要两台或两台以上的 PLC进行控制。在 FX2N 系列中，利用光纤并行通信适配器 FX2N-40AP/AW 和双绞线并行通信适配器 FX2N-40AW ，可实现两台 PLC 的自动数据传送，达到两台 PLC 并联运行的目的。

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3 ． PLC 和变频器通信 1 ）系统硬件组成

图 6-9 系统配置

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图 6-10 FX2N-485-BD 通讯板外形图

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2 ）硬件安装方法① 用网线专用压接钳将电缆的一头和 RJ45 水晶头进行

压接；另一头则按图 6-9~ 图 6-11 的方法连接 FX2N-485-BD 通讯模板，未使用的 2 个 P5S 端头不接。

② 揭开 PLC 主机左边的面板盖 , 将 FX2N-485-BD 通讯模板和 FX2N-ROM-E1 功能扩展存储器安装后盖上面板。

③ 将 RJ45 电缆分别连接变频器的 PU 口，网络末端变频器的接受信号端 RDA 、 RDB 之间连接一只 100Ω 终端电阻，以消除由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。

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3 ）变频器通讯参数设置为了正确地建立通讯，必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长 / 字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的 Pr.117 ～ Pr.124 参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE 在 PU 口进行。

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二、模拟量输入 / 输出模块及其应用１．概述FX2N 系列常用的 PLC 模拟量输入 / 输出模块如图所

示。

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2 ．模拟量输入 / 输出单元以三菱公司的 F2-6A 模块为例，来说明模拟量输入输

出单元模块的有关情况。F2-6A 是三菱公司 F1 、 F2 系列 PLC 的扩展单元，为

8 位 4 通道输入、 2 通道输出的模拟量输入输出单元模块。

F2-6A 模块与 F1 、 F2 系列 PLC 连接示意图如下：

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A

B

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D

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3 ． A/D 转换、 D/A 转换模数转换（ A/D ）模块：将现场仪表输出的（标准）

模拟量信号 0-10mA 、 4-20mA 、 1-5VDC 等转化为计机可以处理的数字信号

数模转换（ D/A ）模块：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号 4-20mA 等。

如： 12 位数字量（ 0-4095 ）→ 4-20mA ； 2047 对应的转换结果： 12mA 。

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4 ．几种常见模拟量输入 / 输出模块简介1 ）模拟量输入模块 FX-4AD

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2 ）热电偶温度传感器模拟量输入模块 FX-4AD-TC

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3 ）模拟量输出模块 FX-2DA

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三、位置控制模块及其应用1 ．概述

位置控制是对工位的控制，可由位置控制模块实现。 PLC 系统可作为整个位置控制系统中的一个控制环节，配上伺服放大器或驱动放大器，就可以将位置控制功能和逻辑控制、顺序控制等一揽子解决。

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利用 PLC 模块实现位置控制的优点：1 ）在实现位置控制的时候，可充分利用 PLC 系统的

硬件和软件资源。更便于在柔性制造系统（ FMS ）、计算机集成制造系统（ CIMS ）或工厂自动化（ FA ）系统中大量应用位置控制。

2 ）用户可根据自身要求灵活配置系统，既降低成本，又能因地制宜。

3 ）可靠性高，维护方便。

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2 ．点位控制的脉冲输出单元 F2-30GM

图 6-20 F2-30GM 应用系统方框图

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四、应用举例 —— 水箱模拟量控制

在图 6-21 所示的设备中有一个水箱，水箱中安装有一压力传感器和一温度传感器，电动调节阀控制进水量。温度传感器连接到模块 FX2N-4AD-PT 的通道 1 ，压力传感器连接到模块 FXON-3A 的输入通道 1 ，电动调节阀接到模块 FXON-3A 的输出通道（模块输出电流 4mA ～ 20mA ）。图 6-22 为 PLC 基本单元与扩展模块的实物图。

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图 6-21 水箱图 6-22 PLC 基本单元与扩展模块的实物图

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图 6-23 为读取水箱温度的程序梯形图，第一行表示 0 号模块 CH1 ～ CH4 的用计算平均值的采样数为 50 ，第二行表示 0 号模块 CH1 的平均温度值写到 D1 中。

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图 6-24 为读取水箱压力的程序梯形图，第一、二行表示 1号模块选择了模拟输入通道 1 （ BFM17 的 b0=0 ），并且启动 A/D 转换处理（ BFM17 的 b0=0→1 ），第三行表示1 号模块 CH1 （即水箱压力）经 A/D 转换后的数字量写到D0 中。

M8000

[ TO K1 K17 H0 K1 ]

[ TO K1 K17 H2 K1 ]

[ FROM K1 K0 D0 K1]

通道1启动A→ D转换处理

将A/D转换后的数字量存储在D0中

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图 6-25 为控制水箱电动调节阀开度的程序梯形图，第一、二行表示 1 号模块模拟输出通道（ FXON-3A 只有一个输出通道）启动 A/D 转换处理（ BFM17 的 b2=0→1 ），第三行表示存储在 PLC 的 D2 寄存器中的数字量经 D/A 转换处理后输出与数字量等值的模拟量（在 BFM16 中存储在 PLCD2 寄存器中的数字量）。这里数字量为 0-250 ，对应的电流输出为 4mA-20mA 。

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演示步骤1 ）完成硬件接线。2 ）设置好模拟量输入 / 输出模块的相关参数。3 ）使用 GPP 编程软件输入、编辑程序梯形图，并转

换成语句表指令。4 ）将程序下载到 PLC 。5 ）运行程序观察现象，理解模拟量输入 / 输出模块

的应用。

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