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1、第五章 FP1的特殊功能和高级模块,第一节 FP1的特殊功能,一、脉冲输出,脉冲输出进行位置控制示意图,FP1的输出端Y7可输出一路脉冲信号，最大频率范围为45Hz 5kHz。这一功能只有晶体管输出方式的PLC才具有，且需配合脉冲输出控制指令F164(SPD0)使用。,二、高速计数功能（HSC）,在FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲。 最高计数频率：10kHz； 计数范围： K-8388608 K8388607； 输入模式：加计数、减计数、可逆计数、两相输入； 此外，每种模式又分为有复位输入和无复位输入两种情况，输入计数不受扫描周期影响，处理过程中响应时间不延时。,1.占用的输入端子
2、HSC需占用FP1输入端子X0、X1和X2。其中X0和X1作为脉冲输入端，X2作为复位端，可由外部复位开关通过X2使HSC复位。 2. 输入模式及设置 HSC的四种输入模式中，前三种为单相输入，最后一种为两相输入。如图5-2所示。 1) 加计数模式 2) 减计数模式 3) 加/减计数模式 4) 两相输入方式,四种计数模式的脉冲波形示意图,表5-1 系统寄存器No.400控制字说明,HSC的经过值存放于特殊数据寄存器DT9044和DT9045中，目标值存放于特殊数据寄存器DT9046和DT9047中。其中DT9044和DT9046分别存放低16位，DT9045和DT9047分别存放高16位。当高
3、速计数器的经过值和目标值一致时，DT9046和DT9047中的数据就被清除。 特殊功能继电器R903A规定为HSC的标志寄存器。当HSC计数时该继电器为ON，停止计数时为OFF。当HSC计数时，Y7可以输出脉冲，而停止计数时Y7停止发脉冲。,3与HSC相关的寄存器,4高速计数功能指令 1) 高速计数器的控制指令 F0 MV, S, DT9052 ：高速计数器控制指令。 该指令功能是将S中的控制字数据写入DT9052中，DT9052的低四位作为高速计数器控制用。,HSC不但可以通过X2硬复位，还可进行软复位，即将控制字H1送入DT9052，使bit0为1，从而可以实现软件复位功能。这里需要注意的
4、是高速计数器运行方式的改变只能使用该指令。,软件复位控制,计数输入控制,“复位输入端”X2的可用性控制,例：当触发信号X3为ON时，把高速计数器的经过值清0并开始计数。设计的梯形图如下图所示。,2) 高速计数器经过值的读写指令 F1 DMV, S, DT9044 ：存储高速计数器经过值。将(S+1, S)中高速计数器的经过值写入DT9045、DT9044中。 F1 DMV, DT9044, D ：调出高速计数器经过值。是将DT9045、DT9044中的经过值读出拷贝到(D+1, D)中。 3) 高速计数器输出置位复位指令 F162 HC0S, S, Yn ：高速计数器的输出置位指令。当高速计数
5、器的经过值和目标值相等时，将指定的输出继电器接通。 F163 HC0R, S, Yn ：高速计数器的输出复位指令。当高速计数器的经过值和目标值相等时，将指定的输出继电器断开。,其中，S为高速计数器的目标值，可以用常数设置，也可以用寄存器中的数据设置，数值的取值范围为是K-8388608K8388607（HFF800000 H007FFFFF）；Yn为输出继电器，YnY0 Y7。,例：,梯形图中，当触发信号X3接通时，将高速计数器HSC目标值设置为K1500。当高速计数器的经过值等于K1500时，将输出继电器Y1接通并保持。,梯形图中，当触发信号X4接通时，将高速计数器HSC目标值设置为K800
6、。当高速计数器的经过值等于K800时，将输出继电器Y2断开，即Y2=0。,例：,4) 速度和位置控制指令 F164 SPD0, S ：速度及位置控制。该指令配合高速计数器和Y7的脉冲输出可以实现速度和位置控制。 a) 脉冲工作方式 b) 波形工作方式 5) 凸轮控制指令 F165 CAM0, S ：凸轮控制。当高速计数器的经过值和参数表中设定的目标值相一致时，接通或断开参数表中指定的输出继电器。,在顺序控制系统中，许多场合是按工序进行操作的：第一步作某些机械动作，第二步作另一些机械动作，如此顺序进行直至整个工序结束。凸轮控制器就是专为这种顺序控制设计的机电式设备，它是一个由多层可编程圆盘组成的
7、机电式圆鼓，每转动一步可接通某些接点，从而作出规定的机械动作。由于采用机械方式实现，其转动的步数和接点数都受到很大限制，体积大且可靠性差。而利用可编程控制器可以模拟凸轮控制器的功能，控制的步数和点数多，并且节省了硬件设备投资。FP1的凸轮控制指令F165和高速计数器配合使用，既方便又准确，几乎可以满足所有需要凸轮控制的场合。,在开关按下的瞬间，接触很不可靠，时断时续，经过一段短暂时间后，开关才能可靠地接通，这一现象叫做开关的机械抖动，它可能会造成系统的误动作。为消除开关抖动造成的不利影响，FP1的输入端采用了输入延时滤波技术，即延迟一段时间t之后，再对输入端X采样，以躲过开关的抖动时间，从而提
8、高了系统运行的可靠性。,三、可调输入延时滤波,图中，t1为干扰脉冲，小于延时时间t，因此不响应；t2、t4分别为机械开关接通和断开时的抖动时间，由图可见，经过延时，避开了输入信号的抖动部分，直接在稳定导通区间t3进行输入状态的采集和响应。,输入信号延时滤波示意图,FP1的延迟时间可以根据需要，在1 128ms之间进行调节。延时时间的设定是通过软件，在对应的系统寄存器中设置时间常数来实现，时间常数和延时时间的对应关系如下表： 表5-2 时间常数与对应延时时间关系 系统寄存器No.404 407用于预先存放设置的时间常数，与输入端的对应关系为： No.404：设定X0 X1F的时间常数。 No.4
9、05：设定X20 X3F的时间常数。 No.406：设定X40 X5F的时间常数。 No.407：设定X60 X6F的时间常数。,例如，要使 X0 X7的延时时间为1ms对应的时间常数为0； X8 XF的延时时间为2ms，对应的时间常数为1； X10 X17的延时时间为4ms，对应的时间常数为2； X18 X1F的延时时间为8ms，对应的时间常数为3； 则应在No.404中写入如下二进制数码： 即8个输入端为一组，系统寄存器No.404中的16位分成四组，每组对应8个输入端的时间常数，故一个系统寄存器可以设定32个输入端的时间常数。 注意：No.407只用了低8位，故只能设定16个输入端。,由
10、于PLC采用循环扫描工作方式，其输出对输入的响应速度受扫描周期的影响。这在一般情况不会有问题，反而提高了输入信号的抗干扰能力。但是，有些特殊情况，特别是一些瞬间的输入信号（持续时间小于一个扫描周期）往往被遗漏。为了防止出现这种情况，在FP1中设计了脉冲捕捉功能，它可以随时捕捉瞬间脉冲并记忆下来，并在规定的时间内响应，可捕捉的最小脉冲宽度达0.5ms，且不受扫描周期影响。,四、输入窄脉冲捕捉,一个窄脉冲在第n个扫描周期的I/O刷新后到来，若无捕捉功能，此脉冲将会被漏掉；有了捕捉功能，PLC内部电路将此脉冲一直延时到下一个(第n+1个)扫描周期的I/O刷新结束，这样PLC就能响应此脉冲。,脉冲捕捉
11、示意图,只有输入端X0 X7共8个输入端可以设成具有脉冲捕捉功能的输入端，这可以通过对系统寄存器No.402的设置来实现。输入端子与系统寄存器No.402的位对应关系如下所示： 输入端X0 X7分别与No.402的低8位对应，当某位设置为1时，则该位对应的输入端就具有脉冲捕捉功能；设置为0时，对应的输入端仍是普通的输入端。,五、特殊功能占用输入端优先权排队,大多数特殊功能均需占用PLC的I/O点，当多种功能同时使用时，对I/O的占用须按一定顺序进行优先权排队。 FP1特殊功能优先权排队从高到低依次为： 高速计数器脉冲捕捉中断输入延时滤波,六、其他功能,FP1还有一些其它的特殊控制功能，如强制置
12、位/复位控制功能、口令保护功能、固定扫描时间设定功能和时钟日历控制功能等 。,第五章 FP1的特殊功能及高级模块,第二节 FP1的高级模块,FP1的高级模块主要有A/D、D/A转换模块和通信模块，由于一般都自带CPU和存储器，因此又称为智能模块。在工业控制中除了数字信号以外，还有大量的温度、湿度、流量、压力等连续变化的模拟信号，为了对这些过程变量进行监测和控制，必须首先将这些信号变换成标准的电信号，再转换成计算机可以接受的数字信号；然后根据监测到的运行参数，进行相关的计算分析，确定控制措施，再将数字信号形式的控制信息，转变成电信号，驱动有关的执行机构，完成控制过程。这些处理环节都是过程控制不可
13、缺少的重要组成部分。本节主要介绍FP1的A/D和D/A单元的性能及其使用方法。,一、A/D转换模块,1. 占用通道及编程方法 A/D转换单元4个模拟输入通道占用输入端子分别为： CH0：WX9(X90 X9F) CH1：WX10(X100 X10F) CH2：WX11(X110 X11F) CH3：WX12(X120 X12F) PLC每个扫描周期对各通道采样一次，并进行模数转换，转换的结果分别存放在输入通道(WX9 WX12)中。 A/D转换的编程可用指令F0实现，如 F0 MV, WX9, DT0 。执行这一指令后，CH0输入的模拟信号经A/D转换变成数字信号后送入WX9，并由F0指令读出
14、保存到DT0中。其它通道也可仿照此格式进行编程。 注意：FP1对A/D模块读取数据，每个扫描周期只进行一次。,2. A/D的技术参数,A/D转换单元的输入输出特性,由上图可见，不论是电压输入还是电流输入，不论是满程值5V还是10V，A/D转换器转换后的数字量对应的十进制数最大值均为K1000。这意味着该A/D转换器输出位数是10bit（即210 1024K1000）,A/D单元的每个通道有4个接线端：V、I、C和F.G.，此外，还有一对电压范围选择端子RANGE。其中，V是电压输入端，I是电流输入端，C是公共端，F.G.是屏蔽接地端。左端扩展插座用于连接FP1控制单元或扩展单元，右端插座用于连
15、接D/A转换单元或I/O LINK单元。,3. A/D转换单元的面板布置及接线方法,A/D单元的面板布置图,A/D单元的接线方法： 电压输入方式的接线如图5-8所示。信号由V和C两端输入，屏蔽外壳接F.G.端。当电压范围选择端子RANGE间开路时，输入模拟电压范围为0 5V；短路时，输入模拟电压范围为0 10V。 电流输入方式的接线如图5-9所示。信号由I和C两端输入，将电压输入V和电流输入I端子连接在一起，屏蔽外壳接F.G.端。此时，需要将当电压范围选择端子RANGE开路。,电压输入接线方式 电流输入接线方式,4. 应用举例,当需对某信号进行监测，要求超限报警。这时可将该信号输入到A/D，并
16、用段比较指令将输入信号与上、下限进行比较。程序如图5-10所示。,图5-10 A/D模块信号监控举例 若将A/D模块输入范围选在0 10V(即将RANGE短接)，并将需监测的信号输入CH0，则执行该程序后可实现下面功能：设输入信号上限为3.6V，即对应A/D内部十进制数为K360；输入信号下限为3.4V，对应A/D内部十进制数为K340。当输入信号在3.4V 3.6V之间时则R900B常闭触点断开，故Y0OFF，报警灯不亮。若信号超出此范围则R900B常闭触点接通，故Y0ON，报警灯亮，从而实现对信号的监测。,二、D/A转换模块,1. 占用通道及编程方法 FP1可扩展两个D/A模块，可用开关设
17、定其单元号，即No.0和No.1；每个D/A模块有两个输出通道，即CH0和CH1。 当开关置于左边时，该模块设为No.0，其I/O通道分配如下： CH0：WY9(Y90 Y9F) CH1：WY10(Y100 Y10F) 当开关置于右边时，该模块设为No.1，其I/O通道分配如下： CH0：WY11(Y110 Y11F) CH1：WY12(Y120 Y12F) D/A转换的编程也可用指令F0实现，如 F0 MV, DT0, WY9 。执行这一指令后，将DT0的内容经WY9送往D/A转换器，并将转换好的模拟信号经No.0的CH0通道输出。其它通道也可仿照此格式进行编程。 注意：FP1对D/A模块写
18、入数据，每个扫描周期只进行一次。,2. D/A的技术参数,D/A转换单元的输入输出特性,图5-12是D/A单元的面板布置图。D/A单元的每个输出通道有5个端子，V+ 和V - 是模拟电压输出端，I + 和I - 是模拟电流输出端，而RANGE则是电压范围选择端。 当V- 端和RANGE端连在一起，再接入负载设备时，输出电压为0 10 V；RANGE端开路时，输出电压为0 5V。 负载设备直接接到模拟电流输出端I+ 和I 上时，为电流输出方式，输出范围0 20mA。,3. D/A转换单元的面板布置及接线方法,3. D/A转换单元的面板布置及接线方法,D/A转换单元的面板布置图,电压输出接线方式
19、电流输出接线方式,A/D和D/A单元都需外部电源供电。直流供电电压为24V，交流供电电压为220V。 此外，在使用时还需要注意，同一个通道上电压输出和电流输出不能同时使用，没有使用的输出端子应该开路。,4. 应用举例,三个模拟量信号分别从A/D模块的CH0 CH2输入，求平均值，再由D/A模块No.1的CH1通道输出。梯形图如图5-15所示。,A/D和D/A模块应用举例,第五章 FP1的特殊功能及高级模块,第三节 FP1的通讯功能,集散式控制系统的关键技术之一是系统的通信和互联。可编程控制器作为一种高性能的工业现场控制装置，已广泛地用于工业控制的各个领域。目前，工业自动控制对PLC的网络通信能
20、力要求越来越高，PLC与上位机之间、PLC与PLC之间、PlC外围设备之间都要能够进行数据共享和控制。,面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别，从而也造成PLC设备的通信方式的种类的多样性。,表5-5 常用PLC设备的通信方式,松下电工提供了6种(C-NET，F-Link，P-Link，H-Link，W-Link，FP以太网)功能强大的网络形式，同时提供了若干种与相应的网络连接方式有关的通信方式和链接单元，适合于各种工业自动化网络的不同需要。,一、通讯的有关基本概念,
21、1. 并行通信与串行通信 2. 同步通信与异步通信 3. 波特率 4. 单工、双工通信方式 1) 单工通信 2) 半双工通信(Half Duplex) 3) 全双工通信(Full Duplex),二、FP1的通讯接口,FP1系列PLC进行数据交换时常采用RS232C、RS422、RS485三种串行通信接口，相关的链接单元也有三种，均为串行通信方式。 I/O LINK单元是用于FP1和FP3/FP5等大中型PLC之间进行I/O信息交换的接口(1个RS485接口和2个扩展插座)； C-NET适配器是RS485 RS422/RS232C信号转换器(1个RS485、1个RS422、1个RS232C接口
22、)，用于PLC与计算机之间的数据通讯； S1型C-NET适配器是RS485 RS422信号转换器(1个RS485、1个RS422接口)，用于C-NET适配器和FP1控制单元之间的通讯。,1RS232C通信接口 RS232C所采用的电路是单端接收电路，数据传输速率最高为20kbps，电缆最长为15m。 2RS422通信接口 RS422标准规定的电气接口是差分平衡式的，能在较长的距离内明显地提高传输速率，例如，1200m的距离，速率可以达到100kbps，而在12m等较短的距离内则可提高到10Mbps。 3RS485通信接口 RS485实际上是RS422的简化变型 ，RS485分时使用一对信号线发
23、送或接收。可以高速远距离传送，传输距离可达1200m，传输速率达10Mbps 。,三、通讯方式,1FP1与计算机(PC)之间的通讯 一般地，一台计算机与一台FP1之间的通讯称1:1方式，一台计算机与多台FP1之间的通讯称1:N方式。 有两种方法可以实现一台计算机与一台FP1之间的通讯。一种方法是直接通过FP1的RS232口与PC进行串行通讯。另一种方法可经RS232/RS422适配器用编程电缆同PC进行通讯。,直接通过RS232口进行串行通讯 通过适配器进行通讯,1:N的通讯方式,2FP1与FP3/5的通讯,FP1与FP3/5的通讯,3FP1和外围设备之间的通信,FP1的相关外围设备有：智能终
24、端I.O.P.，条形码判读器、EPROM写入器和打印机等。这些外围设备均设有RS232串行通信口，可以方便地实现与FP1的通信。,四、PLC与触摸屏之间的通信,工业触摸屏(简称GP)是常与 PLC配套使用的设备，它是取代传统控制面板和键盘的智能操作显示器，用于设置参数、显示数据，以动画等形式描绘自动化控制过程，被称为可编程序控制器的脸面。PLC与GP配套使用，一方面扩展了PLC的功能，使其能够组成具有图形化、交互式工作界面的独立系统；另一方面也可大大减少操作台上的开关、按钮、仪表等的使用数量，使操作更加简便，工作环境更加舒适。,五、基于人机界面的PLC控制系统的仿真,PLC控制系统的开发设计、
25、验证和调试，需要实物模型进行模拟试验，这种方法效率低、成本高、不安全。同时，PLC控制系统还需要许多的输入、输出点来支持，这也是一般实物模型或模拟软件所不能达到的。如果要想达到仿真的目的，可选用人机界面（或监控界面）作为模拟设备。人机界面具有丰富的输入、输出指示器，经设计可以用来模拟现场的各种设备，并实时显示设备的运行状态；人机界面模拟的主令控制器件可以直接在与PLC相连的上位PC机或触摸屏上操作。,人机界面软件内部还具有庞大的内部寄存器和功能强大的巨集指令应用方式，使人机界面得以由内部巨集指令功能执行数值运算、逻辑判断、流程控制、数值传送、数值转换、定时、计数等操作，还可以模拟更智能化的控制
26、设备。更为重要的是，PLC和人机界面之间的寄存器数据可以直接读取，这样就很好地解决了用户程序的输入和识别问题。开发人员借助于人机界面能方便、快捷地为PLC控制系统建立仿真模型，以验证、调试所开发PLC的程序。,六、专用通信协议MEWTOCOL,通信协议是通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程。它是FP系列PLC网络设计的基础。 FP1采用松下电工公司专用通信协议 MEWTOCOL。该协议共分为两个部分： MEWTOCOL-COM：计算机与PLC之间的命令通信协议； MEWTOCOL-DATA：PLC与PLC之间及PLC与计算机之间的数据传输协议。 MEWTOCOL-DATA协议用于分散型工业局域网H-LINK、P-LINK、W-LINK及ETLAN中PLC与PLC之间及PLC与计算机间的数据传输。,第五章结束,哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院,