第八章 PLC模拟量控制系统梯形图设计方法
PLC第八章 PLC的功能模块
* # 10 * # 11 * # 12 * # 13 * # 14 * # 15 * # 16
表810fx2n1hc内的数据缓冲寄存器的功能用途bmf功能用途bmf功能用途bfm0存放计数器方式字bfm16未使用bfm1存放单相单输入方式时软件控制的递加递减命令bfm17未使用bfm2存放最大计数限定值的低16bfm18未使用bfm3存放最大计数限定值的高16bfm19未使用bfm4存放计数器控制字bfm20存放计数器当前计数值的低16bfm5未使用bfm21存放计数器当前计数值的高16bfm6未使用bfm22存放计数器最大当前计数值的低16bfm7未使用bfm23存放计数器最大当前计数值的高16bfm8未使用bfm24存放计数器最小当前计数值的低16bfm9未使用bfm25存放计数器最小当前计数值的高16bfm10存放计数器计数起始值的低16bfm26存放比较结果bfm11存放计数器计数起始值的高16bfm27存放端口状态bfm12存放硬件比较时计数器设定值的低16bfm28未使用bfm13存放硬件比较时计数器设定值的高16bfm29存放故障代码bfm14存放软件比较时计数器设定值的低16bfm30存放模块识别代码bfm15存放软件比较时计数器设定值的高16bfm31未使用fx2n1hc的计数方式高速计数器fx2n1hc内计数器的计数方式由bfm0内的数据决定该数据的取值范围为k0k11由plc通过to指令写入到bfm0中去
8.5 可编程凸轮控制器模块
8.5.1 FX2N-1RM-SET的特点 8.5.2 缓冲寄存器及设置 8.5.3 应用举例
8.1 功能模块概述 8.1.1 特殊功能模块的类型及用途
表8.1 FX2N特殊功能模块表 名 称 模拟量输入模块 模拟量输入模块 模拟量输入模块 温度输入模块 温度输入模块 模拟量输出模块 模拟量输出模块 温度控制模块 型 号 FX2N-2AD FX2N-4AD FX2N-8AD FX2N-4AD-PT FX2N-4AD-TC FX2N-2DA FX2N-4DA FX2N-2LC 名 称 高速计数模块 脉冲发生器模块 定位控制单元 定位控制单元 通信接口 通信接口 通信接口 接口模块 型 号 FX2N-1HC FX2N-1PG FX2N-10GM FX2N-20GM FX2N-232-BD FX2N-485-BD FX2N-422-BD FX2N-2321F
零基础学习PLC入门，6个指令完成模拟量程序梯形图（附程序）
零基础学习PLC入门，6个指令完成模拟量程序梯形图（附程序）这一节讲述4-20mA的模拟量信号进入西门子S7-200PLC以后，PLC怎样通过程序把它变成我们想要的实际数值。
虽然这节讲的是西门子PLC的模拟量处理程序，但道理都是一样的，你只要把程序的原理弄明白了，在其他品牌的PLC上应用也是一样的，不管是三菱的还是施耐德的都一样。
所以文章最后我会附上本节所讲的程序的下载方法，有需要的朋友可以自己下载研究。
通过上一节的学习我们知道，模拟量其实就是一个在一定数字范围内连续变化的数值。
这个数字范围绝大多数都是用4-20mA这个电流信号作为标准范围，至于为什么这样用，上一节已经讲的很清楚了，这里不再重复。
接下来看图1。
图1，的左边是一个量程范围为0-10kpa的压力变送器，它的输出电流就是0-10kpa对应4-20mA，所以压力在5kpa时对应的电流就是12mA，我们只要在电路中串联一个数字万用表就能看到电流的读数，然后我们通过这个读数，拿一个计算器通过加减乘除就能算出实际的压力是5kpa。
这就是手动的算法，如果用这种算法去算实际压力值，简直就是太老土了。
这些活只要交给PLC去干就行了，你只要把程序写好PLC就会不知疲倦的去算还不会出错，我们腾出时间看点自己想看的片片多好呢。
那怎么让PLC去算呢？很简单，我们只要做两件事就可以了。
第一，硬件部分，看图1的右边，我们只要在原来接数字万用表的地方，接一个PLC的模拟量输入模块就行了，你没看错，原理就是这样的。
它实际的接线图就是下面的图2。
在图2我们看到压力变送器和PLC的模拟量模块串联在一起，模拟量模块把接收到的4-20mA电流信号经过处理传送给PLC，这样PLC就能通过程序计算出实际的压力值了。
它的内部处理过程如下。
图3，是模拟量信号在PLC内部的处理过程和工作原理，只要能看明白这张图，我下面讲程序时你就能很容易理解了。
其实模拟量模块内部和压力变送器内部一样，都是有一块电路板。
可编程控制器(PLC)梯形图的设计方法的探析
对 两 种信 号 时行 转 换 。
超 过电气控制范畴 ， 仅可实现逻辑运算 ， 不 还具 有算 术运算 、
数据处理、联 网通信等功能 ，是具有工业控制指令的微机系 统。由于梯形图的设计 ， 是计算机程序设计与电气控制设计思
修改的典型电路拼凑梯形图。这种方法没有普遍 的规律可 以
遵循 ， 具有很大的试探性 和随意性 ， 最后 的结果往往不是唯一 的 。设计者所用 的时间、 设计 的品质 ， 与设计者 的经验有很大
的关系 。 一般用于较简单 的梯形图的设计 。 一些教材及手册 中 给 出了大量常用 的继电器控制电路 ，在用经验法设计梯形图 时 ， 以参考这些电路 。 可 １１ 设计步骤 ．
况下 ， 设计梯形图程序大致可按下面几步进行 ：
收 稿 日期 ：００ ０ — ６ ２ １－ ７ １
相反。这种方法 ， 优点是程 序设计 方法简单 ， 现成 的电气 其 有
控制线路 作依 据 ， 计周期短 。 设 一般在 旧设备 电气控制系统改
基金项 目： 海南省 自然科学基金项 目（１２０ ； ６０３）海南省教育科学 ２０ 年度“ ０９ 十一五” 规划课题（ ｕ １ｏ ）海南省教育厅高等学校科学研究资 助 Ｑ ５６ ；
控制设计既有着相 同点 ， 也有着不同点 。 本文对开关量控制系 统梯形 图的设计 ， 给出了数种常用的设计方法。
１ 经 验设计 法
经验设计法也叫试凑 法 ，其要求设计者掌握大量的典型 电路 ， 在掌握这些典 型电路 的基础上 ， 充分理解实 际的控制问
题， 将实 际控制问题分解成典型控制电路 ， 然后用典型 电路或
数字量控制系统梯形图程序设计方法
顺序控制设计法则是用输入量 I 控制代表各步的编程元件（例如M），再 用它们控制输出量Q。步是根据输出量Q的状态划分的，输出电路的设计极 为简单。任何复杂系统的代表步的存储器位M的控制电路的设计方法都是 通用的，并且很容易掌握。
5.3 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计方法
一般采用图5-12所示的典型结构，自动方式和手动方式都需要执行的操作 放在公用程序中，公用程序还用于自动程序和手动程序相互切换的处理。I2.0 是自动/手动切换开关，当它为ON时调用手动程序，为OFF时调用自动程序。
5
图5-5中的动作Q0.0在连续的3步都应为ON，图5-7 用动作的修饰词“S”在它应为ON的第一步M0.1将 它置位，用动作的修饰词“R”在它应为ON的最后 一步的下一步M0.0，将它复位。Q0.0这种动作是存 储性动作。
5.2.2 有向连线与转换条件
1．有向连线 在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为 活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连 接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或 从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。 如果不是上述的方向，则应在有向连线上用箭头注明 进展方向。
9
图5-10 专用钻床控制系统的示意图与顺序功能图
10
用并行序列来描述两个钻头同时工作的过程。在步M0.1之后，有一个并行 序列的分支。当M0.1为活动步，且转换条件I0.1得到满足，并行序列的两个单 序列中的第1步（步M0.2和M0.5）同时变为活动步。此后两个单序列内部各步 的活动状态的转换是相互独立的。
5.3.1 单序列的编程方法
1．步的控制电路的设计
在梯形图中，用编程元件（例如M）代表步，当某步为活动步时，该步对
应的编程元件为ON。当该步之后的转换条件满足时，转换条件对应的触点或
PLC-模拟量控制
功能指令、特殊模块及应用之三
主要内容
任务 任务 相关 任务 知识 目标 分析 知识 实施 链接
任务目标 ① 熟悉A/D特殊功能模块的连
接、操作和调整。 ② 掌握A/D特殊功能模块程序
编写的基本方法。 ③ 掌握PLC功能指令的应用。
任务分析
电热水炉控制要求
当水位低于低位液位 开关时打开进水电磁 阀加水, 高于高位液位 开关时关闭进水电磁 阀停止加水。加热时, 当水位高于低水位时, 打开电源控制开关开 始加热, 当水烧开时, 停止加热并保温。
4~20mA （ 输 入 阻 抗 为
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗200kW），当输入电 250W），当输入电流超过
压超过-0.5V或+15V DC时，此单位可能损坏
-2mA 或 +60mA 时 ， 此 单
元可能损坏
2.5mV（10V/4000） 1.25mV（5V/4000）
Hale Waihona Puke 4mA{（20-4）/4000}
调节。偏置值和增益值的调节是对实际的模拟输入 设定一个数字值, 这是由FX2N-2AD的容量调节器来 调节的。如图4-57所示为FX2N-2AD容量调节器示 意图, 使用电压发生器和电流发生器来完成。也可 以用FX2N-4DA和FX2N-2DA代替电压和电流发生 器来调节。
（1）增益调整
（2）偏置值调整
在装用时，对于0~10V DC的模拟电压输出，此单元的数字
范 围 是 0~4000 ， 当 使 用 FX2N~2DA 并 通 过 电 流 输 入 或 通 过 0~5VDC输出时，就有必要通过偏置和增益量进行再调节
0~10V DC，0~5V DC（输入阻抗 4~20mA（输入阻抗为
PLC控制系统的设计（经典）
PLC控制系统的设计一、PLC控制系统设计原则与步骤1.PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统主要是实现被控对象的要求提高生产效率和产品质量其设计应遵循以下原则1 最大限度地满足被控对象的控制要求。
设计前应深入现场进行调查研究搜集资料并拟定电气控制方案。
2 在满足控制要求的前提下力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。
3 保证控制系统安全、可靠。
4 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC的容量时应适当留有欲量。
N 满足要求Y N 满足要求2 .PLC控制系统设计的步骤PLC控制系统的设计过程如图所示1. 根据生产工艺过程分析控制要求分析控制要求确定人机接口设备PLC硬件系统设置分配I/O点设计梯形图程序写入、检查程序模拟调试设计制作控制柜现场安装接线分析控制要求现场总调试交付使用这一步是系统设计的基础设计前应熟悉图样资料深入调查研究与工艺、机械方面的技术人员和现场操作人员密切配合共同讨论以解决设计中出现的问题。
应详细了解被控对象的全部功能例如机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护与联锁系统要求哪些工作方式例如手动、自动、半自动等设备内部机械、液压、气动、仪表、电气五大系统之间的关系PLC与其他智能设备例如别的PLC、计算机、变频器、工业电视、机器人之间的关系PLC是否需要通信联网需要显示哪些数据及显示的方式等等。
还应了解电源突然停电及紧急情况的处理以及安全电路的设计。
有时需要设置PLC之外的手动的或机电的联锁装置来防止危险的操作。
对于大型的复杂控制系统需要考虑将系统分解为几个独立的部分各部分分别单独的PLC或其他控制装置来控制并考虑它们之间的通信方式。
1. 选择和确定人机接口设备I/O设备用于操作人员与PLC之间的信息交换使用单台PLC的小型开关量控制系统一般用指示灯、报警器、按钮和操作开关来作人机接口。
PLC本身的数字输入和数字显示功能较差可以用PLC的开关量I/O点来实现数字的输入和显示但是占用的I/O点多甚至还需要用户自制硬件。
电气控制与PLC应用第8章习题与思考题参考解答
第5章S7-200 PLC的指令系统习题与思考题7-200指令参数所用的基本数据类型有哪些？：S7-200 PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、8位无符号字节型(BYTE)、8位有符号字节型(SIMATIC模式仅限用于SHRB指令)、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数(INT)、32位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数(DINT)、32位实数型(REAL)。
实数型(REAL)是按照ANSI/IEEE 754-1985标准(单精度)的表示格式规定。
2~255字节的字符串型（STRING）即I/O指令有何特点？它应用于什么场合？：立即指令允许对输入和输出点进行快速和直接存取。
当用立即指令读取输入点的状态时，相应的输入映像寄存器中的值并未发生更新；用立即指令访问输出点时，访问的同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。
由于立即操作指令针对的是I/O端口的数字输入和数字输出信号，所以它们的位操作数地址只能是物理输入端口地址Ix.x和物理输出端口地址Qx.x。
辑堆栈指令有哪些？各用于什么场合？：复杂逻辑指令，西门子称为逻辑堆栈指令。
主要用来描述对触点进行的复杂连接，并可以实现对逻辑堆栈复杂的操作。
杂逻辑指令包括：ALD、OLD、LPS、LRD、LPP和LDS。
这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。
这些指令都是位逻辑指令。
装载与指令ALD用于将并联子网络串联起来。
装载或指令OLD用于将串联子网络并联起来。
辑推入栈指令LPS，在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。
辑读栈指令LRD，在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，该指令用于开始第二个和后边更多的从逻辑块。
辑栈弹出指令LPP，在梯形图中的分支结构中，用于恢复LPS指令生成的新母线。
入堆栈指令LDS，复制堆栈中的第n级值，并将该值置于栈顶。
【流程】PLC梯形图编程的8个步骤
【流程】PLC梯形图编程的8个步骤梯形图编程的步骤，具体内容如下：（一）决定系统所需的动作及次序。
当使用可编程控制器时，最重要的一环是决定系统所需的输入及输出。
输入及输出要求：(1) 第一步是设定系统输入及输出数目。
(2) 第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。
（二）对输入及输出器件编号每一输入和输出，包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一个唯一的对应编号，不能混用。
（三）画出梯形图。
根据控制系统的动作要求，画出梯形图。
梯形图设计规则（1）触点应画在水平线上，并且根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的控制路径来画。
（2）不包含触点的分支应放在垂直方向，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。
（3）在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。
在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。
这种安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。
（4）不能将触点画在线圈的右边。
（四）将梯形图转化为程序把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码，当完成梯形图以后，下一步是把它的编码编译成可编程控制器能识别的程序。
这种程序语言是由序号（即地址）、指令（控制语句）、器件号（即数据）组成。
地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置，指令告诉可编程控制器怎样利用器件作出相应的动作。
（五）在编程方式下用键盘输入程序。
（六）编程及设计控制程序。
（七）测试控制程序的错误并修改。
（八）保存完整的控制程序。
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3、变频器的额定值和频率指标 （1）输入侧的额定值 （2）输出侧的额定值 （3）频率指标 （4）变频器的基本参数 （5）变频器的主接线 （6）变频器的操作面板 （7）变频器的基本操作
8.2模拟量开环程序设计
• 开环控制系统是指被控对象的输出(被控 制量)对控制器的输出没有影响的系统。在 这种控制系统中，不依赖将被控量反送回 来以形成任何闭环回路。
（2）偏移量设定
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由于交流电动机调速的最佳方案是进行变频调 速，因此变频器应用范围越来越广泛。下面介绍 变频器的基本知识。 1、变频器的基本构成 我们现在使用的变频器基本都是交－直－交的工 作原理，即先将交流电通过整流器转换成直流电， 然后通过逆变器在变换成我们需要的不同频率的 交流电。 2、变频器的调速原理 异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时 改变其定子电压和频率，即必须通过变频器获得 电压和频率均可调节的供电电源。
DC－10～＋10V（输入电阻200k） 绝对最大输入±15V
DC－20～＋20mA（输入电阻250） 绝对最大输入±32mA
带符号位的16位二进制（有效数值11位）。数值范围－2048～＋2047 5mV（10V×l/ 2000） ±1%（在－10～＋10V范围） 每通道15mS（高速转换方式时为每通道6mS） 模拟量与数字量间用光电隔离，从基本单元来的电源经DC/DC转换器隔离，各输入端子间 不隔离。 DC24V ±10% 55mA 程序上为8点（作输入或输出点计算），由PLC供电的消耗功率为5V ，30mA 20A （20mA×l/1000） ±1%（在－20～＋20mA范围）
0.2～0.3℃
满量程的±1% 15ms
0.36～0.54℉
主单元提供5V/30mA直流，外部提供24V/50mA直流
占用I/O点数
适用PLC
占用8个点，可分配为输入或输出
FX1N，FX2N，FX2NC
• 2、FX2N-4AD-PT接线方式
• 3、缓冲寄存器设置
BFM *#1～#4 *#5～#8 *#9～#12 内 容 CH1～CH4的平均温度值的采样次数（1～4096），默认 值=8 CH1～CH4在0.1℃单位下的平均温度 CH1～CH4在0.1℃单位下的当前温度
表
模 块 分 配 表
• 8-2FX2N-4AD BFM
#6 #7 #8 #9
#10
#11 #12 #13～#14 #15
通道2
通道3 通道4 保留 选择A/D转换速度，参见注释
这些缓冲区为输入的当前值
如设为0，则选择正常速度，15ms/通道（默认） 如设为1，则选择高速，6ms/通道
#16～#19
*#20 *#21 *#22 *#23 *#24 #25～#19 #29 #30
*#13～#16
*#17～#20 *#21～#27 *#28
CH1～CH4在0.1℉单位下的平均温度
CH1～CH4在0.1℉单位下的当前温度 保留 数字范围错误锁存
#29
#30 #31
错2N-2DA输出模块
• 1、FX2N-2DA技术指标
项 目 输 出 电 压 0～10V直流，0～5V直流 12位 2.5mV（10V/4000） 1.25mV（5V/4000） 满量程1% 4ms/通道 主单元提供5V/30mA和24V/85mA 占用8个I/O点，可分配为输入或输出 FX1N，FX2N，FX2NC 4mA（20mA/4000） 输 出 电 流 4～20mA 模拟量输出范围 数字输出 分辨率 总体精度 转换速度 电源规格 占用I/O点数 适用的PLC
第八章 模拟量控制系 统梯形图设计方法
8.1模拟量控制硬件
8.1.1FX2N-4AD输入模块
1、FX2N-4AD概述
表8-1FX2N-4AD的技术指标
电 压 输 入 电 流 输 人 4通道模拟量输入。通过输入端子变换可选电压或电流输入
模拟量输入范围
数字量输出范围 分辨率 综合精确度 转换速度 隔离方式 模拟量用电源 I／O占有点数
保留
复位到默认值和预设。默认值=0 调整增益、偏移选择。（b1，b0）为（0、1）允许，（1、0）禁止 增益、偏移调整 偏移值，默认值=0 增益值，默认值=5000（mV） 保留 错误状态 识别码K2010 G 4 O 4 G 3 O 3 G 2 O 2 G 1 O1
8.1.2温度A/D输入模块
• 1、FX2N-4AD-PT概述 • 表8-3FX2N-4AD-PT的技术指标
• 2、FX2N-4AD接线
FX2N-4AD接线图
• 3、缓冲寄存器及设置
BFM *#0 *#1 *#2 *#3 *#4 #5 内 容 通道初始化，默认值=H0000 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 这些缓冲区为输入的平均值 平均值采样次数（1～4096），用于得到平均结果， 默认值为8（正常速度，高速操作可选择1）
8.3模拟量闭环程序设计
8.3.1PID基础知识
1、比例（P）控制 统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 2、积分（I）控制 3、微分（D）控制
8.3.2如何设置PID参数
• • • • 1、常规PID参数设置指南 （1）P参数设置 （2）I参数设置 （3）D参数设置：
• 2、如何设定增益、偏移量 • （1）增益设定
• 2、FX2N−2DA接线方式
• 3、缓冲寄存器设置
BFM编号 #0到#15 #16 b15到b8 保留 保留 输出数据的当前值（8位数据） b7到b3 b2 b1 b0
#17
保留
D/A低 8位 数据保 持
通道1的 D/A转 通道2的D/A转换 开始 换开 始
#18或更大
保留
8.1.4变频器介绍
项 目 摄氏度℃ PT100传感器100 W时1mA −100～+600℃ −1000～+6000 −148～+1112℉ −1480～+11120 华氏度℉ 模拟量输入信号 传感器电流 补偿范围 数字输出 PT100传感器（100W），3线，4通道
12位转换（11个数据位+1个符号位）
最小分辨率
整体精度 转换速度 电源