1、第七章 FX2N的特殊功能模塊和通信網絡 第一節 FX2N的特殊功能模塊 FX2N系列PLC配有多種特殊功能模塊供用戶選用，以適應不同場合控制的需要，這些功能模塊的名稱及型號(部分)見表7-1。 名 稱 型 號 名 稱 型 號模擬量輸入模塊FX2N-2AD高速計數模塊FX2N1HC模擬量輸入模塊FX2N-4AD脈沖發生器模塊FX2N1PG模擬量輸入模塊FX2N8AD定位控制單元FX2N10GM溫度輸入模塊FX2N-4AD-PT定位控制單元FX2N-20GM溫度輸入模塊FX2N-4AD-TC通信接口FX2N-232-BD模擬量輸出模塊FX2N-2DA通信接口FX2N-485-BD模擬量輸出模塊F

2、X2N-4DA通信接口FX2N-422-BD溫度控制模塊FX2N-2LC接口模塊FX2N-2321FRS-232C表7-1 FX2N特殊功能模塊一、用于模擬量輸入、輸出處理模塊 (一)模擬量輸入模塊 FX2N2AD是2通道12位AD轉換模塊、FX2N-4AD是4通道12位AD轉換模塊、FX2N-8AD是8通道12位16位AD轉換模塊，根據外部接線需要和PLC功能指令對這些模塊進行初始化設置。這3種AD轉換器都是高精度模擬量輸入模塊，只要選擇合適的傳感器及前置放大器，就可以用于溫度、壓力、流量、速度、電流和電壓等系統模擬信號的監視與控制。這3種模擬量輸入模塊的技術指標見表7-2、表7-3、表7-

3、4和表7-5。 項 目 電壓輸入 電流輸入 在裝運時，對于DC010V的模擬電壓輸入，此單元調整的數字范圍是04000。當使用FX2N2AD并通過電流輸入或通過DC0-5V輸入時，就有必要通過偏移值和增益量進行再調節 模擬輸入范圍 DC010V，DC0-5V(輸入阻抗為200kfl) 注意：當輸入電壓超過DC05V或+15V時，此單元有可能造成損壞 420mA(輸入阻抗為25019,) 注意：當輸入電流超過2mA， +60mA時，此單元有可能造成損壞表7-2 FX2N-2AD性能指標 項 目 電壓輸入 電流輸入 數字輸出 12位 分辨率 2.5mY(10V4000)，125mV(5V4000)

4、 41xA(204)4000 集成精度 11(全范圍010V) 21(全范圍4-20mA) 處理時間 2.5ms1通道(順序程序和同步) 項 目 電 壓 輸 入 電 流 輸 入 電壓或電流輸入的選擇基于對輸入端子的選擇，一次可同時使用4個輸入點 模擬輸入范圍 DC10+10V(輸入阻抗：200k12) 注意：如果輸入電壓超過：15V，單元會被損壞 DC-20-20mA(輸人阻抗：25012) 注意：如果輸入電流超過：32mA，單元會被損壞 數字輸出 12位的轉換結果以16位二進制補碼方式存儲 最大值：+2047，最小值：-2048 分辨率 5mV(10V默認范圍：12000) 20p,A(20

5、mA默認范圍：11000) 總體精度 11(對于10-10V的范圍) 11(對于2020mA的范圍) 轉換速度 15ms通道(常速)，6ms通道(高速)表7-3 FX2N-4AD技術指標 項 目 電 壓 輸 入 電 流 輸 入 模擬輸入范圍 DC10+10V(輸入阻抗：200k11) 在下列條件下可以進行調節： 偏移值10+9V；增益值不大于10V “增益偏移” 1V(固定分辨率) 當使用了模擬值直接顯示時，不允許修改 最大絕對輸入：15V DC-20十20mA，DC十4十20mA(輸入阻抗25011) 下列條件下可以進行調節： 偏移值-20+17mA；增益值不大于30mA “增益偏移”3mA

6、(固定分辨率) 當使用了模擬值直接顯示時，不允許修改 最大絕對輸入：30mA 數字輸出 有符號16位二進制 有符號16位二進制 分辨率063mV(20Vxl32000)25mr(20Vxl8000)250A(40mAxl6000)， 在輸入為-20+20mA期間500A(40mAxl8000)， 在輸入為-20+20mA期間200A(16mAxl8000)， 在輸入為+4+20mA期間400A(16mAxl4000)， 在輸入為+4+20mA期間 總精度 環境溫度：25 15， 全范圍20V的：03(60mV) 環境溫度：0+55， 全范圍20V的05(i100mV)環境溫度：255，全范圍4

7、0mA的03(120A)， +4+20mA輸入時相同(120A) 環境溫度：0-+55，全范圍40mA的105(200A)，輸人為+4+20mA時是相同的(200A)表7-4 FX2N-8AD性能指標 項 目 電 壓 輸 入 電 流 輸 入 轉換速度如果只使用了電壓輸入和電流輸入，500所用通道數目如果在1個或多個通道中使用熱電偶作為電壓電流輸入通道： 1ms所用通道數目熱電偶輸入通道：40ms所用通道數目(所用通道數目表示使用電壓輸入、電流輸入或熱電偶輸入的所有通道的數目) 絕緣方法 以光電耦合隔離模擬輸入區和PLC。DCDC轉換器將電源和模擬IO隔離。通道之間沒有相互隔離點用IO點數 8點

8、(包括輸入點數和輸出點數) 適用PLC FX0N、FX1N、FX2N或FX2NC系列PLC(要連接到FX2NC系列PLC，則需要FX2NCCNV-IP) 內 存 EEPROM表7-4 FX2N-8AD性能指標 (續) 項 目 K類熱電偶 J類熱電偶 T類熱電偶 模擬輸入范圍 -100十1200 -148十2192F -100+600 -148十1112F -100十350 -148十662T 數字輸出 帶符號16位二進制 帶符號16位二進制 帶符號16位二進制 分 辨 率 01或01F 01或01F 01或01F 總 精 度 環境溫度：055 全標尺范圍(-100十1200-148+2192T

9、)的1 K類的01000321832F和J類的2560077600F，都是05表7-5 FX2N-8AD熱電偶輸出規格 (二)溫度傳感器模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT 該模塊是4通道溫度輸入12位AD轉換模塊。模塊的瞬時值與設定值等數據也可以用FROMTO指令讀出或寫入，該模塊的技術指標見表76。 項 目 攝 氏 度 華 氏 度 通過讀取適當的緩沖區，可以得到和F兩種可讀數據 模擬輸入信號 鉑溫度PT-100傳感器(100)，3線，4通道(CHl，CH2，CH3，CH4)，3850PPM(DIN43760，JISC16041989) 傳感器電流 1mA：100PT-100 補償范圍 -1

10、00十600 -148十1112 數字輸出 -10006000 -1480+11120 12位轉換11數據位+1符號位 最小可測溫度 02-03 036-054F 總 精 度 全范圍的i1(補償范圍)，參考第70節的特殊EMC考慮 轉換速度 4通道15ms表7-6 FX2N-4AD-PT性能指標 (三)模擬量輸出模塊FX2N-4DA 該模塊有4個輸出通道。輸出通道接收數字信號并轉換成等價的模擬信號，故也稱DA轉換器。 FX2N-4DA的主要技術指標見表7-7。 二、模擬量輸入輸出模塊的使用 (一)模塊的連接與編號 如圖7-1所示，接在FX2，基本單元右邊擴展總線上的特殊功能模塊(如模擬量輸入模

11、塊FX2N-4AD、模擬量輸出模塊FX2N-2DA、溫度傳感器模擬量輸入模塊FX2N-2DA-PT等)，從最靠近基本單元的那一個開始順次編為07號。 (二)緩沖寄存器(BFM)編號 特殊功能模塊FX2N -4AD、FX2N-2DA的緩沖寄存器BFM，是FX2N-4AD、FX2N 2AD同PLC基本單元進行數據通信的區域，這一緩沖寄存器區由32個16位的寄存器組成，編號BFM#0#31。圖71 功能模塊連接(1)FX2N-4AD模擬BFM的分配表見表7-8。 1)在BFM#0中寫入十六進制4位數字H X X X X使各通道初始化，最低位數字控制通道1，最高位控制通道4，各位數字的意義如下： X=

12、0：設定輸入范圍-10+10V X=1：設定輸入范圍+4+20mA x=2：設定輸入范圍20+20mA X=3：關閉該通道 例如：BFM#0=H3310，則 CH1：設定輸入范圍-10+10V CH2：設定輸入范圍+4+20mA CH3、CH4：關閉該通道 2)輸入的當前值送到BFM#912，輸入的平均值送到BFM#58。 3)各通道平均值取樣次數分別由BFM#14來指定。 4)當BFM#20被置1時，整個FX2N-4AD的設定值均恢復到默認設定值。 5)若BFM#21的b1、b0分別置為(1，0)，則增益和零點的設定值禁止改動。 6)在BFM#23和BFM#24內的增益和零點設定值會被送到指

13、定的輸入通道的增益和零點寄存器中，需要調整的輸入通道由BFM#22的C、O(增益零點)位的狀態來指定。 7)BFM#23和妮4中設定值以mV或A為單位，但受FX2N-4AD的分辨率影響，其實際響應以5reV201xA為步距。 8)BFM#30中存的是特殊功能模塊的識別碼，PLC可用FROM指令讀人。 9)BFM#C29中各位的狀態是FX-4AD運行正常與否的信息。(2)FX2N-2DA BFM分配見表7-9。 通常在PLC由STOP轉為RUN狀態時將數據寫入這些BFM中。當FX2N-2DA上電時，BFM的值被復位，恢復到其默認設定值。 1)BFM#0)中的兩位十六進制數是分別用來控制兩通道的輸

14、出模式，低位控制CH1，高位控制CH2。 2)輸出數據寫在BFM#1和BFM#2 3)PLC由RUN轉為STOP狀態后，FX2。2DA的輸出是保持最后的輸出值還是回零點，則取決于BFM#5中的十六進制數值。 4)當BFM#20被置1時，整個FX-2DA的設定值均恢復到默認設定值。 5)若BFM#21的b1、b0置(1、0)，則增益和零點的調整值禁止改動。 6)在BFM#23和BFM#24內的增益和零點設定值會被送到指定的輸入通道的增益和零點寄存器中。 7)BFM#23和#24中設定值以mV或A為單位，但受FX2N2DA的分辨率影響，其實 際影響應以5mV20A為步距。 8)FX2N2DA的識別

15、碼為K3010，存于BFM#30中。 9)BFM#29中各位的狀態是FX2N-2DA運行正常與否的信息。 (三)零點增益的調整 FX2N-4AD和FX2N-2DA的零點和增益調整很方便，兩種模塊上均有零點、增益調整開關，可利用這些開關直接調整，也可通過TO指令改寫相應BFM的值，調整零點和增益。 (四)應用舉例 例71圖7-1中，FX2。-4AD模擬量輸入模塊連接在最靠近基本單元FX2。64MR的地方，僅開通CH1和CH2兩個通道作為電壓量輸入通道。計算4次取樣的平均值。結果存人PLC的數據寄存器DO和D1中。 圖7-2 例71的梯形圖三、高速計數模塊FX2N-1HC 該模塊是2相50Hz的高

16、速計數器。FX2N-1HC的計數速度比FX2。系列PLC的內置高速計數器(2相30Hz、1相60Hz)的計數速度高，而且它可直接進行比較和輸出。FX2N-1HC的計數器模式(1相還是2相、16位還是32位)可用PLC相關指令進行選擇。 FX2N-1HC的主要性能指標見表7-10。表7-10 FX2N-HC性能指標四、脈沖發生器模塊FX2N-1PG 該模塊可以完成一個獨立軸(不顯示多軸之間的插補控制)的簡單定位，這是通過向伺服或步進電動機的驅動放大器提供指定數量的脈沖(最大100kbits)來實現的。 FX2N-1PG是為FX2NPLC的擴展而配置的，FX2N-1PG作為一個特殊的時鐘起作用，使

17、用FROMTO指令與PLC進行數據傳輸。 FX2N-1PG為需要高速響應和采用脈沖列輸出的定位操作提供連接終端。 在用FX2N-1PG作為定位控制時，往往接上數據存取單元(FX，10DU、FX-20DU、FX-25DU、FX-30DU、FX-40DU等)，用于設置顯示定位數據。五、定位控制單元FX2N-20GM 該模塊有時也叫脈沖序列輸出單元，它使得步進電動機或伺服電動機通過驅動單元進行定位控制。 FX2N-20GM的性能指標見表7-11。表7-11 FX2N-20GM性能指標表7-11 FX2N-20GM性能指標 (續) 第二節 FX2N的通信與網絡 一、可編程序控制器通信網絡 (一)通信方

18、式 PLC聯網的目的是在PLC間或者PLC與計算機之間進行通信，進行數據交換，所以，數據交換即通信方式必須明確。 1.串行數據傳送與并行數據傳送 (1)串行數據傳送 串行通信線路的工作方式又有單工通信、半雙工通信、全雙工通信三種形式。 圖7-4 是單工方式示意圖， 半雙工通信，它允許兩個方向傳送數據，但不能同時傳輸，只能交替進行，如圖75所示。 允許兩個方向同時進行數據傳輸的串行通信形式稱全雙工通信，如圖7-6所示。圖7-6 全雙刀方式 2異步方式與同步方式 (1)異步方式 異步通信方式所采用的數據格式是由一組不定“位數”數組組成。 (2)同步方式 同步傳送就是要在傳送數據的同時還要傳送時鐘信

19、號。接收方在接收數據，的同時也接收時鐘信號，并依時鐘給定的時刻采集數據。 同步傳送所使用的同步方法有多種，但其共同特點是：對一個字符，它不要起始、停止位，且系統較為復雜。 (二)通信訪問控制協議 通信訪問控制協議有多種，PLC用到的有下面三種。 1具有沖突檢測的多點數據通信方法(CSMACD) 圖7-7是爭搶總線傳輸數據流程框圖。 2令牌(Token)方法 這是一種控制權分散的網絡訪問方法。所謂令牌，實質上是一個二進制代碼，它依次在站間傳送，一個站只有令牌，才能控制總線，也才有權傳送數據，當傳送數據完畢后，再把令牌向下傳。 3令牌環(TokenRing)方法 該方法用于環形拓撲結構的網絡，它靠

20、令牌環傳送控制 權，令牌也是循環地在各站點傳送。 (三)網絡拓撲結構 網絡的拓撲結構是指各站點連接起來形成網絡的形式。把兩個站點通過通信接口和通信介質連起來的形式叫鏈接結構，比較簡單。而多站點的聯網形式有星形結構、總線結構和環形結構之分。 1星形結構該結構有中心站點，網絡上各站點都分別與中心站點連接。圖7-8a是星形結構的示意圖。 2總線結構 這種結構靠總線實現各站點的連接，是集散控制系統(DCS)中常用的網絡形式，如圖78b所示。 3環形結構 環形結構網絡上的所有站點都通過點對點的鏈路連接構成封閉環，如圖78c所示。 (四)網絡協議 PLC與計算機聯網后要實現通信就要按規約進行，這些規約的綜

21、合就是網絡協議。 OSI的參考模型是一個多層次結構，七層的功能分別簡述如下。 1物理層 它是網絡的最低層，規定了使用電路的類型、功能、電氣特性，以及連接器的配置等。 2數據鏈路層 它是建立在物理層之上的。規定了對各信息基本單元的封裝格式，以便在站點間進行數據傳送。 3網絡層 它在數據鏈路層之上，涉及到在信息傳輸過程中，如何高效地穿越網絡路徑的問題。 4傳輸層 它在網絡層提供的信道上，傳送信息或根文，確保數據無差錯、不丟失地依次傳送。 5會話層 它的主要作用是協調、同步對話，包括會話的初始化、執行及終止。 6表示層 規定有關代碼、字符、語法及其他方面的轉換，以確保信息能正確地表示。 7應用層 是

22、協議的最高層，它與用戶的應用程序密切相關。 圖7-9為OSI的七層結構情況。圖7-9的虛線表示站點間的虛擬通信，它可在同層間進行信息交換。但其通信是間接的，只有物理層才是實在的通信。 二、可編程序控制器的典型網絡 (一)通信模塊 大中型PLC中都配置數據通信模塊，許多小型PLC也配置了通信接口。PLC的數據通信模塊相當于局域網絡的網絡接口(又稱結點)。編程器可直接插在通信模塊上對其編程。每種PLC都不止一種數據通信模塊。不同的通信模塊中執行的通信協議不同，可連接的PLC的規格不同，可掛接的PLC網絡的層次、類型不同。 (二)典型網絡結構 一個開放式自動化系統結構見圖7-10。通常包含有三個網絡

23、層：即設備層、控制層及信息層。 1設備層網絡 設備層網絡是基于現場總線技術的工業標準開放網絡或PLC廠家各自推出的總線網絡，用于提供低層工業裝置(傳感器、拖動裝置、閥門等)與高層設備(計算機、PLC)之間的連接。 2控制層網絡 控制層網絡是基于PLC工業網絡和現場總線技術的開放或半開放網絡。 3信息層網絡 信息層網絡是以太網工業標準TCPIP網絡，內置或側掛具有TCPIP通信能力的處理器之間能進行對等通信，傳輸速率為10Mbits。 (三)典型網絡介紹 1PLC廠家典型通信及網絡產品介紹 (1)西門子公司 西門子公司的S5、S7系列PLC在各行業應用相當廣泛，其網絡產品也相當豐富，三層結構分述

24、如下： 1)工業以太網(1EEE8023和8023)，用于區域和單元聯網的國際標準。 2)Profibus(EN50170)，用于車間級和現場級的國際標準。 3)AS-i接口(EN50295)，完成傳感器、執行器與PLC之間的通信。 (2)歐姆龍公司 歐姆龍(OMRON)公司的PLC網絡也采用三層網絡結構。 1)信息層網絡采用工業以太網(Ethernet)，支持TCPIP、UDPIP、FINS指令。 2)控制層網絡采用SYSMAC Link和ControllerLink兩種. 3)設備層網絡采用CompoBusD和CompoBuss。 (3)AB公司 A-B公司的PLC網絡產品結構也可歸納為三

25、層結構。 1)信息層采用以太網(Ethenrnet)，用于全廠的數據采集和程序維護，控制器互鎖和報文傳送。 2)在控制層采用DH，用于PLC、操作員面板及編程器等的連接。 3)在設備層采用設備網(Device Net)或遠程I0鏈，用于底層設備的低成本、高效率信息集成。 A-B公司一個典型的PLC網絡控制系統如圖7-11所示。 (4)三菱電機公司 三菱電機公司PLC網絡有主從式全PLC網絡、MELSEC NET10網絡、MELSEC NET和MELSEC NETB網絡以及MELSEC NETMINI-S3網絡。 2主從式全PLC網絡 當一個控制系統全部選用同一廠家的PLC產品時，構成主從式全P

26、LC網絡是一種常見的PLC網絡應用形式。 (1)PLC的連接 三菱電機公司的A系列全PLC網絡是通過AJ71C24通信模塊連接在一起的。圖712表示了它們之間的連接。 若用N：N網絡形式，通過FX485ADP通信模塊連接在一起，主站和從站之間用RS-232C通信電纜連接在一起，從站和從站之間用RS422通信電纜連接，最多可以連接8個從站，主站和從站間最遠距離為500m，圖7-13表示了它們之間連接。 (2)通信模塊的設定 全PLC網絡的組成必須通過通信模塊連接，要使聯網的PLC之間實現通信，必須對相關的通信模塊進行設置，使所有模塊的下列參數符合規定。 (3)通信程序的編制 眾所周知，主從式PL

27、C網絡系統由主站發起通信，控制通信。 (4)MELSEC-I/0通信網絡 MELSEC-I/0通信網絡是一種高速分布系統。系統結構見圖714。它具有以下一些特點。 1)無須附加 2)多達128個IO分布 3)高速IO 4)成本低廉，接線方便 3三菱專用PLC網絡 目前，許多生產PLC的公司都推出了自己的專用PLC網絡，這種專用的網絡，只允許把自己公司的PLC及相關產品互聯成網。 (1)MELSEC NET10網絡 MELSEC NET10是一種高速網絡系統，它提供遠遠優于NELSEC NET網絡系統的通信性能，系統結構見圖7-15。它具有以下特點。 1)10Mbits傳輸速度 2)光纜或同軸電纜連接 3)高冗余 4)靈活性好 5)網絡通信軟元件大量增加 6)診斷功能 使用A1SJ71LP21和A1SJ71BRll MELSECNET10模塊可以將任意的An SCPU模塊掛接到網絡系統中。可提供兩種選擇：光纜令牌環型網絡(S1SJ71LP21)和同軸電纜令牌總線網絡(A1SJ71BRll)。這兩個專用網絡模塊的技術參數見表712。(2)MELSEC NET和MELSEC NETB網絡 1)最多可連接32或65個站