可編程控制器技術(第三版)——任務十PLC實現模擬量控制主編何瓊任務十PLC實現模擬量控制

任務目標任務描述任務實施任務檢查與評價知識鏈接鞏固與拓展

任務目標（1）掌握特殊功能模塊及相關指令的應用；（2）學會使用模擬量輸入模塊；（3）學會使用模擬量輸出模塊。任務描述任務內容

在電氣控制中，存在大量的開關量，用PLC的基本單元就可以直接控制，但也常常要對一些模擬量（如壓力、溫度、濕度、光照度、流量等）進行控制。利用FX3U-4AD模塊讀取變送器的4-20mA的模擬量信號并將其轉換為數字量傳給PLC，再利用FX3U-4DA模塊將PLC輸出的數字量轉換為0-10V的模擬量信號。實施條件

校內教學做一體化教室，PLC實訓裝置（含FX3U-48MR或FX2N-48MRPLC基本單元)，FX3U-4AD模擬量輸入模塊，FX3U-4DA模擬量輸出模塊，個人計算機（已安裝GXWorks2編程軟件），導線及工具若干.任務實施步驟一準備工作；步驟二讀懂控制要求；步驟三設計PLC控制I/O分配表；步驟四畫出I/O硬件接線圖；步驟五設計任務程序步驟六上傳程序步驟七運行程序，整體調試步驟八整理技術文件

任務檢查與評價一級指標比例二級指標比例得分電路設計及接線20%1.I/O地址分配5%

2.設計硬件接線圖5%

3.元件的選擇5%

4.接線情況5%

程序設計與輸入40%1.程序設計20%

2.指令的使用5%

3.編程軟件使用5%

4.程序輸入與下載10%

系統整體運行調試30%1.正確通電5%

2.系統模擬調試10%

3.故障排除15%

職業素養與職業規范10%1.設備操作規范性2%

2.材料利用效率，接線及材料損耗2%

3.工具、儀器、儀表使用情況2%

4.現場安全、文明情況2%

5.團隊分工協作情況2%

總計100%知識鏈接一、FX系列模擬量控制概述

控制系統中有兩個常見的術語，模擬量和開關量。不論輸入還是輸出，要么是開關量，要么就是模擬量。

開關量:該物理量只有兩種狀態，如開關的導通和斷開的狀態，繼電器的閉合和斷開，電磁閥的通和斷等。開關量分為輸入開關量和輸出開關量，前面任務所學均為開關量控制。

模擬量：控制系統量的大小是一個在一定范圍內變化的連續數值，比如溫度、壓力、流量、液位和電動閥門開度等，這些量都是模擬量。模擬量也有輸入和輸出之分，一般輸入的模擬量用作反饋監視或者控制計算，輸出模擬量一般用于控制輸出。

二、三菱FX系列的模擬量控制模塊

三菱FX系列的模擬量控制有模擬量輸入（電壓/電流輸入）、模擬量輸出（電壓/電流輸出）、溫度變送器輸入等。用FX系列PLC進行模擬量控制時，需要模擬量輸入輸出產品，有功能擴展板、特殊適配器和特殊功能模塊三種。1.特殊擴展板模擬量功能特殊擴展板使用特殊軟元件與PLC進行數據交換。2.特殊適配器模擬量特殊適配器使用特殊軟元件與PLC進行數據交換。特殊適配器連接在FX3UPLC的左側，連接特殊適配器時，需要特殊功能擴展板，最多可以連接4臺模擬量特殊功能適配器。知識鏈接3.特殊功能模塊特殊功能模塊是為了實現某種特殊功能，如A/D轉換、D/A轉換、高速輸入、脈沖輸出定位、通信等模塊。特殊功能模塊中都含有緩沖存儲器BFM，用來對特殊功能模塊進行設置并存儲外部寫入獲取的數據以及向外部輸出的數據。BFM緩沖存儲器類似于PLC的D數據寄存器。特殊功能模塊連接在FX3UPLC右側，最多可以連接8臺特殊功能模塊，特殊功能模塊使用緩沖存儲器BFM與PLC進行數據交換。知識鏈接圖10-1FX3UPLC與特殊功能模塊的連接知識鏈接三、三菱FX系列的模擬量控制模塊

PLC與特殊功能模塊交換數據都是通過特殊功能模塊的緩沖寄存器BFM來完成的。FX3UPLC對BFM的讀出、寫入方法有直接指定和使用指令兩種。1．BFM的直接指定U□\G□

U□表示模塊單元號No.，為0～7，G□表示BFM編號，為0～32766；

知識鏈接圖10-2BFM直接指定示例11．BFM的直接指定U□\G□知識鏈接圖10-3BFM直接指定示例2圖10-4BFM直接指定示例32．BFM的使用指令BFM的使用指令包括讀出指令和寫入指令兩種。（1）BFM讀出指令FROM

知識鏈接圖10-5BFMFROM指令助記符功能操作數（括號內表示FX3U有，FX2N無）程序步m1m2D(?)nFROMFNC78讀特殊功能模塊從模擬量模塊讀取相應數據D、（R）、K、HD、（R）、K、HKnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z、（R）D、（R）、K、HFROM、FROMP：9步DFROM、DFROMP：17步（2）BFM寫入指令TO

知識鏈接圖10-6BFMTO指令助記符功能操作數（括號內表示FX3U有，FX2N無）程序步m1m2S(?)nTOFNC79寫特殊功能模塊向模擬量模塊寫入數據或命令D、（R）、K、HD、（R）、K、HKnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z、（R）D、（R）、K、HTO、TOP：9步DTO、DTOP：17步四、FX3U-4AD模擬量輸入模塊知識鏈接1.FX3U-4AD的功能概要FX3U-4AD連接在FX3U系列PLC上，也可連接在FX3G、X3UC系列PLC上，是獲取4通道的電壓/電流數據的模擬量特殊功能模塊。其功能如下：（1）在PLC上最多可以連接8臺(包括其它特殊功能模塊的連接臺數)。（2)

可以對各通道指定電壓輸入、電流輸入。（3）A/D轉換值保存在FX3U-4AD的緩沖存儲區(BFM)中。（4）通過數字濾波器的設定，可以讀取穩定的A/D轉換值。（5）各通道中，最多可以存儲1700次A/D轉換值的歷史記錄。知識鏈接2.FX3U-4AD的接線（1）端子排列通道2模擬量輸入接地端子通道1模擬量輸入通道4模擬量輸入通道3模擬量輸入DC24V電源圖10-7

FX3U-4AD的接線知識鏈接（2）模擬量輸入接線1.電流輸入時，V+端子和I+端子短接。2.電壓輸入時，將信號的+、-極分別于模塊的V+和VI-相連。3.輸入電壓有電壓波動或外部接線上有噪聲時，并聯0.1~0.47uF/25V的電容。圖10-8

FX3U-4AD模擬量輸入接線知識鏈接（3）連接PLC時的電源接線圖10-9

FX3U-4AD的電源接線3.FX3U-4AD的BFM分配知識鏈接BFM編號內容備注#0指定通道ch1～ch4的輸入模式可停電保持，出廠時為H0000#1不使用—#2～#5通道ch1～ch4的平均采樣次數，設定范圍為1～4095初始值為K1#6～#9通道ch1～ch4的濾波采樣時間，設定范圍0～1600初始值為K0#10～#13通道ch1～ch4數據（及時或平均值數據），采樣次數設定為1或以下數據為及時數據—#19設定變更或禁止，K2080允許，其他數值禁止出廠時為K2080#20初始化功能，用K1初始化。初始化結束后，自動變為K0初始值為K0#21輸入特性寫入，偏置/增益值寫入結束后，自動變為H0000初始值為H0000#22便利功能設置，便利功能：自動發送功能、數據加法運算、上下限值檢測、突變檢測、峰值保持出廠時為H0000#30模塊代碼K2080初始值為K2080#41～#44ch1～ch4輸入通道偏移設置（mV或μA）出廠時為K0#51～#54ch1～ch4輸入通道增益設置（mV或μA）出廠時為K5000#61～#64ch1～ch4加法運算數據，設置范圍-16000～+16000初始值為K0知識鏈接BFM＃0輸入模式的指定，用于設定通道ch1～ch4的輸入模式。輸入模式的指定采用4位數的十六進制碼，對各位分配各通道的編號，如圖10-15所示。通過在各位中設定0～F的數值，可以改變輸入模式。

設定值（HEX）輸入模式模擬量輸入范圍數量輸出范圍0電壓輸入模式-10～+10V-32000～+320001電壓輸入模式-10～+10V-4000～+40002電壓輸入模式-10～+10V-10000～+100003電流輸入模式4～20mA0～160004電流輸入模式4～20mA0～40005電流輸入模式4～20mA4000～200006電流輸入模式-20～+20mA-16000～+160007電流輸入模式-20～+20mA-4000～+40008電流輸入模式-20～+20mA-20000～+200009～E不可以設定——F通道不使用——知識鏈接4、FX3U-4AD基本程序示例

FX3UPLC上連接了FX3U-4AD（單元號0），輸入模式設定通道ch1、ch2模式為0，通道ch3、ch4模式為3，設定通道ch1～ch4平均次數為10次，數值濾波器功能無效（初始值）。分配軟元件D0～D3對應通道ch1～ch4的A/D轉換數字值。圖10-10FX3U-4AD示例程序1知識鏈接圖10-11FX3U-4AD示例程序2知識鏈接四、FX3U-4DA模擬量輸出模塊1.FX3U-4DA功能概要

FX3U-4DA連接在FX3U系列PLC上，也可以連接在FX3UC、FX3G系列PLC上，是將來自PLC的4個通道的數字值轉換成模擬量值(電壓/電流)并輸出的模擬量特殊功能模塊。（1)在PLC上最多可以連接8臺(包括其它特殊功能模塊的連接臺數)。（2)可以對各通道指定電壓輸出、電流輸出。（3)將FX3U-4DA的緩沖存儲器(BFM)中保存的數字值轉換成模擬量值(電壓、電流)，并輸出。（4)可以用數據表格的方式，預先對決定好的輸出形式做設定，然后根據該數據表格進行模擬量輸出。知識鏈接2.FX3U-4DA的接線（1）端子排列圖10-12

FX3U-4DA的接線知識鏈接（2）模擬量輸出接線圖10-13

FX3U-4DA模擬量輸出接線（1）連接的基本單元為FX3G或FX3UPLC(AC電源型)時，可以使用DC24V供給電源。（2）請不要對·端子接線。（3）模擬量的輸出線使用2芯的屏蔽雙絞電纜，與動力線或者易于受感應的線分開布線。（4）輸出電壓有噪音或者波動時，請在信號接收側附近連接0.1～0.47μF25V的電容。（5）請將屏蔽線在信號接收側進行單側接地。知識鏈接3.FX3U-4DA的BFM分配BFM編號內容備注#0指定通道ch1～ch4的輸出模式可停電保持，出廠時為H0000#1～#4通道ch1～ch4的輸出數據初始值為K0#5當PLC為STOP時的輸出設定初始值為H0000#6輸出狀態初始值為H0000#9通道ch1～ch4的偏移、增益設定值的寫入指令初始值為H0000#10～#13通道ch1～ch4的偏移數據（mV或μA）根據模式而定#14～#17通道ch1～ch4的增益數據（mV或μA）根據模式而定#19設定變更或禁止，K3030允許，其他數值禁止出廠時為K3030#20初始化功能，用K1初始化。初始化結束后，自動變為K0初始值為K0#28斷線檢測狀態（僅在電流輸出模式有效）—#29出錯狀態初始值為H0000#32～#35通道ch1～ch4在PLC為STOP時的輸出數據初始值為K0#41～#44通道ch1～ch4下限值初始值為K-32640#45～#48通道ch1～ch4上限值初始值為K32640#60狀態自動傳送功能的設置初始值為K0#81～#84通道ch1～ch4的輸出形式（K1～K10）初始值為K1知識鏈接BFM＃0輸出模式的指定，用于設定通道ch1～ch4的輸出模式。輸出模式的指定采用4位數的十六進制碼，對各位分配各通道的編號，如圖10-20所示。通過在各位中設定0～4、F的數值，可以改變輸出模式。設定值（HEX）輸出模式模擬量輸出范圍數量輸入范圍0電壓輸出模式-10～+10V-32000～+320001電壓輸出模擬量值mV指定模式-10～+10V-10000～+100002電流輸出模式0～20mA0～320003電流輸出模式4～20mA0～320004電流輸出模擬量值μA指定模式0～20mA0