模拟量输入模块课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1 PLC,的硬件结构,2.1.1 PLC,的物理结构,2.1.2 CPU,模块与存储器,2.1.3,输入模块,2.1.4,输出模块,2.1 PLC的硬件结构2.1.1 PLC的物理结构,整体式,模块式,2.1.1,PLC,的物理结构,整体式,模块式,2.1.1 PLC的物理结构整体式模块式,1,整体式,PLC,小型PLC一般属此结构,有基本单元和扩展单元之分,基本单元：有CPU模块、I/O模块和电源,扩展单元：有I/O模块和电源,选择有关单元，满足不同要求。,1整体式PLC小型PLC一般属此结构,2,模块式,PLC,大、中型,PLC,一般用模块式结构。,用户可以选用不同档次的,CPU,模块、品种繁多的,I/O,模块和特殊功能模块。,2模块式PLC大、中型PLC一般用模块式结构。,CPU,模块主要由,CPU,芯片和存储器组成。,CPU,模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；,存储器用来储存程序和数据。,2.1.2 CPU,模块,CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。,1,CPU,芯片,(1),通用微处理器，如,Intel,公司的,8086,，,80186,到,Pentium,系列芯片；,(2),单片微处理器,(,单片机,),，如,Intel,公司的,MCS51/96,系列单片机,;,(3),位片式微处理器，如,AMD2900,系列位片式微处理器。,1CPU芯片(1)通用微处理器，如Intel公司的8086,2,存储器,存储器分为,RAM,和,ROM,。,ROM,一般用于存储系统程序。,RAM,一般用于存储用户程序。,其容量一般以字为单位，三菱的,FX,系列称为步,(Step,，即字,),。小型的容量在,1K,字左右，大型的可达数,M(,兆,),字。,2存储器存储器分为RAM和ROM。,1.,开关量,I/O,模块的外部接线方式,汇点式,各个,I/O,电路有一个公共点，共用一个电源。,分组式,I/O,分成若干组，每组,I/O,共用一个电源，各组电源可以不同。,分割式,各个,I/O,点之间相互隔离，每个,I/O,可以使用独立电源。,2.1.3,输入,/,输出模块,1. 开关量I/O模块的外部接线方式汇点式2.1.3,直流输入电路图,输入接口作用：,将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,2.,开关量输入模块,直流输入电路图输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的,交流输入电路图,交流输入电路图,3.,开关量输出模块,继电器输出：,低速大功率,直流、交流负载（隔离、功率放大）,晶体管集电极输出：,高速小功率,直流负载,双向可控硅输出：,高速大功率,交流负载,输出接口作用：,将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,3. 开关量输出模块继电器输出：低速大功率输出接口作用：将,继电器输出,输出接口电路,以,继电器形式为例,PLC,内,部,电,路,内,部,电,路,J,+,交流电源或直流电源,Y,COM,-,继电器输出输出接口电路以继电器形式为例PLC内内J+交流电源,继电器输出电路,继电器输出电路,晶体管输出电路,晶体管输出电路,4.,模拟量输入模块（,A/D,、,AI,）,A/D,作用,：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号,010mA,、,420mA,、,15VDC,等转化为计算机可以处理的数字信号,变送器：,温度变送器,压力变送器,流量变送器,液位变送器,成分分析仪,传感器：,Pt100,Cu50,热电偶,现场仪表模拟信号,4,20mA,0,10mA,1,5VDC,mV,、,模数转换,(A/D,、,AI),端口,(,地址,),数字信号,0,4095,0,1023,CPU,数字信号,0,4095,0,1023,工程化转换,工程量,0,100,?,?kPa,软件实现,检测仪表,硬件滤波,如：,RC,滤波,软件滤波,如：中值滤波,软件,RC,滤波,4. 模拟量输入模块（A/D、AI）A/D作用：将现场仪表,A/D,组成,：一般是由,多路转换开关,、,前置放大器,、,采样保持器,、,ADC,（,Analog to Digital Converter,）,等组成,前置放大,采样保持,内、外,补偿,多路,转换,ADC,光电,隔离,数据,驱动,锁存,数据,总线,控制单元,控制,总线,输入信号,1,输入信号,n,A/D,转换通常有二种方式：,逐次比较型,双积分型,A/D组成：一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持器、A,A/D,转换的性能指标,分辨力,*,A/D,接口变化一个,LSB,（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量 例：,12,位,A/D,转换器，输入范围,0,10VDC,，分辨力,10/2,12,2.44mV,（,通常,分辨率,以输入二进制数的位数来表示 ：,10,位、,12,位,分辨率,）,线性误差,实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（,0,输入非,0,输出）、非线性误差等。 线性误差通常以,LSB,的分数表示：如,1/2LSB,、,1LSB,等,转换时间,*,从启动转换到转换结束完成一次,A/D,转换所需要的时间,信号的隔离,*,模块包含的,A/D,通道数,*,输入信号类型,单极性、双极性、信号范围、信号制,A/D转换的性能指标分辨力*A/D接口变化一个LSB（二,5.,模拟量输出模块（,D/A,、,AO,）,D/A,作用,：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号,420mA,等,如：,12,位数字量（,0,4095,）, 420mA 2047,对应的转换结果：,12mA,调节阀,变频器,执行器控制信号,4,20mA,0,10mA,1,5VDC,0,10VDC,数模转换,(D/A,、,AO),端口,(,地址,),数字信号,0,4095,0,1023,CPU,工程量,0,100,软件实现,数字信号,0,4095,0,1023,工程化反变换,5. 模拟量输出模块（D/A、AO）D/A作用：将计算机内,D/A,转换的性能指标,分辨力,二进制变化一个,LSB,（最低有效位）时,D/A,输出模拟量的最小变化量,（,通常分辨率以输入二进制数地位数来表示 ：,10,位、,12,位,D/A,转换器,）,线性误差,实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差,包括偏移误差（,0,输入非,0,输出）、非线性误差等。,线性误差通常以,LSB,的分数表示：如,1/2LSB,、,1LSB,等,建立时间,当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内,（,0.5x LSB,）所经历的时间,模块包含的,D/A,通道数,输出信号类型,电流、电压及输出范围,D/A转换的性能指标分辨力二进制变化一个LSB（最低有效,2.2 FX,系列,PLC,性能简介,2.2.1,三菱电机公司小型,PLC,2.2.2 FX,系列,PLC,的特点,2.2.3 FX,系列型号名称的含义,2.2.4 FX,系列,PLC,的,般技术指标,2.2.5 FX1S,系列,PLC,2.2.6 FX1N,系列,PLC,2.2.7 FX2N,系列,PLC,2.2.8 FX2NC,系列,PLC,2.2 FX系列PLC性能简介2.2.1 三菱电机公司小,模拟量输入模块课件,FX,系列家族成员,FX0 FX2 FX2C,FX0S FX1S FX0N FX1N FX2N FX2NC,叠装式结构, FX系列家族成员叠装式结构,2.2.1,三菱电机公司小型,PLC,FX,系列的适应面广，有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，,FX,系列是国内使用得最多的,PLC,系列产品之一。,2.2.1 三菱电机公司小型PLC,2.2.2 FX,系列,PLC,的特点,1体积极小的微型PLC,90,75,60,mm，很适合于在机电一体化产品中使用。,2.2.2 FX系列PLC的特点1体积极小的微型PLC,2,美观的外部结构,三菱公司的,FX,系列,PLC,吸收了整体式和模块式,PLC,的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。,2美观的外部结构,3.,提供多个子系列供用户选用,FX1S，FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别 。,3.提供多个子系列供用户选用,FX1S,，,FX1N,，,FX2N,和,FX2NC,的性能比较,FX1S，FX1N，FX2N和FX2NC的性能比较,FX1S,最多,30,个,I/O,点，有通信功能，可用于一般的紧凑型,PLC,不能应用的地方,;,FX1N,最多可配置,128,个,I/O,点，可用于要求较高的中小型系统；,FX2N,的功能最强，可用于要求很高的系统；,FX2NC,的结构紧凑，基本单元有,16,点、,32,点、,64,点和,96,点,4,种，可扩展到,256,点，有很强的通信功能。,FX1S最多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型P,4,灵活多变的系统配置,用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同,I/O,点和不同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。,4灵活多变的系统配置,FX,系列有许多特殊模块，如,模拟量,输入输出模块、,热电阻,/,热电偶,温度传感器用模拟量输入模块、,温度调节,模块、,高速计数器,模块、,脉冲输出,模块、,定位控制,器、,可编程凸轮,开关、,RS-232C,通信接口,模块、,RS-232C,适配器、,RS-485,通信板适配器、,RS-232C/RS-485,转换接口等。,FX系列有许多特殊模块，如模拟量输入输出模块、热电阻/热电偶,5,功能强，使用方便,FX,系列内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能。可直接控制步进电动机或伺服电动机。可设置,8,位数字密码，以防止别人对用户程序的误改写或盗用，保护设计者的知识产权。,5功能强，使用方便,FX1S,和,FX1N,系列,PLC,使用,EEPROM,，不需要定期更换锂电池，成为几乎不需要维护的电子控制装置；,FX2N,系列使用带后备电池的,RAM,。若采用可选的存储器扩充卡盒，,FX2N,的用户存储器容量可扩充到,16K,步，可选用,RAM,，,EPROM,和,EEPROM,储存器卡盒。,FX1S和FX1N系列PLC使用EEPROM，不需要定期更换,2.2.3 FX,系列型号名称的含义,系列名称：如,0,、,2,、,ON,、,OS,、,2C,、,2NC,、,1N,、,1S,，即,FX 0,、,FX 2,、,FX 0N,、,FX 0S,、,FX 2C,、,FX 2N,、,FX 2NC,、,FX 1N,和,FX 1S,。,输入输出的总点数：,4,128,点,单元类型：,M,基本单元；,E,输入输出混合扩展单元及扩展模块；,EX,输入专用扩展模块；,EY,输出专用扩展模块。,输出形式（其中输入专用无记号）：,R,继电器输出；,T,晶体管输出；,S,晶闸管输出,特殊物品的区别,D,：,DC,电源，,DC,输入,A1,：,AC,电源,AC,输入（,AC100,120V,）或,AC,输入模块,H,：大电流输出扩展模块,V,：立式端子排的扩展模式,C,：接插口输入输出方式,F,：输入滤波器,1ms,的扩展模块,L,：,TTL,输入型模块,S,：独立端子（无公共端）扩展模块,2.2.3 FX系列型号名称的含义 系列名称：如 0,FX0N-60MR,FX0N-40ER,FX0N-8EYR,例如：,基本单元,扩展单元,扩展模块,FX0N-60MRFX0N-40ERFX0N-8EYR例如：,2.2.4 FX,系列,PLC,的,般技术指标,FX,系列,PLC,输入技术指标,2.2.4 FX系列PLC的般技术指标FX系列PLC输入,FX,系列,PLC,输出技术指标,FX系列PLC输出技术指标,2.2.5 FX1S,系列,PLC,FX1S,系列,PLC,是用于极小规模系统的超小型,PLC,，可降低成本。,该系列有,16,种基本单元，,10,30,个,I/O,点，用户存储器,(EEPROM),容量为,2000,步。,FX1S,可使用一块,I/O,点扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板，可同时安装显示模块和扩展板，有两个内置的设置参数用的小电位器。一个单元可同时输出,2,点,100kHz,的高速脉冲，有,7,条特殊的定位指令。,2.2.5 FX1S系列PLCFX1S系列PLC是用于极小,FX1S,系列的基本单元,FX1S系列的基本单元,2.2.6 FX1N,系列,PLC,FX1N,有,13,种基本单元，可组成,14,128,个,I/O,点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。用户存储器容量为,8000,步，有内置的实时钟。,2.2.6 FX1N系列PLCFX1N有13种基本单元，可,FX1N,系列基本单元,FX1N系列基本单元,2.2.7 FX2N,系列,PLC,FX2N,是,FX,系列中功能最强、速度最高的微型,PLC,。,它的基本指令执行时间高达,0.08s,每条指令，内置的用户存储器为,8K,步，可扩展到,16K,步，最大可扩展到,256,个,I/O,点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制。,机内有实时钟，,PID,指令可实现模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个,FX2N,基本单元可扩展,8,个特殊单元。,2.2.7 FX2N系列PLCFX2N是FX系列中功能最强,FX2N,系列基本单元,FX2N系列基本单元,FX1N,和,FX2N,系列带电源的,I/O,扩展单元,FX1N和FX2N系列带电源的I/O扩展单元,FX1N,和,FX2N,系列的扩展,I/O,模块,FX1N和FX2N系列的扩展I/O模块,2.2.8 FX2NC,系列,PLC,FX2NC,具有很高的性能体积比和通信功能，可安装到比标准的,PLC,小很多的空间内。,I/O,型连接器可降低接线成本，节约接线时间。,I/O,点数可扩展到,256,点，可选用实时时钟，最多可连接,4,个特殊功能模块。利用内置的功能，可控制两轴,(,包括插补功能,),，通过增加扩展单元可控制多轴。,2.2.8 FX2NC系列PLCFX2NC具有很高的性能体积,FX2NC,系列基本单元,FX2NC系列基本单元,FX2NC,系列扩展模块,FX2NC系列扩展模块,2.2.9 FX3U,与,FX3UC,系列,PLC,三菱公司第三代微型,PLC,，性能有大幅度提高，处理速度达到,0.065,微秒,/,基本指令，内置,64k,步的,RAM,，提供,209,条应用指令，有,7680,点辅助继电器、,4096,点状态、,512,点定时器、,40768,点数据寄存器，还可选用,64K,的存储器卡盒。,FX3U,属于整体式,PLC,，,FX3UC,属于模块式,PLC,。,2.2.9 FX3U与FX3UC系列PLC三菱公司第三代微型,FX3U,的基本单元,FX3U的基本单元,FX3UC,的基本单元,FX3UC的基本单元,2.3,特殊功能模块,包括模拟量I/O模块、 通信用模块和功能扩展板、高速计数与运动控制模块,2.3 特殊功能模块包括模拟量I/O模块、 通信用模块和功,1.,高速计数器模块,PLC梯形图程序中的计数器的最高工作频率受扫描周期的限制，一般仅有几十Hz。在工业控制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自旋转编码器、机械开关或电子开关。高速计数模块可以对几十kHz甚至上百kHz的脉冲计数，可通过中断及时地改变开关量输出的状态（此过程与PLC的扫描过程无关）。,1. 高速计数器模块PLC梯形图程序中的计数器的最高工作频,FX2N-1HC模块有一个高速计数器，用于单相/双相最高50kHz的调整计数，通过输入外部信号或PLC的程序，可以使计数器复位或起动计数过程。,FX2N-1HC模块有一个高速计数器，用于单相/双相最高50,2.,运动控制模块,在机械工作运行过程中工作的速度与精度往往存在矛盾，为提高机械效率而提高速度时，停车控制上便出现了问题。如，电机带动的机械由启动位置返回原位，如以最快的速度返回，由于高速停车惯性大，则在返回原位时偏差必然较大。,2. 运动控制模块,模拟量输入模块课件,3,FX2N-1PG-E,脉冲输出模块,有定位控制的,7,种操作模式，一个模块控制一个轴，,FX2N,系列,PLC,可连接,8,个模块，控制,8,个单独的轴。输出脉冲频率可达,100kHz,，可选择输出加脉冲、减脉冲和有方向的脉冲。在程序中占用,8,个,I/O,点，可用于,FX2N,和,FX2NC,。,4,FX2N-10PG,脉冲输出模块,FX2N,系列,PLC,可连接,8,个模块，输出脉冲频率可达,1MHz,，最小起动时间为,1ms,，定位期间有最优速度控制和近似,S,型的加减速控制，可接收外部脉冲发生器产生的,30kHz,的输入，表格操作使多点定位编程更为方便。在程序中占用,8,个,I/O,点，可用于,FX2N,和,FX2NC,。,3FX2N-1PG-E脉冲输出模块,5,FX2N-10GM,和,FX-20GM,定位控制器,FX2S-10GM,是单轴定位单元，,FX-20GM,是双轴定位单元，可执行直线插补、圆弧插补，或独立双轴控制，可以独立工作，不必连接到,PLC,上。有绝对位置检测功能和手动脉冲发生器连接功能，具有流程图的编程软件使程序设计可视化。,最高输出频率为,200kHz,，,FX-20GM,插补时为,100kHz,，在程序中占用,8,个输入输出点。,5FX2N-10GM和FX-20GM定位控制器FX2S-1,6,可编程凸轮控制单元,FX2N-1RM-SET,可编程凸轮控制单元,FX2N-1RM-SET,可实现高精度角度位置检测。它可以进行动作角度设定和监视。可在,EEPROM,中存放,8,种不同的程序。配套的无刷转角传感器的电缆最长可达,100m,。在程序中占用,8,个,I/O,点。通过连接晶体管扩展模块，可以得到最多,48,点的,ON/OFF,输出。可用通信接口模块将它连接到,CC-Link,网络。,6可编程凸轮控制单元FX2N-1RM-SET,2.4,编程设备与人机界面,编程器用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。某些编程器还可以将用户程序写入,EPROM,或,EEPROM,中，各种编程器还可以用来监视系统运行的情况。,2.4.1,专用编程器,专用编程器由,PLC,生产厂家提供，它们只能用于某一生产厂家的某些,PLC,产品。现在的专用编程器一般都是手持式的,LCD,字符显示编程器。它们不能直接输入和编辑梯形图程序，只能输入和编辑指令表程序。,2.4 编程设备与人机界面 编程器用来生成用户程序，,FX-10P-E,和,FX-20P-E,的体积小、重量轻、价格便宜。采用液晶显示器，分别显示,2,行和,4,行字符。可以用指令表的形式读出、写入、插入和删除指令，可以监视位编程元件的,ON,OFF,状态和字编程元件中的数据，例如定时器、计数器的当前值和设定值，数据寄存器的值，以及,PLC,内部的其他信息。,FX-10P-E和FX-20P-E的体积小、重量轻、价格便宜,2.4.2,编程软件,专用编程器的使用寿命有限，价格也较高。现在的趋势是在个人计算机上使用,PLC,生产厂家提供的编程软件。,2.4.2 编程软件,1. FX-FCS,WIN-E,-C,和,SWOPC-FXGP,WIN-C,编程软件,它们是用于,FX,系列,PLC,的汉化软件，可以用梯形图和指令表编程，占用的存储空间少，功能较强。,2,GX Developer,GX Developer(GX,开发器,),用于开发三菱电机公司所有,PLC,的程序，可以使用梯形图、指令表和顺序功能图,(SFC),编程。,3,GX Simulator,GX Simulator(GX,模拟器,),与,GX Developer,配套使用，可以在个人计算机中模拟三菱,PLC,的运行，对用户程序进行监控和调试。,1. FX-FCSWIN-E-C和SWOPC-FXGP,2.4.3,显示模块与人机界面,FX,系列,PLC,配备有种类繁多的显示模块和图形操作终端作为人机接口。,FX1N-5DM,有,4,个键和带背光的,LED,显示器，直接安装在,FX1S,和,FX1N,上。,FX-10DM-E,可以安装在控制屏的面板上，用电缆与,FX,系列,PLC,相连，有,5,个键和带背光的,LED,显示器，显示两行数据，每行,16,个字符。可以监视和修改定时器、计数器的当前值和设定值，监视和修改数据寄存器的当前值。,2.4.3 显示模块与人机界面,GOT-F900是专门与FX系列配套的人机界面，用RS-232C或RS-485接口与PLC通信，F920GOT之外的触摸屏可以设置50个触摸键。,F920GOT的单色STN液晶显示器为2.6in(1in0.0254m)，有128kB用户块闪存储器和简单的位图显示功能。,F930GOT的单色STN液晶显示器为4.4in，可以显示240,80点或5行，每行30个字符，有256KB用户快闪存储器和简单的位图显示功能,。,GOT-F900是专门与FX系列配套的人机界面，用RS-23,F940GOT触摸屏是人机界面和编程器合二为一的产品，可以对FX系列PLC编程和监控。可以显示320,240点或15行，每行40个字符，有512KB用户快闪存储器。,F940WGOT触摸屏带有256色6.7in液晶显示器，屏幕可以分为2-3个部分，有一个RS-422接口和两个RS-232C接口，可以显示480234点或14行，每行60个字符，有1MB用户快闪存储器。,F940GOT触摸屏是人机界面和编程器合二为一的产品，可以对,2.5,习题,1,整体式,PLC,与模块式,PLC,各有什么特点,?,2,PLC,常用哪几种存储器,?,它们各有什么特点,?,分别用来存储什么信息,?,3,交流输入模块与直流输入模块各有什么特点,?,它们分别适用于什么场合,?,4,开关量输出模块有哪几种类型,?,它们各有什么特点,?,5,手持式编程器与编程软件各有什么特点,?,6,FX2N-64MR,是基本单元还是扩展单元,?,有多少个输入点，多少个输出点，输出是什么类型,?,2.5 习题,单 元 类 型：,M ,基本单元,E ,输入输出混合扩展单元,EX ,扩展输入模块,EY,扩展输出模块,小结,单 元 类 型： M 基本单元,输 出 方 式：,R ,继电器输出,S ,晶闸管输出,T ,晶体管输出,输 出 方 式：R 继电器输出S 晶闸管输出,特 殊 品 种：,D - DC,电源，,DC,输出,A - AC,电源，,AC,（,AC100,120V,）输入或,AC,输出模块,H -,大电流输出扩展模块,V -,立式端子排的扩展模块,C -,接插口输入输出方式,F -,输入滤波时间常数为,1ms,的扩展模块,如果特殊品种一项无符号，为,AC,电源、,DC,输入、横式端子排、标准输出。,特 殊 品 种：D - DC电源，DC输出A -,