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1、第十章 FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信,在现代工程控制项目中，仅仅使用 PLC 的I 0 模块，还不能完全解决工程上的一些实际问题。为此, PLC 厂家开发了许多特殊功能模块。如模拟量输入模块，模拟量输出模块，高速计数模块， PID 过程控制调节模块，定位控制模块,专用通信模块等等。有了这些模块与 PLC 主机一起连接起来，就可以构成功能完善,满足各种工程要求的控制系统单元，使 PLC 的应用范围越来越广泛。 FX系列的特殊功能模块可以很方便地在 FX2N 基本单元或扩展单元的右边通过扩展总线进行连接，并按 NO.0 NO.7 编号,如图 10-1 所示。,本章将对三菱公司 FX2N
2、系列 PLC 的一些特殊功能模块的主要性能,线路连接以及 PLC 的通信作一简要介绍和说明。,图 10-1 PLC 基本单元与特殊功能模块的连接,第一节 模拟量输入/输出模块,FX2N 系列 PLC 模拟量输入模块有： 2,3,4,8 通道电压/电流模拟量输入模块,其型号为 FX2N-( 2/4/8)AD; 4 通道温度传感器模拟量输入模块： FX2N-4 AD-PT/TC ； FX2N模拟量输出模块有: 2,3,4 通道电压/电流模拟量输出模块 , 其型号为FX2N-(2/4)DA 。 本节主要介绍 FX2N-4AD、 FX2N-4AD 四通道电压/电流模拟量输入/输出模块,其它输入/输出模
3、块可以参考产品手册使用。,一、FX2N-4AD 模拟量输入模块,该模块为四通道12位 A/D 转换模块，它可以将模拟电压或电流转换为最大分辨率为12 位的数字量,并以二进制补码方式存入模块内部16 位缓冲寄存器中，通过扩展总线与 FX2N 基本单元进行数据交换。FX2N-4 AD 的技术指标如表 10-1所示。,1FX2N-4AD 的技术指标,表 10-1 FX2N 一 4 AD 技术指标,2.FX2N-4AD的线路连接,FX2N - 4AD通过扩展总线与FX2N系列基本单元连接。而四个通道的外部连接则需根据外界输入的电压或电流量不同而有所不同，如图10-2所示。图中标注的说明如下： 外部模拟
4、输入通过双绞屏蔽电缆输入至FX2N-4AD的各个通道中。 如果输入有电压波动或有外部电气电磁干扰影响，可以在模块的输入口加入一个平滑电容(0.10.47F/25 V)。 若外部输入是电流输入量,则需把V+和I+相连接。 若有过多的干扰存在，应将机壳的地FG端与FX2N-4AD的电源接地端GND相连。 可能的话,将FX2N-4AD与PLC基本单元的地相连接。,图10-2 FX2N一4AD模块的外部接线连接,FX2N - 4AD三种预设方式下的模拟输入与数字输出关系如图10-3所示。,图10-3 FX2N一4AD三种预设方式的模拟输入与输出关系,3.FX2N-4AD缓冲寄存器（BFM）,FX2N-
5、4AD的内部共有32个缓冲寄存器(BFM)，用来与FX2N基本单元进行数据交换，每个缓冲寄存器的位数为16位RAM。FX2N - 4AD占用FX2N扩展总线的8个接点，这8个接点可以是输入点或输出点。 FX2N -4AD的32个缓冲寄存器(BFM)的编号分配及含义如表10-2所示。,表10-2中带*号的缓冲寄存器(BFM)中的数据可用PLC的TO指令改写。改写带*号的BFM的设定值可以改变FX2N- 4AD模块的运行参数，调整其输入方式、输入增益和偏移量等。不带*号的BFM内的数据可以使用PLC的FORM指令读出。 从指定的模拟量输入模块读出数据前应先将设定值写入，否则按缺省设定值读出和执行。
6、,表10-2 FX2N-4AD的 BFM编号分配及含义,（1）通道选择 在BFM# 0中写入十六进制4位数字H进行A/D模块通道初始化，最低位数字控制CHl，最高位控制CH4，每位写入的数字含义如下： =0：设定输入范围 -10 V+10V =l：设定输入范围为+4mA+20 mA =2：设定输入范围为-20 mA+20 mA =3：关闭通道 例如BFM#0=H3301则说明CHl通道设定输入电压范围为+4mA+20 mA，CH2通道设定输入电流范围为-10 V+l0 V，CH3、CH4两通道关闭。,(2)模拟量转换为数字量的速度设置 可在FX2N -4AD的#15号缓冲器中写入0或l控制A/
7、D转换速度。需注意的是若要求高速转换，应尽量少用FROM和TO指令。 (3)偏移量与增益值的调整 当BFM#20被设置为1时， FX2N -4AD的全部设定值均恢复到缺省值，这样可以快速删去不希望的偏移量与增益值。 设置每个通道偏移量与增益值时，BFM#21的(bi，bi-1) 必须设置为(0， 1)，若(bi，bi-1)设为(1, 0), 则偏移量与增益值被保护，缺省值为(0，1)。,BFM#23和BFM#24为偏移量与增益值设定缓冲寄存器,用PLC的TO指令进行设定,偏移量和增益值的单位是mV(或A), 最小单位是5mV(或20A)。其值由BFM#22的Gi-Oi(增益一偏移)位状态送到指
8、定的输入通道偏移和增益寄存器中。 例如：BFM#22的G1、O1位置为1,则BFM#23和BFM#24的设定值送入CH1的偏移和增益寄存器中。 通道可以是初始值，也可以为同一个偏移量与增益值。,(4)BFM#29的状态位信息设置含义如表l0-3所示。 表10-3 BFM #29 状态位信息表,注：b4b7，b9,b13b15无定义,(5)BFM#30的缓冲器识别码 可用FORM指令读出特殊功能块的识别号。FX2N-4AD单元的识别码为K2010。 (6)增益值与偏移量的意义和设置范围 增益与偏移量是FX2N -4AD需要设定的两个重要参数，除了可以通过PLC编程进行调整以外,也可以用PLC输入
9、终端上的下压按钮开关来调整FX2N -4AD的增益与偏移。如图10-4所示为FX2N一4AD模块增益与偏移的输入输出示意图。,图10-4 FX2N一4AD增益与偏移状态示意图,图10-4(a)中，增益值决定了校准线的角度或斜率，大小在数字输出+l000处，图为小增益，读取数字值间隔大；图为零增益(缺省值),5 V(或20mA)；为大增益，读取数字值间隔小。 图10-3(b)中，偏移量决定了校准线的位置，其中为负偏移量，为零偏移量(缺省值)0V或4mA，为正偏移量。,4. 编程及应用,(1) FX2N一4AD模块的基本应用编程,FX2N -4AD可以通过 FORM 和TO指令与PLC基本单元进行
10、数据交换。 图10-5所示为FX2N-4AD基本应用编程。 FX2N-4AD与PLC基本单元连接的位置编号为0号，计算平均数的采样次数设为4，并且由PLC的数据寄存器D0、D1接收该平均值。,图10-5 FX2N-4AD基本应用程序,(2)增益和和偏移量的编程设置 采用PLC的TO指令编程可以改变FX2N-4AD的增益和偏移量，其程序如图10-6所示。,图10-6 FX2N-4AD的增益和和偏移量的编程设置,二、模拟量输出模块FX2N- 4DA,1模拟量输出模块FX2N-4DA的技术指标 FX2N-4DA有4个通道输出(CH1CH4),每个通道均可进行D/A转换。 数字量转换为模拟信号输出的最
11、大分辨率为12位，输出的模拟电压范围为-10V+10V时, 分辩率为5mV,电流范围为020mA时, 分辩率为20A。 FX2N-4DA占用FX2N扩展总路线8个接点，这8个接点可以是输入或输出点。 FX2N-4AD的技术指标如表10-4所示。,表10-4 FX2N一4DA技术指标,FX2N-4DA三种模式的I/O特性如图10-7所示。缺省模式是模式0。应用PLC指令可改变输出模式，选择了电压/电流模式就决定了所有输出端子。,图10-7 FX2N一4DA 三种输出模式的输入与输出关系,FX2N- 4DA的外部接线及内部电路原理如图10-8所 示。图中标注说明如下： 双绞线屏蔽电缆，应远离干扰源
12、。 输出电缆的负载端使用单点接地。 若有噪音或干扰可以连接一个平滑电容器，容值在0.10.47F/25 V。 FX2N-4DA与PLC基本单元的大地应接在一起。 电压输出端或电流输出端，若短接的话，可能会损坏FX2N- 4DA。 24V电源,电流200 mA外接或者用PLC的24V电源。 不使用的端子,不要在这些端子上连接任何单元。,2.FX2N-4DA的线路接线,图10-8 FX2N - 4DA的外部接线及内部电路,3.FX2N- 4DA缓冲寄存器（BFM） FX2N- 4DA的内部有32个缓冲寄存器(BFM)，用来与FX2N基本单元进行数据交换，每个缓冲寄存器的位数为16位RAM。 FX2
13、N- 4DA的32个缓冲寄存器(BFM)的编号分配及及含义如表10-5所示。 表中带“W”号的数据缓冲寄存器（BFM）可用TO指令写入PLC中，标有“E”的数据缓冲寄存器可以写入EEPROM，当电源关闭后可以保持数据缓冲寄存器中的数据。,表10-5 FX2N- 4DA的 BFM编号分配及含义,（1）BFM#0为输出模式选择缓冲寄存器 BFM #0的每一位可根据需要对FX2N -4DA输出模式进行选择（电压型或电流型）。BFM #0中应写入十六进制4位数字H，进行DA模块通道初始化。最低位数字代表通道CH1，第二位数字代表通道CH2，最高位数字代表通道CH4，即：,例如，BFM #0=H1102
14、，说明如下： CHl：设定为电流输出模式，从0 mA+20 mA。 CH2：设定为电压输出模式，从 -10 V+10 V。 CH3、CH4：设定为电流输出模式，从+4 mA+20 mA。,(2)BFM#1BFM#4为输出通道数据缓冲寄存器 BFM#1BFM#4分别是通道CHlCH4输出通道数据缓冲寄存器，它们的初始值均为零。 (3)BFM#5为数据输出保持模式缓冲寄存器 当BFM#5=H0000时，PLC从“运行”进入“停止”状态，其运行时的数据被保留。若要复位以使其成为偏移量，则将“1”写入BFM#5中。例如 BFM#5=H0011，说明通道CH3、CH4保持，CHl、CH2为偏移值。即：,
15、除上述功能外，缓冲器还可以调整IO的特性，并将FX2N -4DA的各种状态传输给PLC。,(4)BFM#8、BFM#9为偏移和增益设置允许缓冲寄存器 对BFM#8、BFM#9写入一个十六进制数，将可能允许设置CHlCH4的偏移量与增益值。 例如：BFM#8（CH2、CH1） BFM#9（CH4、CH3） H H G2 O2 G1 O1 G4 O4 G3 O3 =0：不允许设置 =1：允许设置 (5)BFM#10#17为偏移量/增益值设定缓冲寄存器 BFM#10#17偏移量与增益值可以用TO指令来设定，写人数值的单位是mV(或A)。,(6) BFM#20为初始化设定缓冲寄存器 当BFM#20被设
16、置为1时，FX2N -4DA的全部设置变为缺省值。 (7) BFM#2l为 I/O特性调整抑制缓冲寄存器 若BFM#21被设置为2，则用户调整I/0特性将被禁止；如果BFM#21设置为0，I/O特性调整将保持；缺省值为1，即I/O特性允许调整。 (8) BFM#29错误状态显示缓冲寄存器 如表10-6所示，当产生错误时，利用FROM指令，读出错误数值。,表10-6 BFM#29错误信息表,(9) BFM#30的识别码 FX2N一4DA的识别码为K3020,PLC可在数据传输前，可用FROM指令读出特殊功能模块的识别码，确认是否正确。,4.FX2N-4DA编程应用 （1）基本应用编程 FX2N-
17、4DA同FX2N-4AD一样，也是通过FROM和TO指令与PLC基本单元进行数据交换的。 设FX2N -4DA特殊功能模块在NO.1位置,CHl，CH2为电压输出通道(-10 V+l0 V)，CH3为电流输出通道(+4 mA+20 mA)，CH4也为电流输出通道(0 mA+20 mA)，PLC在STOP状态时，输出保持，FX2N-4DA的基本应用程序如图10-9所示为。,图10-9 FX2N- 4DA的基本应用编程,(2) I/O特性调整的编程 设FX2N -4DA模块在NO. l位置，将通道CH2设为电流输出模式1，偏移值为7mA,增益值变为20mA,CH1、CH3、CH4设为标准的电压输出
18、模式，调整I/O特性的程序如10-10所示。,图10-10 FX2N一4DA I/O特性调整程序,第二节 高速计数模块FX2N-1HC,FX2N-lHC高速计数模块可以进行2相50kHz脉冲的计数,其计数速度比PLC的内置高速计数器(2相30kHz，1相60kHz)的计数速度高。其特点是： (1)可以由单相/双相,50KHz计数硬件高速输入。 (2)配备有高速一致输出功能，可通过硬件比较器实现该功能。 (3)对双计数，可以设置1、2、4乘法模式。 (4)通过PLC或外部输入进行计数功复位。 (5)可以连接线驱动器输出型编码器。 若用1相或2相线驱动器输出型编码器作为FX2N-lHC的输入信号，
19、初始值设置由指令(PRESET)输入，FX2N-lHC有两个输出端口，当计数值达到预置数时，输出设置位为ON 。,一. FX2N-lHC的技术性能指标 FX2N-lHC的技术性能指标见表10-7所示。,表10-7 FX2NlHC的技术性能指标,二. FX2N-lHC的电路接线 PNP型编码器与FX2N-lHC的电路连接如图10-11所示。NPN编码器只要注意端子极性和FX2N-lHC端子极性相匹配即可。若是线驱动输出编码器，则其电路连接如图10-12所示。,图10-12 线驱动输出编码器与FX2NlHC的电路连接,图10-11 PNP型编码器与FX2NlHC的电路连接,三. FX2NlHC的缓
20、冲寄存器 FX2NlHC缓冲寄存器内部32个BFM编号及及意义如表10-8所示 。,表10-8 BFM编号及意义,表10-8说明如下：,（1）BFM #0为模块(K0K11),BFM #1为增减计数指令 BFM #O的值K1K1l决定了FX2N-1HC的计数形式，由PLC写入BFM #0，具体见表10-9所示。当一个值被写入BFM #0，则BFM #1BFM #31的值重新复位为缺省值。设置K0Kll这些参数值通常采用M8002脉冲指令驱动TO指令，不能使用连续型指令设置参数K0Kll。,表10-9 BFM #0计数模式表, 32位计数模式：计数器增/减计数，当溢出时从上限跳至下限,或从下限跳
21、至上限,如图10-13(a)所示。上限值为+2,147,483,647，下限值为-2,147,483,648 (32位时, 参数K=0，2，4，6，8，10)。 16位计数模式：计数器从065,535内计数，当计数器计到上限时溢出，当前值为零，如图10-13(b)所示。计数上限值由存放在BFM #3、#2的数据决定(16位时, 参数K=1，3，5，7，9，11)。,图10-13 高速计数器计数范围示意图, 单相单输入计数(K8K11) 硬件增/减计数由A相输入决定,如图10-14(a)所示。A相OFF时为增计数，A相ON时为减计数。 软件增/减计数由BFM #1的数据决定,BFM #1=K0时
22、为增计数，BFM #1=K1时为减计数，如图10-14(b)所示。,图10-14 计数方式示意图, 单相双输入计数(K6、K7) 单相A、B相输入脉冲计数时，A相由输入脉冲的上升沿进行减计数，B相由输入脉冲的上升沿进行加计数，若A、B相同时有脉冲，则计数器的值不变，如图10-15所示。,图10-15 单相双输入计数波形图, 双相计数(K0K5) 1)一组计数时(K0、K1)，当A相为ON时B相由OFFON时(上升沿)计数器加1；当A相为ON时B相由ONOFF时(下降沿)计数器减1，如图10-16所示。,图10-16 一组计数时序波形图,2）二组计数时(K2、K3)，当A相为ON时，B相由OFF
23、ON时(上升沿)计数器加1；当A相为ON时，B相由ONOFF时(下降沿)计数器减1，反之也可，如图10-17所示。,图10-17 二组计数时序波形图,3）四组计数（K4、K5） 四组计数时的时序波形如图10-18所示。,图10-18 四组计数时序波形,（2）BFM #3、#2数据值设定 BFM #3、#2均为16位数据缓冲寄存器，存储计数器上下限值，缺省值为K65536。BFM #3、BFM #2写入数据要用DTO指令。图10-19（a）所示是用DTO指令对计数器数值设定，由指令可知特殊功能块接在PLC基本单元 的NO.2位置,把K100输入到BFM #3、BFM #2的32位中,其中BFM
24、#3=0, BFM #2=100。,图10-19 计数器数值的设定及时序波形,当计数值为100时，其增/减时的时序波形图如图10-19（b）所示。,计数数值在特殊功能模块中是成对出现的,以32位的形式进行处理。当设定的当前值在 K32767K65535之间时,数据会自动转变为32位,PLC基本单元与FX2N-1HC交换计数器数据,应该使用(D)FROM或(D)TO指令。,（3）BFM #4命令 BFM #4的各位状态含义如表10-10所示。表中各位的含义说明如下:,表10-10 BFM #4的各位状态含义,1)当b0设置为ON，并且DISABLE输入端子为OFF时，计数器允许对输入脉冲开始计数
25、。 2)如果b1不设置为ON，YH(硬件比较输出)不会变成ON。 3)如果b2不设置为ON，YS(软件比较输出)不会变成ON。 4)当b3=ON时，如果YH输出被设置,则YS输出被复位;如果YS输出被设置，则YH输出被复位。当b3=OFF时，YH和YS输出独立动作，不相互复位。 5)当b4=OFF时，PRESET输入端子的预先设置功能失去作用。 6)当b8设置为ON时，所有的错误标志被复位。,7)当b9设置为ON时，YH输出被复位。 8)当blO设置为ON时，YS输出被复位。 9)当bll设置为ON时，YH输出设置为ON。 10)当b12设置为ON时，YS输出设置为ON。,(4) BFM #1
26、1、BFM #lO计数数据设置 当计数器开始计数时，BFM#11、BFM#10设置的数据作为计数初始值。初始值是：BFM#4的b4位设置为ON，并且PRESET输入终端由OFF变为ON时才有效。计数器的缺省值为0。 计数器的初始值也可以通过BFM#21、#20(计数器的当前值)中写数据进行设置。,(5)BFM#13、BFM#12 YH比较值设置和BFM#15、BFM#14 YS比较值设置 计数器当前计数值与BFM#13、BFM#12，BFM#15、BFM#14中的设定值进行比较后, FX2N -1HC中的硬件和软件比较器输出比较结果。 如果使用PRESET或T0指令使比较值与计数值相等，YH、
27、YS输出将不变成ON。只有当输入脉冲计数与比较值相匹配时，输出YH、YS才变成ON。 YS比较器输出大约需要300s的时间。 当BFM#4的bl、b2为ON时,达到比较值时才可以输出。一旦有了输出，它将一直保持下去，只有当BFM#4的b9、b10进行复位时，才发生改变。,(6)BFM#21、BFM#20当前计数器值 计数器的当前值可以通过PLC进行读操作，在高速运行时，由于存在通信延迟，所以它并不是十分准确的值。通过改变BFM的值，可以改变计数器的当前值。 (7)BFM#23、BFM#22最大计数值 BFM#23、BFM#22存放着计数器计数所能达到的最大值和最小值。若停止，则存储的数据被清除
28、。 (8)BFM#26比较状态 BFM#26是只读缓冲寄存器，PLC的写命令对其不起作用，BFM#26的各位功能含义如表10-11所示。,表10-11 BFM #26各位功能含义,(9) BFM #27终端状态 BFM #27决定了FX2N-1HC的终端状态，BFM#27的各位功能含义如表10-12所示。PRESET可以对BFM#27的b0位状态预先复位输入, DISABLE可以改变b1位失效输入状态。,表10-12 BFM #27各位功能含义,(10) BFM#29错误状态 BFM#29反映了FX2N-1HC的错误状态，它各位错误信息如表10-13所示。 (11) BFM#30特殊功能模块代
29、码 FX2N-1HC的功能模块代码为K4010,存放在BFM #30中。,表10-13 BFM #29各位错误信息含义,注: 错误标志可由BFM#4的b8进行复位。,四. FX2N-lHC的编程及应用 FX2N-lHC的内部系统结构框图如图10-20所示。该模块使用时可按图10-21所示程序进行设计应用,若需要，在程序中加一些其它指令可对计数器当前值的状态进行读取。,图10-21 FX2NlHC的应用程序,图10-21 FX2NlHC的应用程序,第四节 特殊功能模块的应用,一FX2N-4AD及4DA模块在温控系统中的应用,利用FX2N-4AD及4DA模块进行模/数、数模转换可以方便地实现工业生
30、产过程的自动化控制。 图10-25是某炉温控制系统原理方框图。系统中利用温度传感器对炉温进行实时监控，同时将炉内的温度信号转换成电信号，通过电缆传送到中央控制系统，控制系统对温度的电信号进行处理。如果炉温过高，超过设定的温度值时，控制系统向炉温调节系统发出停止加温的信号，并保持炉内温度；如果炉温过低，未达到要求的温度值时，控制系统向炉温调节系统发出加温的信号，直到温度达到设定温度值为止。,图10-25 炉温控制系统原理方框图,为了在实验室进行炉温控制系统模拟实验.图10-26是具体的温控实验接线图。图中用两个电位器的分压值V1、V2模拟温度传感器输出的温度模拟信号，并输入到FX2N-4AD的两
31、个输入通道中。为了说明FX2N-4DA模块的应用，图中用FX2N-4DA输出的模拟量驱动电压表指示炉温。,图10-26 炉温控制系统实验调试接线图,图10-26中X000是输入允许开关，X001是V1输出允许开关，X002是V2输出允许开关，Y000是V1输入过压报警信号指示，Y001是V2输入过压报警指示。控制程序如图10-27所示。,图10-27 FX2N-4AD/FX2N-4DA模块控制程序,二高速计数器模块在单轴数控装置中的应用,利用高速计数器FX2N-1HC对高速脉冲计数的功能,在数控定位、电梯控制等实际工程上得到了广泛的应用。图10-28是高速计数器在单轴数控装置中的应用的连接框图
32、。图中，PLC选用FX2N-48MT晶体管输出型,步进电机的驱动器型号选用BQS-2l。 BQS-21为二相4拍式步进电机中小功率驱动器模块,采用高频恒流斩波脉宽调制式驱动方式。使用电压范围较宽：12V36V/DC单电源供电，电流可调(最大可调电流为2 A)，并可以向外输出脉冲。该模块还有过热与过流保护、错接保护，且可靠性高等良好的运行特性。,图10-28 FX2N-1HC模块在单轴数控装置中应用的连接框图,BQS-21的外接端口如图l0-29所示，各引脚的功能说明如下：,图10-29 BQS-21步进电机驱动模块外形图,单轴数控装置的I/O电气接口图如图10-30所示。,图10-30 单轴数
33、控装置I/O电气接口图,控制程序如下:,图10-31 PLC控制梯形图程序,第五节 PLC通信的基本概念,PLC通信是指PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。如PLC编程就是计算机输入程序到PLC及计算机从PLC中读取程序的简单PLC通信。无论是计算机还是PLC，它们都是属于数字设备，它们之间交换的数据(或称信息)都是“0”和“l”表示的数字信号，所以通常把具有一定编码要求的数字信号称为数据信息。很显然，PLC通信是属于数据通信。,一、通信系统的基本组成 图10-32所示为通信系统的基本组成结构框图，它分别由传送设备、发送器、接收器、传送控制设备(通信软件
34、、通信协议)和通信介质(总线)等部分组成。,图10-32 通信系统的基本组成框图,传送设备至少要有两个，其中有的是发送设备，有的是接收设备。对于多台设备之间的数据传送，有时还有主、从之分。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。主从关系在实际通信时由数据传送的结构来确定。在PLC通信系统中，传送设备可以是PLC、计算机或各种外围设备。,传送控制设备主要用于控制发送与接收之间的同步协调，以保证信息发送与接收的一致性。这种一致性靠通信协议和通信软件来保证，通信协议是指通信过程中必须严格遵守的数据传送规则，是通信得以进行的法规。 通信软件用于对通信的软、硬件
35、进行统一调度、控制和管理。 二、通信方式 数据通信方式有两种基本方式：并行通信方式和串行通信方式。,1并行通信方式 并行通信方式是指传送数据的每一位同时发送或接收。如图10-33所示表示8位二进制数同时从A设备传送到B设备在并行通信中，并行传送的数据有多少位，传输线就有多少根，因此传送数据的速度很快。若数据位数较多，传送距离较远，那么必然导致线路复杂，成本高。所以并行通信不适合远距离传送。,图10-33 并行通信示意图,2串行通信方式 串行通信是指传送的数据一位一位地顺序传送，如图10-34所示。,图10-34 串行通信示意图,串行传送数据时只需要12根传输线分时传送即可,与数据位数无关。特别
36、适合传输速率要求较高的多位数据长距离通信。PC与PLC的通信,PLC与现场设备、远程I/O的通信，开放式现场总路线（cc-Link）的通信均采用的是串行通信方式。,（1）数据通信的方式 在串行数据通信中，按数据传送的方向可将通信分为单工、半双工和全双工三种方式，如图10-35所示。,图10-35 数据通信方式示意图,单工通信是指信息的传递始终保持一个固定的方向,不能进行反方向传送的方式。 半双工是在两个通信设备中同一时刻只能有一个设备发送数据，而另一个设备接收数据的方式。 全双工是指两个通信设备可以同时发送和接收信息,线路上任一时刻可有两个方向的数据在流动的方式。,(2)异步通信方式 在串行通
37、信方式中，为了保证发送数据和接收数据的一致性，又采用了两种通信技术，即同步通信和异步通信技术。 异步通信是指将被传送的数据编码成一串脉冲，按照定位数(通常是按一个字节，8位二进制数)分组，在每组数据的开始处的开始位加“0”标记，在末尾处加校验位“l”和停止位“l”标记。以这种特定的方式，一组一组发送数据，接收设备将一组一组地接收，在开始位和停止位的控制下，保证数据传送不会出错，如图10-36所示。,图10-36 串行异步通信方式示意图,这种主要用于中、低速数据的通信方式，每传一个字节都要加入开始位、校验位和停止位，传送效益低。 (3)串行同步通信方式 该方式与串行异步通信方式的不同之处在于它以
38、数据块为单位，在每个数据块的开始处加入一个同步字符来控制同步，而在数据块中的每个字节前后不需加开始位、校验位和停止位标记。同步传送所需要的软、硬件价格较贵，所以通常只在数据传送速率超过20,000 bit/s的系统中才使用。 PLC常使用半双工或全双工异步串行通信方式。,三、通信介质,通信介质是信息传输的物质基础和重要渠道，是PLC与通用计算机及外部设备之间相互联系的桥梁。PLC普遍使用的通信介质有：同轴电缆(带屏蔽)、双绞线、光纤等。 PLC对通信介质的基本要求是通信介质必须具有传输速率高、能量损耗小、抗干扰能力强、性价比高等特性。目前，同轴电缆和带屏蔽的双绞线在PLC的通信中广泛使用。 此
39、外，红外线、无线电、微波、卫星通信等介质在PLC通信中用得较少。,四、PLC的通信接口,FX系列PLC的串行异步通信接口主要有RS-232C、RS-422和RS-485等。 1RS-232C通信接口 RS-232C是美国电子工业协会EIA于1962年公布的一种标准化接口。“RS”是英文“推荐标准”的缩写；“232”是标识号；“C”表示此接口标准的修改次数。它既是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定通信设备之间信息交换的方式与功能。它采用按位串行通信的方式传送数据，波特率规定为19200 bit/s,9600 bit/s,4800 bit/s等几种。,RS-232C在电气性能上，采用的是负逻辑
40、，即规定逻辑“l”电平在-5 V-15 V范围内；逻辑“0”电平在+5+15 V范围内，具有较强的抗干扰能力。 RS-232C在机械性能上，是标准的25针的D型连接器，也有9针的。25针有时不会都用，简单的只需用3根，最复杂的已用到22根。,2.RS-422通信接口 RS-422接口是EIA协会1977年推出的新接口标准，它具有与 RS-232所没有的10种电路功能，规定用37脚的连接器。它采用差动发送和接收的工作方式，发/接收器使用+5 V的电源。因此通信速率、距离、抗共模干扰等方面较 RS-232C接口有较大的提高。RS-422接口的最大数据传输速率为10 Kbit/s。通信距离在12 m
41、1200 m。,3.RS-485通信接口 RS-485通信接口实际上是RS-422的变形，不同点在于RS-422为全双工，而RS-485为半双工。 五、通信协议 所谓通信协议是数据通信时所必须遵守的各种规则和协议。通信协议其实是由国际上公认的标准化组织或其他专业团体集体制定的。国际化组织主要是由美国牵头的，目前有四家： 第一是国际标准化组织ISO(International Standard Organnization)，由美国国际标准化组织与其他国家的标准化组织的代表所组成，是世界上最著名的国际标准化组织之一。制定了开放式互相通信协议OSI (Open System Interconnect
42、ion)。,第二是国际电子电器工程师协会IEEE ,也是世界上著名的标准化专业组织之一，他们建立了IEEE802通信协议标准。 第三是美国高级研究院ARPA ,它是美国国防部的标准化组织，主要开发了TCP/IP与 FTP通信协议,这个协议已成为当今国际互联网的通信标准。 第四为美国通用汽车公司GM (General Motor)，该公司实力雄厚，工厂自动化走在世界前列，制定了制造自动化协议MAP (Manufacture Automation Protocol)，使不同厂家的PLC、工控机、计算机、自动化仪表、设备和控制系统连成一个整体。MAP协议是一个高效能、低价格的通信标准，成为组成计算机
43、集成制造的基本原则。目前，PLC与上位机(计算机)之间的通信可以按照标准协议(如TCP/IP）进行，但PLC之间，PLC与远程I/O通信协议还没有标准化。,第六节 PLC与计算机的通信,PLC与计算机通信是最简单、最直接的一种通信方式，目前几乎所有种类的PLC都具有与计算机通信的功能。PLC与计算机之间的通信又叫上位通信。 PLC与计算机通信,在计算机上可以实现以下8个基本功能： (1)可以在计算机上编写、调试、修改应用程序。PLC与计算机通信后，利用辅助编程软件，直接在计算机上编写梯形图或功能图或指令表程序，它们之间均可以相互转换。此外还有自动查错、自动监控等功能。 (2)可用图形、图像、图
44、表的形式在计算机上对整个生产过程进行运行状态的监视。 (3)可对PLC进行全面地系统管理，包括数据处理、生成报表、参数修改、数据查询等。,(4)可对PLC实施直接控制。PLC直接接受现场控制信号，经分析、处理转化为PLC内部软元件的状态信息 ，计算机不断采集这些数据，进行分析与监测，随时调整PLC的初始值和设定值,实现对PLC的直接控制。 (5)可以实现对生产过程的模拟仿真。 (6)可以打印用户程序和各种管理信息资料。 (7)可以利用各种可视化编程语言在计算机上编制多种组态软件。 (8)由于Internet网发展很快，通过计算机可以随时随地获得网上有用的信息和其他 PLC厂家、用户的PLC控制
45、信息，也可以将本地的PLC控制信息发送上网，实现控制系统的资源共享。,一、通信链接 PLC与计算机通信主要是通过RS-232C或RS-422接口进行的。计算机上的通信接口是标准的RS-232C接口；若PLC上的通信接口也是RS-232C接口时，PLC与计算机连接可以直接使用适配电缆进行连接，实现通信，如图10-37所示：,图10-37 PLC与计算机直接通信示意图,若PLC上的通信接口是RS-422时，必须在PLC与计算机之间增加一个RS-232C/RS-422接口转换模块，再用适配电缆进行连接就可以实现通信了，如图10-38所示。,图10-38 PLC与计算机通过接口通信示意图,RS-232
46、C/RS-422接口转换模块常用的型号有SC-09和FX-232AW通信模块，这些模块结构结构简单、使用方便、性能可靠、价格低廉，图10-39是PLC与计算机通过SC-09或FX-232AW接口转换模块进行通信的连接图。,图10-39 PLC与计算机通信示例,图10-40与图10-41是SC-09及FX-232AW与计算机通信时的接口引线连接图。,图10-40 SC-09接口引线连接图,图10-41 FX-232AW接口引线连接图,在图10-41中，由于计算机的RS-232C口的4、5引脚已经短接，所以对计算机发送数据来说，好像PLC总是处于数据准备就绪状态，计算机在任何时候都有可能将数据传送
47、到PLC中；但由于RS-232C口的20、6引脚交叉连接，对计算机来说就必须检测PLC是否处于准备就绪状态，即检测引脚6是否为高电平。当引脚6为高电平时，表示PLC准备就绪，可以接收数据，计算机就可以发送数据了；当引脚6为低电平时，表示PLC与计算机不能通信。,二、通信协议,FX系列PLC与计算机之间的通信若采用的是RS-232C标准，数据交换格式为字符串方式，如图10-42所示。在字符串格式中，左边第一位是开始位；中间7位是数据位，并要用字符的ASCII码来表示，这里所用到的字符及其ASCII码的对应关系如表10-17所示,右边2位分别是奇偶校验位(采用偶校验)和停止位。,图10-42 FX
48、系列与计算机之间通信的字符串格式,在FX系列PLC与计算机的通信中，数据是以帧为单位发送和接收的，每一帧为l0个字符。其中控制字符ENQ、ACK或NAK，可以构成单字符帧。其余的字符在发送或接收时必须用字符STX和ETX分别表示该字符帧的起始标志和结束标志，否则将不能同步，产生出错。多字符传送时构成多字符帧。一个多字符帧由字符STX、命令码、数据、字符ETX以及和校验五部分组成，如图10-43所示。,图10-43 多字符帧的组成,在图10-43中，校验值是将命令码到ETX之间所有字符的ASCII码(十六进制数)相加，取所得和的最低二位数；命令码只有“0”、“l”、“7”、“8”四个数字，对应的
49、功能为： “0” 表示读PLC软元件数据； “1” 表示写PLC软元件数据； “7” 表示对PLC软元件强制置“l”； “8” 表示对PLC软件强制置“0”。 命令码的主要操作对象是PLC的X、Y、M、S、T、C等软元件，“0”、“1”还可以对数据寄存器D操作。,在FX系列PLC与计算机之间的通信中PLC始终处于一种“被动响应”的地位，无论是数据的读或写，都是先由计算机发出信号。开始通信时，计算机首先发送一个控制字符ENQ，去查询PLC是否做好通信的准备，同时也可检查计算机与PLC的连接是否正确。当 PLC接收到ENQ后，如果它处在RUN状态，则要等到本次扫描周期结束(即扫描到END指令)时才应答；如果它处在STOP状态，则马上应答。若通信正常，则应答字符为ACK；若通信有错，则应答字符为NAK。如果计算机发送一个控制字符ENQ，经过5 s后，什么信号也没有收到，此时计算机将再发送第二次控制字符ENQ，如果还