第5章模拟量单元.docx
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第5章模拟量单元
第5章模拟量I/O单元
本章介绍模拟量单元C200H-MAD01,该单元可用于型号为C200H、C200HS和C200HX/HG/HE的PLC。
5.1一般说明
5.1.1一般特性说明
MAD01模拟量I/O单元,该单元具有两路模拟量输入和两路模拟量输出。
该单元的技术说明见表5-1。
表5-1MAD01单元的技术指标说明
参数名称
C200H-MAD01
电压输入
电流输入
输入
模拟量输入数
2
输入信号范围
(1)
0~10V
-10V~10V
1~5V
4~20mA
最大输入信号
(2)
±15V
±30mA
输入阻抗
1MΩ
250Ω
分辨率
1/4000(满量程)
转换后输出的数据格式
16位二进制数据
精度(3)
23℃±2℃
±0.2%(满量程)
±0.4%(满量程)
0~55℃
±0.4%(满量程)
±0.6%(满量程)
输出
模拟量输出数
2
输出信号范围
(1)
0~10V
-10V~10V
1~5V
4~20mA
输出阻抗
0.5Ω(最大)
…
分辨率
1/4000(满量程)
被转换的数据格式
16位二进制数据
精度(3)
23℃±2℃
±0.3%(满量程)
±0.5%(满量程)
0~55℃
±0.5%(满量程)
±0.8%(满量程)
输入/输出共有参数
转换时间(4)
每点最大1.0ms
绝缘
在I/O端子和PC之间:
光耦
扩展连接器
28点端子(M3螺丝)
消耗功率
在5VDC时最大100mA
在26VDC时最大200mA
尺寸
34.5×130×128(W×H×Dmm
重量
450g
说明:
(1)每个I/O信号的范围可以单独设置。
(2)超出最大信号输入范围将损坏单元。
(3)这里给出的是满量程精度,例如±0.2%的精度,相当于±8(BCD)。
(4)A/D的转换时间应该是从模拟量输入到A/D单元到转换成数据存储在PLC内存中的时间,这个数据被CPU读出,至少需要一个扫描周期。
而D/A单元从PLC中数据输入内存到D/A单元输出模拟量数据至少需要一个扫描周期。
5.1.2模拟量与数据之间的对应关系
1.A/D转换
(1)1到5V(4到20mA)
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
1V(4mA)
0000
5V(20mA)
0FA0
-0.8V(3.2mA)
FF38
5.2V(20.8mA)
1068
(2)0到10V
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
0V
0000
10V
0FA0
-0.5V
FF38
10.5V
1068
(3)-10V到10V
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
输入模拟量
输出数字量(16位二进制数据)
-10V
F830
10V
07D0
-11V
F768
11V
0898
2.D/A转换
(1)1到5V(4到20mA)
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
0000
1V(4mA)
0FA0
5V(20mA)
FF38
-0.8V(3.2mA)
1068
5.2V(20.8mA)
(2)0到10V
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
0000
0V
0FA0
10V
FF38
-0.5V
1068
10.5V
(3)-10V到10V
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
输入数字量(16位二进制数据)
输出模拟量
F830
-10V
07D0
10V
F768
-11V
0898
11V
5.1.3单元设置与接线
1.单元指示灯
单元上的运行(RUN)和误差(ERROR)指示灯指示单元的操作状态。
这两个指示灯代表的含义如表-2所示。
表-2指示灯的含义
指示灯
点亮方式
含义
RUN(绿)
亮
正常模式
闪烁
可调整模式
不亮
非正常(单元没有工作)
ERROR(红)
亮
出现错误,错误码存储在字n+9的08~15位
不亮
正常
表5-3旋转开关与单元号、IR地址、DM地址之间的对应关系
旋转开关位置
单元号
IR字地址
DM字地址
0
#0
IR100~109
DM1000~1099
1
#1
IR110~119
DM1100~1199
2
#2
IR120~129
DM1200~1299
3
#3
IR130~139
DM1300~1399
4
#4
IR140~149
DM1400~1499
5
#5
IR150~159
DM1500~1599
6
#6
IR160~169
DM1600~1699
7
#7
IR170~179
DM1700~1799
8
#8
IR180~189
DM1800~1899
9
#9
IR190~199
DM1900~1999
A
#A
IR410~419
DM2000~2099
B
#B
IR420~429
DM2100~2199
C
#C
IR430~439
DM2200~2299
D
#D
IR440~449
DM2300~2399
E
#E
IR450~459
DM2400~2499
F
#F
IR460~469
DM2500~2599
2.设置单元地址
PLC的CPU和模拟I/O地址交换数据是通过存储器的IR区和DM区。
究竟占用IR区和DM区的哪一个地址,取决于模拟量I/O单元上的一个旋转开关,特别注意的是,在旋转
这个开关时,一定要关闭PLC电源,否则会对PLC造成损坏。
该旋转开关的样子如图5-1所示。
旋转开关的位置与单元号、IR地址和DM地址之间的关系如表5-3所示。
如果两个模拟量单元的开关位置相同,就会出现I/O单元重叠错误(I/OUNITERROR)。
如果C200H、C200HS、C200HE或C200HX/HG-CPU3□-E/4□-E型号的CPU上将旋转开关设置为A~F,也会引起I/O重叠错误。
图5-1旋转开关
3.设置模式开关
在模拟量I/O单元的底部有一个DIP开关,该开关控制模拟量I/O单元的工作模式是正常模式或是可调整偏移量和增益的模式。
该开关的设置如表5-4所示。
表5-4模式开关设置表
开关号
模式
1
2
3
4
OFF
OFF
OFF
OFF
正常模式
ON
OFF
OFF
OFF
可调整模式
在设置开关的时候,注意不要设置错,而且一定要关断PLC电源。
4.接线
(1)端子图
模拟量I/O单元MAD01的端子表如图5-2所示。
图5-2模拟量I/O单元MAD01的端子表
需要注意的是虽然是有2路模拟量输入和输出,但是究竟用几路还需要在DM区设置。
5.内部电路
A/D转换器的输入电路如图5-3所示。
而图5-4显示的是D/A转换器的输出电路。
其中图5-4a是电压输出电路,图5-4b是电流输出电路。
图5-3A//D转换器的输入电路
图5-4模拟量单元MAD01的内部电路
6.接线
MAD01单元的电压输入、输出和电流输入、输出电路接线图如图5-5所示。
图5-5MAD01单元的接线
5.2IR和DM存储区
5.2.1IR区域
1.IR区域分配,
IR区域地址分配如下:
CPU工作区
单元号
IR字地址
#0
IR100~109
#1
IR110~119
#2
IR120~129
#3
IR130~139
#4
IR140~149
#5
IR150~159
#6
IR160~169
#7
IR170~179
#8
IR180~189
#9
IR190~199
#A
IR410~419
#B
IR420~429
#C
IR430~439
#D
IR440~449
#E
IR450~459
#F
IR460~469
模拟量I/O单元MAD01
正常模式
IRn~IRn+4
输出刷新
IRn+5~IRn+9
输入刷新
可调整模式
IRn~IRn+7
输出刷新
IRn+8~IRn+9
输入刷新
单元0~9为n=100+10×单元号
单元A~F为n=400+10×(单元号-10)
2.正常模式IR区分配
正常模式的IR字和位的分配见如下:
(1)输出(CPU到单元):
字n:
第5位:
输入2峰值保持,数值0表示不使用,数值1表示使用。
第4位:
输入1峰值保持,数值0表示不使用,数值1表示使用。
第1位:
输出转换2使能,数值0表示停止转换输出,数值1表示开始转换输出。
第0位:
输出转换1使能,数值0表示停止转换输出,数值1表示开始转换输出。
字n+1:
输出1的设定数据格式,16位二进制。
字n+2:
输出2的设定数据格式,16位二进制
字n+3:
未使用
字n+4:
未使用
(2)输入(单元到CPU)
字n+5:
模拟输入1的转换数据/回路1的计算结果,数据格式为16位二进制。
字n+6:
模拟输入2的转换数据/回路2的计算结果,数据格式为16位二进制。
字n+7:
未使用
字n+8:
未使用
字n+9:
第15~8位:
两位十六进制错误码,00表示无错误。
第5位:
输入2断线检测,数值0表示连接,数值1表示断线。
第4位:
输入1断线检测,数值0表示连接,数值1表示断线。
第1位:
输出2设定错误,数值0表示无错误,数值1表示有错误。
第0位:
输出1设定错误,数值0表示无错误,数值1表示有错误。
(3)断线检测功能:
断线检测功能只能用于输入信号为1~5V/4~20mA,而且对于1~5V范围时,最大电压不得大于0.3;对于4~20mA范围时,最大电流不得大于1.2mA,否则就相当于连接。
3.可调整模式IR区分配
可调整模式的IR字和位的分配见如下:
CPU输出到单元:
字n:
被调整的是输入还是输出,左边的数字确定输入还是输出:
1表示输出,2表示输入,右边的数字确定是第1路还是第2路。
字n+1:
第5位:
清除调整值,返回当前值。
第4位:
确定调整值,写入EEPROM
第3位:
当ON时,增加调整值
第2位:
当ON时,减少调整值
第1位:
当ON时,调整增益偏差。
第0位:
当ON时,调整偏移量偏差。
字n+2~字n+7:
未使用。
字n+8:
16位二进制数的转换值(A/D)和设定值(D/A)。
字n+9:
第15~8位:
错误码。
两位16进制数。
第5位,输入2的断线检测。
0表示连接,1表示断线。
第4位,输入2的断线检测。
0表示连接,1表示断线。
5.2.2DM区域
1.DM区域分配
DM区域分配如下:
CPU工作区
单元号
DM字地址
#0
DM1000~1099
#1
DM1100~1199
#2
DM1200~1299
#3
DM1300~1399
#4
DM1400~1499
#5
DM1500~1599
#6
DM1600~1699
#7
DM1700~1799
#8
DM1800~1899
#9
DM1900~1999
#A
DM2000~2099
#B
DM2100~2199
#C
DM2200~2299
#D
DM2300~2399
#E
DM2400~2499
#F
DM2500~2599
模拟量I/O单元MAD01
(固定数据区域)
DM(m)
I/O转换允许,回路转换设置
DM(m+1)
输入信号范围
DM(m+2)~DM(m+3)
输出保持功能设置
DM(m+6)~DM(m+9)
设置平均值处理的采样次数
DM(m+10)~DM(m+13)
比例值设置
偏置值设置
单元0~9为m=1000+100×单元号
单元A~F对应单元号为10~15
2.DM区域字的位分配
DM(m):
位11~10:
回路2的比例转换,00:
不使用;01:
使用正梯度转换;10:
使用负梯度转换;11:
同10。
位9~8:
回路1的比例转换,00:
不使用;01:
使用正梯度转换;10:
使用负梯度转换;11:
同10。
位5:
指定使用输入2,0:
表示不使用;1:
表示使用。
位4:
指定使用输入1,0:
表示不使用;1:
表示使用。
位1:
指定使用输出2,0:
表示不使用;1:
表示使用。
位0:
指定使用输出1,0:
表示不使用;1:
表示使用。
DM(m+1):
位11~10:
输入2的信号范围设置,00:
-10V~10V;01:
0~10V;10:
1~5V/4~20mA;11:
同10。
位9~8:
输入1的信号范围设置,00:
-10V~10V;01:
0~10V;10:
1~5V/4~20mA;11:
同10。
位3~2:
输出2的信号范围设置,00:
-10V~10V;01:
0~10V;10:
1~5V/4~20mA;11:
同10。
位1~0:
输出1的信号范围设置,00:
-10V~10V;01:
0~10V;10:
1~5V/4~20mA;11:
同10。
DM(m+2):
位7~0是输出1在转换停止时的输出状态设置:
00:
清除;01:
保持;02
DM(m+3):
位7~0是输出2在转换停止时的输出状态设置:
00:
清除;01:
保持;02
DM(m+4)和DM(m+5):
未使用。
DM(m+6):
输入1的平均值处理设置:
0000:
不进行平均值处理。
0001用两个缓冲器的平均值处理。
0002用四个缓冲器的平均值处理。
0003用八个缓冲器的平均值处理。
0004用十六个缓冲器的平均值处理。
DM(m+7):
输入2的平均值处理设置:
0000:
不进行平均值处理。
0001用两个缓冲器的平均值处理。
0002用四个缓冲器的平均值处理。
0003用八个缓冲器的平均值处理。
0004用十六个缓冲器的平均值处理。
DM(m+8)、DM(m+9):
未使用。
DM(m+10):
回路1(输入1到输出1),常数A是BCD数,范围是0~9999。
DM(m+11):
回路1(输入1到输出1),常数B是十六位二进制数。
DM(m+12):
回路2(输入2到输出2),常数A是BCD数,范围是0~9999。
DM(m+13):
回路2(输入2到输出2),常数B是十六位二进制数。
5.3模拟量输入功能
5.3.1设定输入和信号范围
1.设定输入
模拟I/O单元只对指定了输入的信号进行转换。
例如,若要输入1和输入2工作,就需要把图5-6所示的DM(m)中的第5位和第4位置1。
图5-6指定输入信号
2.设定输入信号范围
输入信号范围可以按照需要设置,详细见图5-7。
图5-7设置信号范围
设定输入信号范围之后,一定要PLC重新上电后,设定的内容才有效,也可以利用重启动位使设置有效。
3.读转换值
输入模拟量的转换值存储在IR区的n+5字和n+6字中。
其中n+5是输入1的转换值,n+6是输入2的转换值。
例1模拟量单元MAD01的单元号为#0,将输入1的转换内容传输到DM0001单元的梯形图如图5-8所示。
图5-8将输入1的转换内容传输到DM0001单元
例2将两个输入的转换值送到DM0001和DM0002单元。
该例需要使用块传输指令。
结果如图5-9所示。
图5-9两个输入转换值传输到DM0001和DM0002单元的梯形图
5.3.2平均值处理
平均值处理功能用于将转换值进行平均处理,处理方法示意图如图5-10所示。
图5-10平均值处理示意图
根据图5-10所示的平均值处理方法,有平均值:
其中:
meanvalue是平均值。
buffer(i)是第i个缓冲区的数据。
n缓冲区的个数。
在DM(m+6)和DM(m+7)可以设置输入1和2是否需要平均值处理以及缓冲器的个数。
设置内容如下:
0000:
不进行平均值处理。
0001:
具有2个缓冲区的平均值处理。
0002:
具有4个缓冲区的平均值处理。
0003:
具有8个缓冲区的平均值处理。
0004:
具有16个缓冲区的平均值处理。
5.3.3峰值保持功能
该功能可以保持最大的转换值,图5-11是峰值保持的示意图。
该功能的特点是只要有高的转换值,则转换值就保持在这个值,直到有更高的转换值出现为止。
该功能可以对输入1和输入2分别设置,具体设置如图5-12所示。
图5-11峰值保持功能示意图
图5-12峰值保持功能的设置
图5-13是使能峰值保持功能的梯形图。
这里MAD01单元的单元号是#0。
当输入条件满足时,启动峰值保持功能,将输入信号1的转换数据峰值保持。
当输入条件不满足时,峰值保持功能自动失效。
图5-13使能峰值保持功能
5.3.4断线检测功能
该功能用于检测输入是否断线,若是出现断线情况,且满足1~5V输入时,输入信号不大于0.3V,或是4~20mA输入时,输入信号不大于1.2mA的条件,就可以检测出断线,并将IR区的n+9中对应的位置1。
具体如图5-14所示。
图5-15是利用断线检测,确定是否转换数据需要传输的梯形图。
这里假设MAD01单元的单元号是#0。
被传输的数据在IR105单元,数据传输到DM0001单元。
该梯形图的功能是保证有效的数据被传输。
这是因为断线后的数据是坏数据,有可能造成重大控制失误。
图5-14断线功能检测位位置
图5-15利用断线检测传输数据的梯形图
5.4模拟量输出功能
5.4.1设置输出和信号范围
1.若要进行D/A转换首先需要设定转换通道,设定转换通道就是使DM(m)单元的某些位为1。
具体如图5-16所示。
图5-16设置转换通道
2.输出信号范围
输出信号范围可以在DM(m+1)单元中设置。
具体设置如图5-17所示。
注意设置完成之后,一定要使PLC重新通电或是通过设置重启动位使设置从CPU中传输到单元中,只有这样设置才能有效。
图5-17输出信号范围设置
5.4.2输出保持功能
输出保持功能可以在如下情况下使输出信号保持不变:
(1)当输出转换使能位为0。
(2)在调整模式,在调整过程中没有指定输出通道。
(3)被转换的数字数据有错误。
(4)PLC出现重大错误。
当转换停止时的输出状态可以是清除(CLR)、保持(HOLD)和最大(MAX)。
输出信号数值见表5-4。
表5-4输出信号状态表
输出信号
清除(CLR)
保持(HOLD)
最大(MAX)
0V~10V
-0.5V(满标尺的5%)
前一个转换输出的电压
10.5V(最大值+(满标尺的5%)
-10V~+10V
0V
前一个转换输出的电压
11.0V(最大值+(满标尺的5%)
1V~5V
0.8V(满标尺的5%)
前一个转换输出的电压
5.2V(最大值+(满标尺的5%)
4~20mA
3.2mA(满标尺的5%)
前一个转换输出的电流
20.8mA(最大值+(满标尺的5%)
输出保持功能需要按照表5-5所示的内容进行设置。
表5-5输出保持功能的设置
DM字
功能
设置
DM(m+2)
输出1:
当停止转换时的输出状态
xx00:
CLR
xx01:
HOLD
xx02:
MAX
xx表示是任意数值
DM(m+3)
输出2:
当停止转换时的输出状态
注意设置完成后需要PLC重新通电,或是重新设置重启动位才能使设置有效。
5.4.3写入被转换数值
输出1的被转换数值写入IR区的字n+1,而输出2的被转换数值写入IR区的字n+2。
都是16位二进制数据。
图5-18所示的是将DM0001中的内容写入IR101中进行转换的梯形图。
这里MAD01单元的单元号是#0。
图5-18将DM0001单元的数据写入IR101进行D/A转换
输出1和输出2同时输出的梯形图如图5-19所示。
该梯形图把DM0001和DM0002单元的内容送入IR101和IR102单元。
图5-19输出1和输出2同时转换的梯形图
5.4.4起动和停止转换
要进行D/A转换,就需要进行转换设置,具体设置见图5-20。
当该设置位是1,就进行转换,否则就不进行D/A转换。
图5-20转换设置
图5-21是对于单元号为#0的单元输出1设置转换的梯形图。
图5-21使输出1开始转换的梯形图
5.4.5转换数据超出范围
若是被转换数据超出了范围,就会发生错误,该错误标志存放在IR区的字n+9。
字n+9的第1位存储的是输出2的错误,第0位存储的是输出1的错误。
利用该错误标志可以进行转换检测,若是数据不对,就不进转换。
图5-22就是利用错误标志控制转换的梯形图。
图5-22利用错误标志控制转换的梯形图
5.5比例变换功能
模拟I/O单元具有模拟到模拟变换功能,该功能是在单元内部完成的,转换的回路是:
输入1→进行比例计算→输出1和输出2→进行比例计算→输出2。
在模拟输入和模拟输出之间的关系是:
正梯度变换的模拟输出和模拟输入之间的关系如图5-23所示。
而负梯度变换的模拟输出和模拟输入之间的关系如图5-24所示。
图5-23正梯度变换图5-24负梯度变换
要进行回路变换,首先需要指定回路,然后需要输入A常数和B常数,具体内容如表5-6所示。
表5-6设置回路变换常数A和B
DM字
功能
输入数值
DM(m+10)
回路1(输入1→输出1),输入常数A
BCD码,范围0~99.99,单位0.01
DM(m+11)
回路1(输入1→输出1),输入常数B
16位二进制数
DM(m+12)
回路2(输入2→输出2),输入常数A
BCD码,范围0~99.99,单位0.01
DM(m+13)
回路2(输入2→输出2),输入常数B
16位二进制数
注意设置完成后需要PLC重新通电,或是重新设置重启动位才能使设置有效。
5.6偏移量和增益调整
在可调整模式,可以对单元的偏移量和增益进行调整,调整过程如图5-25所示。
图5-25调整偏移量的增益的过程
实际偏移量调整就是零点调整,而增益调整是满度值调整。
对于A/D转换来说,输入0信号时,转换的数字量应该为0,若是不为0,就应该调整,而输入满度值的模拟电压时,转换的数字量就应该是满度的数字量,若不是满度数字量,就应该调整。
调整的方法是在输入端接一个可调整信号,然后调整这个信号,使转换的数字量满足0值和满度值的要求。
对于D/A转换器,需要数字量在0值或满度值时,输出的模拟电压也应该是0值或满度值,若不是这样,就需要调整。
调整方法是:
,用数字电压表监测输出的模拟量信号,然后增大或减小数字信号,直到输出的模拟信号满足
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- 第5章 模拟量单元 模拟 单元
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