1、第七章第七章 FX2N的特殊功能模块和通信网络的特殊功能模块和通信网络 第一节第一节 FX2N的特殊功能模块的特殊功能模块 FX2N系列PLC配有多种特殊功能模块供用户选用，以适应不同场合控制的需要，这些功能模块的名称及型号(部分)见表7-1。名 称 型 号 名 称 型 号模拟量输入模块FX2N-2AD高速计数模块FX2N1HC模拟量输入模块FX2N-4AD脉冲发生器模块FX2N1PG模拟量输入模块FX2N8AD定位控制单元FX2N10GM温度输入模块FX2N-4AD-PT定位控制单元FX2N-20GM温度输入模块FX2N-4AD-TC通信接口FX2N-232-BD模拟量输出模块FX2N-2D
2、A通信接口FX2N-485-BD模拟量输出模块FX2N-4DA通信接口FX2N-422-BD温度控制模块FX2N-2LC接口模块FX2N-2321FRS-232C表7-1 FX2N特殊功能模块一、用于模拟量输入、输出处理模块一、用于模拟量输入、输出处理模块 (一)模拟量输入模块 FX2N2AD是2通道12位AD转换模块、FX2N-4AD是4通道12位AD转换模块、FX2N-8AD是8通道12位16位AD转换模块，根据外部接线需要和PLC功能指令对这些模块进行初始化设置。这3种AD转换器都是高精度模拟量输入模块，只要选择合适的传感器及前置放大器，就可以用于温度、压力、流量、速度、电流和电压等系统
3、模拟信号的监视与控制。这3种模拟量输入模块的技术指标见表7-2、表7-3、表7-4和表7-5。项 目 电压输入 电流输入 在装运时，对于DC010V的模拟电压输入，此单元调整的数字范围是04000。当使用FX2N2AD并通过电流输入或通过DC0-5V输入时，就有必要通过偏移值和增益量进行再调节 模拟输入范围 DC010V，DC0-5V(输入阻抗为200kfl)注意：当输入电压超过DC05V或+15V时，此单元有可能造成损坏 420mA(输入阻抗为25019,)注意：当输入电流超过2mA，+60mA时，此单元有可能造成损坏表7-2 FX2N-2AD性能指标 项 目 电压输入 电流输入 数字输出
4、12位 分辨率 2.5mY(10V4000)，125mV(5V4000)41xA(204)4000 集成精度 11(全范围010V)21(全范围4-20mA)处理时间 2.5ms1通道(顺序程序和同步)项 目 电 压 输 入 电 流 输 入 电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可同时使用4个输入点 模拟输入范围 DC10+10V(输入阻抗：200k12)注意：如果输入电压超过：15V，单元会被损坏 DC-20-20mA(输人阻抗：25012)注意：如果输入电流超过：32mA，单元会被损坏 数字输出 12位的转换结果以16位二进制补码方式存储 最大值：+2047，最小值：-2048 分
5、辨率 5mV(10V默认范围：12000)20p,A(20mA默认范围：11000)总体精度 11(对于10-10V的范围)11(对于2020mA的范围)转换速度 15ms通道(常速)，6ms通道(高速)表7-3 FX2N-4AD技术指标 项 目 电 压 输 入 电 流 输 入 模拟输入范围 DC10+10V(输入阻抗：200k11)在下列条件下可以进行调节：偏移值10+9V；增益值不大于10V “增益偏移”1V(固定分辨率)当使用了模拟值直接显示时，不允许修改 最大绝对输入：15V DC-20十20mA，DC十4十20mA(输入阻抗25011)下列条件下可以进行调节：偏移值-20+17mA；
6、增益值不大于30mA “增益偏移”3mA(固定分辨率)当使用了模拟值直接显示时，不允许修改 最大绝对输入：30mA 数字输出 有符号16位二进制 有符号16位二进制 分辨率063mV(20Vxl32000)25mr(20Vxl8000)250A(40mAxl6000)，在输入为-20+20mA期间500A(40mAxl8000)，在输入为-20+20mA期间200A(16mAxl8000)，在输入为+4+20mA期间400A(16mAxl4000)，在输入为+4+20mA期间 总精度 环境温度：25 15，全范围20V的：03(60mV)环境温度：0+55，全范围20V的05(i100mV)环
7、境温度：255，全范围40mA的03(120A)，+4+20mA输入时相同(120A)环境温度：0-+55，全范围40mA的105(200A)，输人为+4+20mA时是相同的(200A)表7-4 FX2N-8AD性能指标 项 目 电 压 输 入 电 流 输 入 转换速度如果只使用了电压输入和电流输入，500所用通道数目如果在1个或多个通道中使用热电偶作为电压电流输入通道：1ms所用通道数目热电偶输入通道：40ms所用通道数目(所用通道数目表示使用电压输入、电流输入或热电偶输入的所有通道的数目)绝缘方法 以光电耦合隔离模拟输入区和PLC。DCDC转换器将电源和模拟IO隔离。通道之间没有相互隔离点
8、用IO点数 8点(包括输入点数和输出点数)适用PLC FX0N、FX1N、FX2N或FX2NC系列PLC(要连接到FX2NC系列PLC，则需要FX2NCCNV-IP)内 存 EEPROM表7-4 FX2N-8AD性能指标 (续)项 目 K类热电偶 J类热电偶 T类热电偶 模拟输入范围 -100十1200 -148十2192F -100+600 -148十1112F -100十350 -148十662T 数字输出 带符号16位二进制 带符号16位二进制 带符号16位二进制 分 辨 率 01或01F 01或01F 01或01F 总 精 度 环境温度：055 全标尺范围(-100十1200-148+
9、2192T)的1 K类的01000321832F和J类的2560077600F，都是05表7-5 FX2N-8AD热电偶输出规格 (二)温度传感器模拟量输入模块FX2N-4AD-PT 该模块是4通道温度输入12位AD转换模块。模块的瞬时值与设定值等数据也可以用FROMTO指令读出或写入，该模块的技术指标见表76。项 目 摄 氏 度 华 氏 度 通过读取适当的缓冲区，可以得到和F两种可读数据 模拟输入信号 铂温度PT-100传感器(100)，3线，4通道(CHl，CH2，CH3，CH4)，3850PPM(DIN43760，JISC16041989)传感器电流 1mA：100PT-100 补偿范围
10、 -100十600 -148十1112 数字输出 -10006000 -1480+11120 12位转换11数据位+1符号位 最小可测温度 02-03 036-054F 总 精 度 全范围的i1(补偿范围)，参考第70节的特殊EMC考虑 转换速度 4通道15ms表7-6 FX2N-4AD-PT性能指标 (三)模拟量输出模块FX2N-4DA 该模块有4个输出通道。输出通道接收数字信号并转换成等价的模拟信号，故也称DA转换器。FX2N-4DA的主要技术指标见表7-7。二、模拟量输入输出模块的使用二、模拟量输入输出模块的使用 (一)模块的连接与编号 如图7-1所示，接在FX2，基本单元右边扩展总线上
11、的特殊功能模块(如模拟量输入模块FX2N-4AD、模拟量输出模块FX2N-2DA、温度传感器模拟量输入模块FX2N-2DA-PT等)，从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为07号。(二)缓冲寄存器(BFM)编号 特殊功能模块FX2N-4AD、FX2N-2DA的缓冲寄存器BFM，是FX2N-4AD、FX2N 2AD同PLC基本单元进行数据通信的区域，这一缓冲寄存器区由32个16位的寄存器组成，编号BFM#0#31。图71 功能模块连接(1)FX2N-4AD模拟BFM的分配表见表7-8。1)在BFM#0中写入十六进制4位数字H X X X X使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4，各
12、位数字的意义如下：X=0：设定输入范围-10+10V X=1：设定输入范围+4+20mA x=2：设定输入范围20+20mA X=3：关闭该通道 例如：BFM#0=H3310，则 CH1：设定输入范围-10+10V CH2：设定输入范围+4+20mA CH3、CH4：关闭该通道 2)输入的当前值送到BFM#912，输入的平均值送到BFM#58。3)各通道平均值取样次数分别由BFM#14来指定。4)当BFM#20被置1时，整个FX2N-4AD的设定值均恢复到默认设定值。5)若BFM#21的b1、b0分别置为(1，0)，则增益和零点的设定值禁止改动。6)在BFM#23和BFM#24内的增益和零点设
13、定值会被送到指定的输入通道的增益和零点寄存器中，需要调整的输入通道由BFM#22的C、O(增益零点)位的状态来指定。7)BFM#23和妮4中设定值以mV或A为单位，但受FX2N-4AD的分辨率影响，其实际响应以5reV201xA为步距。8)BFM#30中存的是特殊功能模块的识别码，PLC可用FROM指令读人。9)BFM#C29中各位的状态是FX-4AD运行正常与否的信息。(2)FX2N-2DA BFM分配见表7-9。通常在PLC由STOP转为RUN状态时将数据写入这些BFM中。当FX2N-2DA上电时，BFM的值被复位，恢复到其默认设定值。1)BFM#0)中的两位十六进制数是分别用来控制两通道
14、的输出模式，低位控制CH1，高位控制CH2。2)输出数据写在BFM#1和BFM#2 3)PLC由RUN转为STOP状态后，FX2。2DA的输出是保持最后的输出值还是回零点，则取决于BFM#5中的十六进制数值。4)当BFM#20被置1时，整个FX-2DA的设定值均恢复到默认设定值。5)若BFM#21的b1、b0置(1、0)，则增益和零点的调整值禁止改动。6)在BFM#23和BFM#24内的增益和零点设定值会被送到指定的输入通道的增益和零点寄存器中。7)BFM#23和#24中设定值以mV或A为单位，但受FX2N2DA的分辨率影响，其实 际影响应以5mV20A为步距。8)FX2N2DA的识别码为K3
15、010，存于BFM#30中。9)BFM#29中各位的状态是FX2N-2DA运行正常与否的信息。(三)零点增益的调整 FX2N-4AD和FX2N-2DA的零点和增益调整很方便，两种模块上均有零点、增益调整开关，可利用这些开关直接调整，也可通过TO指令改写相应BFM的值，调整零点和增益。(四)应用举例 例71图7-1中，FX2。-4AD模拟量输入模块连接在最靠近基本单元FX2。64MR的地方，仅开通CH1和CH2两个通道作为电压量输入通道。计算4次取样的平均值。结果存人PLC的数据寄存器DO和D1中。图7-2 例71的梯形图三、高速计数模块三、高速计数模块FX2N-1HC 该模块是2相50Hz的高
16、速计数器。FX2N-1HC的计数速度比FX2。系列PLC的内置高速计数器(2相30Hz、1相60Hz)的计数速度高，而且它可直接进行比较和输出。FX2N-1HC的计数器模式(1相还是2相、16位还是32位)可用PLC相关指令进行选择。FX2N-1HC的主要性能指标见表7-10。表7-10 FX2N-HC性能指标四、脉冲发生器模块四、脉冲发生器模块FX2N-1PG 该模块可以完成一个独立轴(不显示多轴之间的插补控制)的简单定位，这是通过向伺服或步进电动机的驱动放大器提供指定数量的脉冲(最大100kbits)来实现的。FX2N-1PG是为FX2NPLC的扩展而配置的，FX2N-1PG作为一个特殊的
17、时钟起作用，使用FROMTO指令与PLC进行数据传输。FX2N-1PG为需要高速响应和采用脉冲列输出的定位操作提供连接终端。在用FX2N-1PG作为定位控制时，往往接上数据存取单元(FX，10DU、FX-20DU、FX-25DU、FX-30DU、FX-40DU等)，用于设置显示定位数据。五、定位控制单元五、定位控制单元FX2N-20GM 该模块有时也叫脉冲序列输出单元，它使得步进电动机或伺服电动机通过驱动单元进行定位控制。FX2N-20GM的性能指标见表7-11。表7-11 FX2N-20GM性能指标表7-11 FX2N-20GM性能指标 (续)第二节第二节 FX2N的通信与网络的通信与网络
18、一、可编程序控制器通信网络一、可编程序控制器通信网络 (一一)通信方式通信方式 PLC联网的目的是在PLC间或者PLC与计算机之间进行通信，进行数据交换，所以，数据交换即通信方式必须明确。1.串行数据传送与并行数据传送 (1)串行数据传送 串行通信线路的工作方式又有单工通信、半双工通信、全双工通信三种形式。图7-4 是单工方式示意图，半双工通信，它允许两个方向传送数据，但不能同时传输，只能交替进行，如图75所示。允许两个方向同时进行数据传输的串行通信形式称全双工通信，如图7-6所示。图7-6 全双刀方式 2异步方式与同步方式 (1)异步方式 异步通信方式所采用的数据格式是由一组不定“位数”数组
19、组成。(2)同步方式 同步传送就是要在传送数据的同时还要传送时钟信号。接收方在接收数据，的同时也接收时钟信号，并依时钟给定的时刻采集数据。同步传送所使用的同步方法有多种，但其共同特点是：对一个字符，它不要起始、停止位，且系统较为复杂。(二二)通信访问控制协议通信访问控制协议 通信访问控制协议有多种，PLC用到的有下面三种。1具有冲突检测的多点数据通信方法(CSMACD)图7-7是争抢总线传输数据流程框图。2令牌(Token)方法 这是一种控制权分散的网络访问方法。所谓令牌，实质上是一个二进制代码，它依次在站间传送，一个站只有令牌，才能控制总线，也才有权传送数据，当传送数据完毕后，再把令牌向下传
20、。3令牌环(TokenRing)方法 该方法用于环形拓扑结构的网络，它靠令牌环传送控制 权，令牌也是循环地在各站点传送。(三三)网络拓扑结构网络拓扑结构 网络的拓扑结构是指各站点连接起来形成网络的形式。把两个站点通过通信接口和通信介质连起来的形式叫链接结构，比较简单。而多站点的联网形式有星形结构、总线结构和环形结构之分。1星形结构该结构有中心站点，网络上各站点都分别与中心站点连接。图7-8a是星形结构的示意图。2总线结构 这种结构靠总线实现各站点的连接，是集散控制系统(DCS)中常用的网络形式，如图78b所示。3环形结构 环形结构网络上的所有站点都通过点对点的链路连接构成封闭环，如图78c所示
21、。(四四)网络协议网络协议 PLC与计算机联网后要实现通信就要按规约进行，这些规约的综合就是网络协议。OSI的参考模型是一个多层次结构，七层的功能分别简述如下。1物理层 它是网络的最低层，规定了使用电路的类型、功能、电气特性，以及连接器的配置等。2数据链路层 它是建立在物理层之上的。规定了对各信息基本单元的封装格式，以便在站点间进行数据传送。3网络层 它在数据链路层之上，涉及到在信息传输过程中，如何高效地穿越网络路径的问题。4传输层 它在网络层提供的信道上，传送信息或根文，确保数据无差错、不丢失地依次传送。5会话层 它的主要作用是协调、同步对话，包括会话的初始化、执行及终止。6表示层 规定有关
22、代码、字符、语法及其他方面的转换，以确保信息能正确地表示。7应用层 是协议的最高层，它与用户的应用程序密切相关。图7-9为OSI的七层结构情况。图7-9的虚线表示站点间的虚拟通信，它可在同层间进行信息交换。但其通信是间接的，只有物理层才是实在的通信。二、可编程序控制器的典型网络二、可编程序控制器的典型网络 (一一)通信模块通信模块 大中型PLC中都配置数据通信模块，许多小型PLC也配置了通信接口。PLC的数据通信模块相当于局域网络的网络接口(又称结点)。编程器可直接插在通信模块上对其编程。每种PLC都不止一种数据通信模块。不同的通信模块中执行的通信协议不同，可连接的PLC的规格不同，可挂接的P
23、LC网络的层次、类型不同。(二二)典型网络结构典型网络结构 一个开放式自动化系统结构见图7-10。通常包含有三个网络层：即设备层、控制层及信息层。1设备层网络 设备层网络是基于现场总线技术的工业标准开放网络或PLC厂家各自推出的总线网络，用于提供低层工业装置(传感器、拖动装置、阀门等)与高层设备(计算机、PLC)之间的连接。2控制层网络 控制层网络是基于PLC工业网络和现场总线技术的开放或半开放网络。3信息层网络 信息层网络是以太网工业标准TCPIP网络，内置或侧挂具有TCPIP通信能力的处理器之间能进行对等通信，传输速率为10Mbits。(三三)典型网络介绍典型网络介绍 1PLC厂家典型通信
24、及网络产品介绍 (1)西门子公司 西门子公司的S5、S7系列PLC在各行业应用相当广泛，其网络产品也相当丰富，三层结构分述如下：1)工业以太网(1EEE8023和8023)，用于区域和单元联网的国际标准。2)Profibus(EN50170)，用于车间级和现场级的国际标准。3)AS-i接口(EN50295)，完成传感器、执行器与PLC之间的通信。(2)欧姆龙公司 欧姆龙(OMRON)公司的PLC网络也采用三层网络结构。1)信息层网络采用工业以太网(Ethernet)，支持TCPIP、UDPIP、FINS指令。2)控制层网络采用SYSMAC Link和ControllerLink两种.3)设备层
25、网络采用CompoBusD和CompoBuss。(3)AB公司 A-B公司的PLC网络产品结构也可归纳为三层结构。1)信息层采用以太网(Ethenrnet)，用于全厂的数据采集和程序维护，控制器互锁和报文传送。2)在控制层采用DH，用于PLC、操作员面板及编程器等的连接。3)在设备层采用设备网(Device Net)或远程I0链，用于底层设备的低成本、高效率信息集成。A-B公司一个典型的PLC网络控制系统如图7-11所示。(4)三菱电机公司 三菱电机公司PLC网络有主从式全PLC网络、MELSEC NET10网络、MELSEC NET和MELSEC NETB网络以及MELSEC NETMINI
26、-S3网络。2主从式全PLC网络 当一个控制系统全部选用同一厂家的PLC产品时，构成主从式全PLC网络是一种常见的PLC网络应用形式。(1)PLC的连接 三菱电机公司的A系列全PLC网络是通过AJ71C24通信模块连接在一起的。图712表示了它们之间的连接。若用N：N网络形式，通过FX485ADP通信模块连接在一起，主站和从站之间用RS-232C通信电缆连接在一起，从站和从站之间用RS422通信电缆连接，最多可以连接8个从站，主站和从站间最远距离为500m，图7-13表示了它们之间连接。(2)通信模块的设定 全PLC网络的组成必须通过通信模块连接，要使联网的PLC之间实现通信，必须对相关的通信
27、模块进行设置，使所有模块的下列参数符合规定。(3)通信程序的编制 众所周知，主从式PLC网络系统由主站发起通信，控制通信。(4)MELSEC-I/0通信网络 MELSEC-I/0通信网络是一种高速分布系统。系统结构见图714。它具有以下一些特点。1)无须附加 2)多达128个IO分布 3)高速IO 4)成本低廉，接线方便 3三菱专用PLC网络 目前，许多生产PLC的公司都推出了自己的专用PLC网络，这种专用的网络，只允许把自己公司的PLC及相关产品互联成网。(1)MELSEC NET10网络 MELSEC NET10是一种高速网络系统，它提供远远优于NELSEC NET网络系统的通信性能，系统
28、结构见图7-15。它具有以下特点。1)10Mbits传输速度 2)光缆或同轴电缆连接 3)高冗余 4)灵活性好 5)网络通信软元件大量增加 6)诊断功能 使用A1SJ71LP21和A1SJ71BRll MELSECNET10模块可以将任意的An SCPU模块挂接到网络系统中。可提供两种选择：光缆令牌环型网络(S1SJ71LP21)和同轴电缆令牌总线网络(A1SJ71BRll)。这两个专用网络模块的技术参数见表712。(2)MELSEC NET和MELSEC NETB网络 1)最多可连接32或65个站 在MELSEC NET系统中，每个网络可挂接一个主站和64个从站，能从125Mbits的传输速
29、度在PLC站之间传送大量的数据。MELSEC NET与MELSEC NETB的系统结构见图716。2)环路回送功能 MELSEC NET数据通信系统采用两个并行的电缆环路连接各PLC站。如果两个环路均断裂或者均脱接，在仍然连接的站之间，仍保持数据通信，如图7-17所示。3)通信检测及自动诊断功能 4)循环传输功能 5)数据通信性能 表7-13介绍了系统性能。6)MELSEC NET与MELSEC NETB的异同点 (2)MELSEC NETMINI-S3网络 MELSEC NETMINI-S3是一种高速的远程I0网络系统，系统结构见图7-18。MELSEC NETMINI-S3网络系统有下面一
30、些特点：1)最多512个远程IO点 2)MELSEC NETMINI-S3 I0模块 3)A2C IO模块 4)RS-232接口模块 5)AZ系列变频器和FX系列PLC FREQROL 6)操作终端 7)A1SJ71PT32-S3、A1SJ71T32S3主控模块 A1SJ71PT32-S3可以用在光缆系统中，也可以用在双绞线系统中，A1SJ71T32S3只可用在双绞线网络中，其性能指标表示在表7-14中。4以个人计算机作为操作站的PLC网络 (1)系统结构 以个人计算机为主站(上位机)、多台同型号的PLC为从站，可组成简易集散控制系统网络，这种系统有PLC控制的优点，也有计算机在数据处理和监控方面的优势，价廉物美，很适合中小型控制系统。这种系统的系统结构图如图7-19所示。在该系统中，通过FX485PLC-IP将串行口输出的R$-232C信号转换为BS485信号，支持全双工通信，上位机与从站连接只需一对通信线，如图7-20所示。(2)监控系统通信模式 以个人计算机作为操作站的PLC网络系统的监控系统通信模式常常采用主从式系统的RequestResponse存取控制方式，主动权在上位机。如果上位机要从从站读取信息，则以指令形式向该站询问，尽管所有站都可收到，但只有被主机点名的多站才响应主机指令。控制协议图解如图7-21所示。
