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文档之家

发布时间:2022-06-17 16:20:55 来源:乐鱼体育下载 作者:乐鱼体育在线直播

产品介绍

  第五章FP1的特殊功能及高级模块FP1系列可编程控制器除具有功能丰富的基本指令和高级指令之外,还有一些特殊的功能,如高速计数、脉冲输出、中断输入、输入窄脉冲捕捉、可调输入延时滤波、实时时钟以及通信功能等等。此外,还包括扩展单元、智能单元和链接单元等高级单元模块,这些特殊功能和高级模块无疑使可编程控制器的应用范围更加广泛。第一节FP1的特殊功能一、脉冲输出FP1的输出端Y7可输出一路脉冲信号,体管输出方式的PLC 才具有,且需配合脉冲

  在FP1内部有高速计数器,可同时输入两路脉冲,最高计数频率为10kHz(当同时输入两路脉冲时,频率为5kHz),计数范围为K-8388608~K8388607(HFF800000~H007FFFFF)。可用系统寄存器No.400设定其输入模式,包括加计数、减计数、可逆计数、两相输入等等,每种模式又分为有复位输入和无复位输入两种情况,而且输入计数不受扫描周期影响,处理过程中响应时间不延时。

  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。

  此时只能由X1输入计数脉冲,每当X1输入一个脉冲,计数器减1。其它同加计数模式,如图5-2(b)所示。

  由X0和X1输入计数脉冲,X0输入时加计数,X1输入时减计数。此时HSC对X0和X1进行分时计数,最高计数频率为两路输入频率之和,即仍为10kHz,如图5-2(c)所示。

  此时要求输入脉冲是相位差为90o的正交脉冲序列。当X0输入脉冲比X1超前90o时,为两相加计数输入模式;当X0输入脉冲比X1滞后90o时,为两相减计数输入模式,如图5-2(d)所示。这时因为HSC对X0和X1进行交替计数,故最高计数频率为5kHz。

  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。

  PLC的脉冲输出功能与高速计数器结合在一起,配合速度控制指令SPD0,可以方便地实现速度及位置控制。FP1的所有型号均包括下面7条高速计数功能指令,下面按照功能分别介绍。

  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。控制字意义见下图。

  PLC将高速计数器的经过值存放在DT9044和DT9045中,因此可以用32位数据传送指令F1进行读写。

  [F162HC0S,S,Yn]:高速计数器的输出置位指令。符合目标值时为ON。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接通。

  [F163HC0R,S,Yn]:高速计数器的输出复位指令。符合目标值时为OFF。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HFF800000~H007FFFFF;Yn为输出继电器,Yn=Y0~Y7。

  当运行上述两条指令时,将存储于DT9047和DT9046中的目标值设置为(S+1,S),开始计数后,当高速计数器经过值寄存器DT9045及DT9044中的经过值等于目标值时,指令中指定的输出继电器Yn就接通或断开。

  [F164SPD0,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:在这种方式下,Y7可输出频率可调的脉冲,脉冲频率的变化规律预先设置在参数表中。

  b)波形工作方式:在波形方式时,可在Y0~Y7输出端产生一组方波,其波形预先设置在参数表中。波形方式的参数表也是一组寄存器,控制参数就设置在寄存器中。

  [F165CAM0,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。其中的参数表是由S指定首地址的若干个连续寄存器组成,指令的控制参数设置在寄存器中。

  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。

  众所周知,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Δt之后,再对输入端X采样,以躲过开关的抖动时间,从而提高了系统运行的可靠性。图5-4给出了输入信号延时滤波的示意图。图中,t1为干扰脉冲,小于延时时间Δt,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。

  另外,开关的结构不同,其抖动时间的长短也不尽相同,为此,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:

  由于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

  如图5-5所示。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。

  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。例如,将No.402的值设置成H38,则X3、X4和X5具有脉冲捕捉功能,其它仍为普通输入端。对应低8位如下所示。

  前面介绍了PLC 的部分特殊功能,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。

  FP1还有一些其它的特殊控制功能,如强制置位/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,在这里就不一一叙述了。

  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。

  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各自的输入通道(WX9~WX12)中。

  A/D转换的编程可用指令F0实现,如[F0MV,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指令读出保存到DT0中。其它通道也可仿照此格式进行编程。

  由图5-6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=1024≈K1000)。

  3.A/D转换单元的面板布置及接线是A/D转换单元的面板布置图。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,右端插座用于连接D/A转换单元或I/O LINK单元。

  电压输入方式的接线所示。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。

  A/D模块的电源需外接,交流可接交流220V电源,直流只能接24V直流电源,具体根据A/D模块的型号来定。

  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,并用段比较指令将输入信号与上、下限进行比较。程序如图4-10所示。

  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Y0→OFF,报警灯不亮。若信号超出此范围则R900B常闭触点接通,故Y0→ON,报警灯亮,从而实现对信号的监测。

  FP1可扩展两个D/A模块,可用开关设定其单元号,即No.0和No.1;每个D/A模块有两个输出通道,即CH0和CH1。

  D/A转换的编程也可用指令F0实现,如[F0MV,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。

  3.D/A转换单元的面板布置及接线是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0~10V;RANGE端开路时,输出电压为0~5V。

  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。

  在较大规模的工业控制系统中,常常有数十或数百个测控对象,这就对控制系统提出了很高的要求,不仅要求系统的速度快,存贮容量大,功能丰富,而且要求系统的可靠性高。—旦系统发生故障,将造成整个控制系统的瘫痪,给工业生产带来巨大的经济损失。为此,必须将控制任务分散,分别控制各个控制对象,最后进行集中监控。当某个控制系统发生故障时,不影响其它控制系统,使危险分散,从而提高了可靠性。这就是目前工业控制领域中广为流行的集散式控制系统。

  集散式控制系统的关键技术之一是系统的通信和互联。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链接单元,适合于各种工业自动化网络的不同需要。

  此外,目前随着计算机网络技术的发展,特别是互联网的广泛应用,给工业自动化领域带来了巨大的变化。它改变了以往人们对工控的观念,提出了许多新的思想。人们对工控产品的网络通信功能提出越来越高的要求,如何开发基于WINDOWS的监控软件,如何实现基于互联网的远程控制,已经受到广大用户的热切关注。PLC虽然是在传统产业上发展起来的,但它也不可避免地被卷入到IT产业之中,而传统产业与IT产业的结合必将带来不可估量的市场与应用前景。

  并行通信是指一个数据的各位同时进行传送的通信方式。其优点是传送速度快,效率高。缺点是一个数据有多少位,就需要有多少根传输线,因此传送成本高,这在位数较多且传输距离较远时,会导致通信线路复杂,成本提高。

  串行通信是指一个数据逐位顺序传送的通信方式。它的突出优点是仅需单线传输信息,通信线路简单,有时可以用电话线实现,成本低,特别适用于远程通信;缺点是相对并行通信传输速度慢。假设并行传送N位所需的时间为T,那么串行传送的时间至少为NT,实际上总是大于NT。

  综合比较上述两种通信方式,并行通信多用于传输距离短而速度要求高的场合,串行通信则用于传输长距离、低速度的场合。

  同步通信是一种连续传送数据流的串行通信方式。在同步通信中,数据是以一组数据(数据块)为单位传输。数据块中每一字节不需加起始位和停止位,而在整块前加有一个或多个同步字符,数据块后加结束控制字符,使得发送和接收设备间每个字节(byte)都保持同步。数据块中可能含非数据信息,如数据传送目的地址、校验比特组合、控制信息等,数据加上控制

  异步通信传送的数据不是连续的,而是以字符为基本单位。该方式又称为“起止”方式,即在要传输的数据前端加一个起始位,在数据末端加停止位,表示数据结束。传输数据以字节为单位逐次传输,并经起始位和停止位兼作发送和接收设备的同步时钟信号。当没有数据要传送时,通信线路处于高电平“闲”状态,进行等待。每个字符由数据位加上起始位、校验位和停止位,称为一帧。异步通信方式的硬件结构比同步通信方式简单,但这种方式传输时间较长。

  波特率是指在串行通信中,每秒钟传送的二进制的位数,单位为位/秒,记作波特,也可记为bps。波特率是衡量串行通信的重要指标,用以表示数据的传输速率。波特率越高,传输速率越高。

  例如,数据的传输速率是120字符/秒,每个字符包含10位(1个起始位,7位数据位,1个校验位和1个停止位),则传送的波特率为:

  2)半双工通信(Half Duplex)指信息流可在两个方向上传输,但同一时刻只能有一个站发送,接收设备也可以发送信息。

  在集散式控制系统中普遍采用异步串行数据通信方式进行数据通信,即用来自上位微机(或大中型PLC)的命令对控制对象进行控制操作,此外,PLC之间也存在相互的通讯连接以进行有关的数据交换。

  RS232C是著名的物理层标准,它是计算机或终端与Modem(调制解调器)之间的标准接口。为了进行正常的连接,标准机构详细地规定了机械的、电气的、功能的及规程的接口。

  RS232C的机械规范定义的是25针插头,螺钉中心到螺钉中心为47.04±0.13mm宽,所有其它尺寸也都作了规定。顶行针编号从左到右为1到13,底行针编号从左到右为14到25。

  RS232C所采用的电路是单端接收电路,这种电路的特点是传送一种信号只用一根信号线,对于多根信号线,它们的地线是公共的,无疑这种电路是传送数据的最简单的办法。其缺点是它不能有效区分由驱动电路产生的有用信号和外部干扰信号,虽然在设计上采用了一些办法,但是在比较强的干扰环境下,介质内传输的信号仍会发生根本的变化,“0”变成“1”,“l”变成“0”,因此这种电路限定了其传输的距离和速率。数据传输速率最高为20kbps,电缆最长为15m。

  RS422标准规定的电气接口是差分平衡式的,即采用差动发送、差动接收的工作方式,发送器、接收器仅使用+5V电源,因此,在通信速率、通信距离、抗共模干扰能力等方面,较RS232C接口都有了很大提高。它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。

  平衡驱动和差分接收方法可以从根本上消除信号地线,这种驱动相当于两个单端驱动器,它们的输入是同一个信号,而一个驱动器的输出正好与另一个的反相。当干扰信号作为共模信号出现时,接收器则接收差分输入电压,只要接收器具有足够的抗共模电压工作范围,它就能识别这两种信号而正确接收传送信息。这种性能的改善是由于平衡电气结构的优点而产生的,它能有效地从地线的干扰中分离出有效信号,差分接收器可以区分0.2V以上的电位差,因此可以不受对地参考系统的地电位的波动和共模电磁的干扰。

  在许多工业环境中,要求用最少的信号连线来完成通信任务。目前广泛应用的RS485串行接口总线正是适应这种需要而出现的,它已经在几乎所有新设计的装置或仪表中出现。RS485实际上是RS422的简化变型,它与RS422不同之处在于:RS422支持全双工通信,RS485仅支持半双工通信;RS422采用两对信号线,分别用于发送和接收,RS485分时使用一对信号线通信接口的信号传送是用两根导线之间的电位差来表示逻辑1和逻辑0的,由于传输线也采用差动接收、差动发送的工作方式,而且输出阻抗低,无接地回路问题,所以它的干扰抑制性很好。RS485用于多站互联十分方便,可以节省昂贵的信

  号线,同时,它可以高速远距离传送,传输距离可达1200m ,传输速率达10Mbps 。目前许多智能仪表均配有RS485总线接口,将它们联网构成分布式控制系统十分方便。

  FP1有三种通讯功能,即FP1与计算机之间、FP1与外围设备之间以及FP1与大、中型PLC 之间三种通讯方式。

  有了这些通讯功能,可用计算机读写接点信息及数据寄存器中的内容,实现如数据采集、监视运行状态等。也可以用一台中、高档PLC 与多台小型PLC 之间联接成网,构成一个灵活的分散控制系统。下面分别介绍这几方面的内容。

  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。前一种方法是将计算机串行输出同FP1的RS232口直接用电缆连接起来;后一种方法是将计算机串行输出连到适配器的输入端上,再将适配器的输出端同FP1的编程工具插座连接在一起,适配器实际上就是一个端口转换器,因为编程工具插座是一个RS422口。上述两种通讯方法的连线通过适配器进行通讯

  用一台计算机可以和多台FP1进行通信,组成一个集散控制系统。每台FP1对各自的控制对象单独编程,独立实施控制;计算机对各台FP1进行监控,发出各种指令对PLC 进行数据的存取、打印,监视PLC 的工作状态,修改PLC 的设定值和经过值等等。计算机与多台PLC 连接时,需要配备C-NET 适配器,一台计算机最多可以连接32台PLC ,其连接方式如图5-19所示。

  松下电工的FP3和FP5是大、中型的可编程控制器系列。工作在这种方式下需使用特殊功能模块,如FP1可以通过I/O LINK 单元和Remote 单元与大、中型PLC(如FP3、FP5和FP10)进行通信,有关这些模块的使用方法参见FP3/5产品手册。图5-20是一个典型的远程I/O 控制系统连接示意图。

  FP1的相关外围设备有:智能终端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。

  在实现通讯之前,均需对选用的通讯方式、波特率等进行预先设置,都应符合松下电工公司专用的通讯协议,即MEWTOCOL-COM 标准协议。在FP1中与通讯有关的寄存器为No.410~No.413,要对这些寄存器进行正确的设定,详细内容参见手册。

  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:一是计算机与PLC之间的命令通信协议MEWTOCOL-COM;另一是PLC与PLC之间及PLC与计算机之间的数据传输协议MEWTOCOL-DATA。它是FP系列PLC网络设计的基础。

  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。这些局域网之间的通信单元内已配置好符合MEWTOCOL-DATA协议的通信软件,用户只需在用户程序中使用专用指令实现数据传输,而不需考虑MEWTOCOL-DATA协议的使用。

  FP1作为小型机具有多种特殊功能,这正是松下电工PLC的优势所在。本章主要介绍了脉冲输出、高速计数(HSC)、可调输入延时滤波、脉冲捕捉等特殊控制功能,以及A/D、D/A转换智能模块,最后,简单介绍了FP1的通信功能及有关概念。

  FP1的脉冲输出功能可输出频率范围为45Hz~5kHz的方波脉冲,并可根据需要设置频率范围、脉冲宽度等参数。将脉冲输出与高速计数功能结合在一起,还可用来实现速度及位置控制。

  高速计数功能采用了与扫描无关的计数方式,从而实现高速计数,最高计数频率可达10kHz,并提供了加计数、减计数、加/减计数和两相计数四种计数输入模式。

  PLC设置了可调输入延时滤波功能,可以把工作环境中的短暂的干扰脉冲滤除,大大提高了系统的抗干扰能力。此外,还可根据实际需要通过系统寄存器No.404~No.407调整延时时间,范围是1~128ms。

  由于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,这就会使发生在程序执行阶段、持续时间小于一个扫描周期的有用短信号被丢失。脉冲捕捉功能可以在任一时刻捕捉输入信号的变化,并在规定的时间内响应。

  A/D、D/A转换是实现工业控制的基本环节之一,FP1系列PLC可扩展一个4通道A/D 模块和两个2通道D/A模块。A/D的模拟量输入可以是电压信号,范围是0~5V、0~10V;也可以是电流信号,范围是0~20mA,输出的数字量范围是0~1000。D/A的情况与此类似。

  FP1可与计算机、大中型PLC(FP3/FP5)以及外围设备之间进行通信。利用这一功能,可以很方便地构成多级网络系统,极大地提高了工业控制的自动化程度。FP1采用的松下电工专用通信协议MEWTOCOL包括两个部分,一部分是计算机与PLC之间的命令通信协议MEWTOCOL-COM;另一部分是PLC与PLC之间及PLC与计算机之间的数据传输协议MEWTOCOL-DATA。