可编程控制技术

   本书共分4个项目，15个任务逐步讲解PLC技术，任务中包含了PLC基础知识、FX系列PLC的操作、PLC应用基础、顺序功能图、数据处理类指令、模拟量、PLC模拟量模块、模拟量模块控制指令、变换器、三菱变频器控制模式及参数设定、西门子变频器的参数设置、PLC网络通信基础知识、MODBUS通信（ASCII、RTU通信）等知识点。本书可作为高职高专院校及普通高等院校电机与电器、自动化、机电一体化、风力发电等专业“可编程控制技术”课程教材，也可作为工程技术人员的参考用书。项目1PLC基础知识
任务1认识PLC
任务2用PLC控制三相交流异步电动机的正、反转
任务3用PLC控制三相交流异步电动机星形三角形降压启动
任务4三台三相交流异步电动机的顺序控制
任务5小车往复运动控制
任务6学习制作译码器
任务7学习抢答器的控制
任务8抢答器系统控制
项目2步进指令
任务9电镀生产线控制
任务10机械手分拣大、小球的控制
任务11全自动洗衣机控制
项目3模拟量的控制
任务12模拟量（电压）调速控制
任务13恒压供水
项目4MODBUS通信控制
任务14PLC对变频器实施MODBUS通信控制（ASCII码通信方式）
任务15PLC对变频器实施MODBUS通信控制（RTU通信方式）附录AGX Developer编程软件安装附录BFX系列PLC的特殊元件参考文献
项目3模拟量的控制任务12模拟量(电压)调速控制【学习目标】掌握PLC的模拟量控制； 学会使用变频器。【学习内容】FX0N3A模拟量模块中的缓冲储存器(BFM)、编程指令TO、编程指令FROM以及变频器的使用方法。1. 模拟量及模拟量模块(FX0N3A)1) 模拟量控制信号分开关量和模拟量两种。前面所述都是开关量控制信号，下面介绍模拟量。模拟量是指在时间上、数值上都是连续变化的物理量。(1) 初始性。模拟量大部分都是自然界中的初始变量。例如，压力、温度、流量、频率、电流和电压等变量都是模拟量。标准模拟量产生过程如图31所示。
图31模拟电信号的产生过程
从图中可以看出，工业现场初始物理量如果是非电量，则应通过传感器和转换电路转换成标准模拟电量(电压0~10V或0~5V； 电流4~20mA)。(2) 连续性。模拟量随时间的变化曲线是光滑而连续的，没有间断点。其变化曲线如图32所示。
图32几种常见模拟量的变化曲线
(3) 转换性。前面讨论过PLC对开关量的控制。对于模拟量的控制，需要通过模拟量模块将模拟量信号转换成数字信号，然后对其实施控制。模拟量与数字量的关系如图33所示。
图33模拟量与数字量的关系
PLC模拟量控制系统框图如图34所示。
图34PLC模拟量控制系统框图
2) 模拟量模块(FX0N3A模块)FX0N3A模拟量模块包含2个输入通道和1个输出通道。输入通道将模拟信号转换成数字信号，即A/D转换； 输出通道将数字信号转换成模拟信号，即D/A转换。根据接线不同，可以选择电压信号或电流信号的模拟量输入或输出。模拟量输入通道或模拟量输出通道可接受其值的范围为DC 0~10V、DC 0~5V或DC 4~20mA。所有的数据传输和参数设置均通过可编程控制器进行程序控制与调整。
(1) FX0N3A模拟量模块的外形尺寸。FX0N3A模拟量模块的外形尺寸如图35所示。
图35FX0N3A模拟量模块外形尺寸
(2) FX0N3A模拟量模块规格特性。① FX0N3A模拟量模块输入规格如表31所示。
表31FX0N3A模拟量模块输入规格
项目电 压 输 入电 流 输 入
模拟输入范围DC 0~10V，DC 0~5V（负载电阻1kΩ~1MΩ）DC 4~20mA
（负载电阻500Ω以下）
扫描执行时间T0命令处理时间×3
输入特点
注意： 当大于8位的数据输入时，只有低8位是有效的，高位端忽略。
② FX0N3A模拟量模块输出规格如表32所示。
表32FX0N3A模拟量模块输出规格
项目电 压 输 出电 流 输 出
模拟输出范围DC 0~10V，DC 0~5V（负载电阻1kΩ~1MΩ）DC 4~20mA（负载电阻500Ω以下）
扫描执行时间T0命令处理时间×3
输出特点
注意： 当大于8位的数据输出时，只有低8位是有效的，高位端忽略。注意： 
项目电 压 输 入电 流 输 入
模拟输入范围DC 0~10V，DC 0~5V（输入电阻200kΩ）**输入： -0.5~15VDC 4~20mA（输入电阻250Ω）**输入： -2~60mA
输入特性不可以混合使用电压输入和电流输入,两路通道均为同一特性
扫描执行时间（T0命令处理时间×2） FROM命令处理时间
③ FX0N3A模拟量模块规格特性。FX0N3A模块规格特性如表33所示。
表33FX0N3A模块规格特性
项目内容
电源模拟电路DC 24V±10% 90mA（由PLC内部供电）数字电路DC 5V 30mA（由PLC内部供电）
绝缘承受电压AC 500V 1分钟（所有端子与外壳之间）绝缘方式模拟电路、数字电路与PLC间光耦隔离、主电源AC/DC转换器隔离模拟量输入、输出间绝缘（各通道间不绝缘）数字位8位（0~255）（数字值在0以下的固定为0； 在255以上的固定为255）模拟范围DC 0~10V，DC 0~5V，DC 4~20mA数字范围0~250分辨率40mV（10V/250）、20mV（5V/250）、0.064mA［（20-4）/250mA］
集成精度±1%（满量程）适用PLCFX1N、FX2N、FX1NC（需要FX2NCCNVIF）或FX2NC（需要FX2NCCNVIF）输入输出占用点数占用8点PLC的输入或输出（可算作输入或输出任一方占用）
(3) FX0N3A模块中BFM缓冲器介绍。FX0N3A模块中的BFM缓冲器有18个，其编号为0~17，其作用如表34所示。
表34FX0N3A模块中BFM缓冲器的作用
BFM No.b15~b8b7b6b5b4b3b2b1b0
#0当前A/D转换输入通道8位数据#1~#15#16当前D/A转换输出通道8位数据
#17D/A转换启动A/D转换启动A/D转换通道选择
#18~#31注： 表格留空部分为缓冲存储器存储保留区域。对于BFM17，有① b0=0，选择模拟输入通道1。② b0=1，选择模拟输入通道2。③ b1=0→1，启动A/D转换处理。④ b2=0→1,启动D/A转换处理。注意： 如果FNC176(RD3A)和FNC177(WR3A)与FX1N、FX2N(V3.00或更高)或FX2NC一起使用，则不需要考虑缓冲存储器的分配。2. TO、FROM指令PLC对开关量可以实施控制，但对模拟量实施控制时，必须先通过模拟量模块进行A/D或D/A转换，故需使用TO、FROM指令使模拟量模块进行A/D或D/A转换。TO指令的作用是将数据写入模拟量模块，即将十进制数1写入模拟量模块FX0N3A的缓冲器BFM17中的b1或b2位，进行A/D或D/A转换。FROM指令的作用是从模拟量模块FX0N3A中读取数据，并把它存入PLC中的数据寄存器。TO、FROM指令的应用如图36所示。
图36TO、FROM指令的应用
3. 变频器1) 概述变频器是利用电力半导体器件的通断作用，将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，用于交流电动机调速控制和节能。变频器的特点如下所述。(1) 采用PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。(2) 功率因数高，输入谐波小。(3) 模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。(4) 直接高压输出，无须输出变压器。(5) 极低的dv/dt输出，无须任何形式的滤波器。2) 变频器种类（1） 按变换环节分类： ①交直交变频器，先把工频交流通过整流器变成直流，再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器； ②交交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器。（2） 按主电路工作方式分类： 电压型变频器和电流型变频器。（3） 按开关方式分类： PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。（4） 按照工作原理分类： V/F控制型变频器、转差率控制型变频器和矢量控制型变频器。3) 三菱FRD700系列变频器三菱FRD700系列变频器型号的含义及变频器FRD74D的外形如图37所示。
图37FRD700系列变频器型号的含义及变频器FRD740的外形
4) 变频器FRD720S周边设备变频器周边设备如图38所示。
图38变频器周边设备
有关周边设备的选择方法请参阅FRD720S使用手册。5) 变频器操作面板FRD720S变频器操作面板的说明如图39所示。
图39FRD740变频器操作面板的说明
6) FRD720S变频器的运行模式FRD700变频器有4种运行模式： ①通过变频器运行按钮RUN来控制变频器的运行，调节频率旋钮来改变频率进行调速，其电气原理图如图310所示(运行模式1)； ②通过变频器运行按钮RUN来控制变频器的运行，调节外部输入电压的大小来调速，其电气原理图如图311所示(运行模式4)； ③通过外接开关来控制变频器的运行，调节外部输入电压大小来调速，其电气原理图如图312所示(运行模式2)； ④通过外接开关来控制变频器的运行，调节频率的大小来调速，其电气原理图如图313所示(运行模式3)。
图310启动、运行控制模式1
图311启动、运行控制模式2
图312启动、运行控制模式3
图313启动、运行控制模式4
(1) 变频器运行模式1。按图310接线，然后设置变频器参数如表35所示。接通电源，按下变频器面板上的RUN键，通过调节频率旋钮来改变频率进行调速。
表35变频器运行模式1参数设置
序号变频器参数出厂值设定值功 能 说 明1P112050上限频率(50Hz )2P200下限频率(0Hz)3P755加速时间(5s)
续表
序号变频器参数出厂值设定值功 能 说 明4P855减速时间(5s)5P900.35电子过电流保护(0.35A)6P16099990扩张功能显示选择7P7901操作模式选择8P16101频率设定操作选择
(2) 变频器运行模式2。按图311接线，然后设置变频器参数如表36所示。接通电源，接通开关K1，通过调节外部输入电压大小来调速。
表36变频器运行模式2参数设置
序号变频器参数出厂值设定值功 能 说 明1P15050上限频率(50Hz)2P200下限频率(0Hz)3P 755加速时间(5s)4P855减速时间(5s)5P900.35电子过电流保护(0.35A)6P16099990扩张功能显示选择7P7902操作模式选择8P18222端子2输入
(3) 变频器运行模式3。按图312接线，设置变频器参数如表37所示。接通电源，接通开关K1，通过调节频率的大小来调速。
表37变频器运行模式3参数设置
序号变频器参数出厂值设定值功 能 说 明1P15050上限频率(50Hz)2P200下限频率(0Hz)3P755加速时间(5s)4P855减速时间(5s)5P900.35电子过电流保护(0.35A)6P16099990扩张功能显示选择7P7903操作模式选择8P16101频率设定操作选择
(4) 变频器运行模式4。按图313接线，然后设置变频器参数如表38所示。接通电源，按下变频器面板中的RUN键，通过调节外部输入电压的大小来调速。本书共分4个项目、15个任务，逐步讲解PLC技术，任务中包含了PLC基础知识、FX系列PLC的操作、PLC应用基础、顺序功能图、数据处理类指令、模拟量、PLC模拟量模块、模拟量模块控制指令、变换器、三菱变频器控制模式及参数设定、西门子变频器的参数设置、PLC网络通信基础知识、MODBUS通信（ASCII、RTU通信）等知识点。本书可作为高职高专院校及普通高等院校电机与电气、自动化、机电一体化、风力发电等专业“可编程控制技术”课程的教材，也可作为工程技术人员的参考用书。......

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