6ES7223-1BF22-0XA8诚信经营

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一、应用背景

    工业控制技术经过近几年的发展，已从早期的单机控制逐步走向了集中监控、集散控制。如今已进入网络时代，工业控制器的网络化也成为工控技术发展方向之一。为了方便不同厂家的不同控制单元进行组网，诞生了很多种通信协议，其中modbus协议就是工业控制器的网络协议中应用较为普遍的一种。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。

    因此在很多plc中也专门针对modbus的通讯外围设备设置了专用的驱动指令。例如台达plc中就有“modrd”、“modrw”、“rs”等modbus资料传输指令，但这些指令在使用时每次只能传输一组数据，无法同时传输多组数据，这就给设备的监控带来了一定的麻烦。例如在plc和变频器之间通讯，若需要将变频器运行时的频率、电流、温度等数据瞬时传送给plc，由plc对这些数据做出分析判断，并将参数显示在人机界面中。这时若用同一指令对几个参数分别传送，就会发现传出的数据并不是我们所需要的，数据明显的出现了混乱，有时还会出现乱码。

    不同的参数在变频器中的地址本身就不相同，当然我们也需要在plc中划分出不同的存储区来存放这些参数。既然地址是不同的那就排除了地址冲突的可能性，所以可能造成数据混乱的原因就应该是指令传输的时间发生了冲突。因此，为了避免多个参数传输时发生冲突，在区别其地址的基础上还需要区别其传输的时间。

二、实施方法

    就以我公司所生产的新型精梳机为例，来具体说明实施的方法。精梳机是近年来在纺织行业使用较为普遍的一种设备，其主要作用是排出梳棉生条中一定长度以下的短纤维，提高纤维整齐度，进一步清除纤维中残留的棉结、杂质，提高纤维光洁度。由于精梳机的电气控制部分采用了plc运算控制，变频器驱动调速，触摸屏操作显示的控制主线，因此在三者间就必然会用通讯协议来传输数据。其中触摸屏通过rs232接口与plc连接，变频器通过rs485接口与plc连接。

    由于纺织设备通常使用在高温、高湿的环境里，并且空气中飘浮着大量的棉絮，因此在这种较为恶劣的环境中应用时变频器是应安装在电气柜中的。很多情况下我们都是通过电机的负荷来分析机械故障的，而电机的运行参数又直接反应在变频器上。根据变频器所显示的电机频率我们可以判断精梳机的实际运行速度是否符合设定速度；根据变频器所显示的电机电流我们可以判断精梳机的传动机构间隙是否合适，轴承运动是否灵活；根据变频器所显示的温度我们可以判断变频器的冷却风道是否被棉絮堵塞等等。但实际使用时电气柜是关闭的，而且变频器的显示区每次只能显示一个参数，若要查看其它参数就需要在变频器上不断的切换，很不方便。

    在这种情况下，操作者和检修者对设备的运行情况并不能直观的了解，这就给检修与维护带来了很大的不便，如果能把变频器运行时的频率、电流、温度等参数在触摸屏上同时显示出来，就能直观的掌握电机的负荷和设备的运行状况了。我们使用的是台达vfd055m43a型变频器，支持modbus协议，参照说明书不难看出频率、电流、温度的字址分别是2103h、2104h和210dh，在台达plc程序中可以利用“modrd”指令对变频器进行资料读取。为了避免读取数据的时间发生冲突，可以在plc中利用软件来形成循环的时间脉冲，对这些参数依次读取。

    假设在触摸屏上显示频率、电流、温度的寄存器地址分别是d1、d2和d3，刷新的时间是7个单位时间，先利用plc编程软件形成一个如下图所示的循环时间脉冲，当然编制这个程序也有不同的方法，这里就不详细叙述了。可以用t1、t2和t3分别来触发“modrd”指令，从而在不同的时间送出所需要的资料。

    具体的做法可参照下面的程序，终传输的变频器参数可以作为一个画面显示在触摸屏中。

plc中的相关程序

触摸屏中的相关画面

三、结束语

    当然，要实现这些功能还有其它很多种方法，设计者也可根据自己的习惯选择。此外，也可以根据显示参数的数量来确定时间脉冲的数量，终形成一个脉冲对应一个参数的关系。也可以通过程序设定脉冲周期，从而根据需要来改变参数的刷新时间，终实现对多个参数的通讯传输功能。　三菱plc有f1与f2系列小型机，fx系列与fx2系列整体式高功能小型机，a系列、qna系列、q系列大中型机等，其中fx2n系列则是fx系列zhonggong能强、速度高的微型可编程序控制器之一。

一、fx2n系统配置 1.  fx2n基本构成 

　　1）fx2n型号标注
　　fx2n系列plc型号标注型式为：
　　　　　　　　　　fx2n- ??    ?    ?  -   ?
　　　　　　　　　　　　　  ①    ②   ③     ④
　　①  表示输入输出总点数；
　　② 表示单元类型（m—基本单元、e—输入输出混合扩展单元与扩展模块、ex—输入专用扩展模块、ey—输出专用扩展模块）；
　　③  表示输出形式（r—继电器输出、t—晶体管输出、s—双向晶闸管输出）
　　④  表示特殊品种的区别，见表1。

表1 fx2n型号特殊品种位标注含义

特殊品种位标注符号

含义

特殊品种位标注符号

含义

d

dc电源，dc输出

a1

ac电源，ac输入（ac100~120v）或ac输出

h

大电流输出扩展模块（1a/1点）

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

l

ttl输入扩展模块

s

独立端子（无公共端）扩展模块

无符号

ac电源、dc输入、横式端子排、标准输出（继电器输出为2a/1点、晶体管输出型为0.5a/1点、双向晶闸管输出为0.3a/1点）

　　例如型号为fx2n- 48mr-d的plc属于fx2n系列，有48个i/o点的基本单元，继电器输出型，使用dc24v电源。
　　2）fx2n基本单元
　　fx2n系列基本单元按输入输出点数有16点、32点、48点、64点、80点与128点，用户存储器容量可扩展到16k步，fx2n各基本单元规格见表2。

表2  fx2n系列基本单元（ac电源dc输入）

型     号

输入点数

输出点数

扩展模块
可用点数

继电器输出

晶闸管输出

晶体管输出

fx2n-16mr

fx2n-16ms

fx2n-16mt

8

8

24~32

fx2n-32mr

fx2n-32ms

fx2n-32mt

16

16

24~32

fx2n-48mr1

fx2n-48ms

fx2n-48mt

24

24

48~64

fx2n-64mr1

fx2n-64ms

fx2n-64mt

32

32

48~64

fx2n-80mr

fx2n-80ms

fx2n-80mt

40

40

48~64

fx2n-128mr

fx2n-128mt

64

64

48~64

　　图1是fx2n-64mr基本单元外形，基本单元由内部电源、内部cpu、内部输入输出接口及程序存储器（ram）组成，其中动作指示灯1有5个，分别为power—电源指示灯、run—运行指示灯、batt.v—电池电压下降指示灯、prog-e—程序出错指示闪烁灯及cpu-e—cpu出错指示亮灯。

图1  fx2n-64mr基本单元外形图
1-动作指示灯  2-din导轨装卸卡子  3-输出动作指示灯  4-输出用装卸式端子 5-外围设备接线插座盖板
6-面板盖  7-电源、辅助电源、输入信号用装卸式端子  8-输入指示灯  9-安装孔(4 -f4.5)  10-扩展设备接线插座板

2.  fx2n扩展配置

　　1）fx2n扩展单元
　　fx2n系列还具有较为灵活的i/o扩展功能，其中扩展单元由内部电源及内部输入输出接口组成，fx2n系列扩展单元见表3。

表3  fx2n扩展单元（ac电源、dc输入）

型     号

输入点数

输出点数

扩展模块
可用点数

继电器输出

晶闸管输出

晶体管输出

fx2n-32er

fx2n-32es

fx2n-32ett

16

16

24~32

fx2n-48er

fx2n-48et

24

24

48~64

　　图2是fx2n-32er扩展单元外形图，扩展单元在扩展组合中起中间电源供给及i/o扩展作用，当扩展组合供电电流总容量不足时，就须在扩展组合中增设扩展单元进行供电电流容量的扩充。

图2 扩展单元fx2n-32er

　　2）fx2n扩展模块
　　fx2n扩展模块仅由输入输出接口组成，需由基本单元或扩展单元供电，其控制用电源为dc5v，fx2n系列扩展模块见表4。

表4  fx2n扩展模块（控制电源用dc5v）

输入输出
总点数

输入
点数

输出
点数

继电器
输出

输入

晶体管
输出

三端双向可
控硅开关元件

输入信号
电压

连接形式

8(16)

4(8)

4(8)

fx0n-8er

-

-

dc24v

横端子台

8

8

0

-

fx0n-8ex

-

-

dc24v

横端子台

8

0

8

fx0n-8eyr

-

fx0n-8eyt

-

-

横端子台

16

16

0

-

fx0n-16ex

-

-

dc24v

横端子台

16

0

16

fx0n-16eyr

-

fx0n-16eyt

-

-

横端子台

16

16

0

-

fx2n-16ex

-

-

dc24v

横端子台

16

0

16

fx2n-16eyr

-

fx2n-16eyt

fx2n-16eys

-

横端子台

　　3）fx2n特殊扩展设备
　　fx2n还有特殊功能板、特殊模块及特殊单元等特殊扩展设备可供选用，特殊扩展设备需由基本单元或扩展单元供dc5v电源，见表5。

3.  fx2n扩展规则 

　　1）fx2n扩展组合
　　通过fx2n基本单元右侧的扩展单元、扩展模块、特殊单元或特殊模块的接线插座进行扩展。可扩展单元和扩展模块分为a、b两组，a组扩展设备为fx2n用扩展单元与扩展模块、fx0n用扩展模块和特殊模块（不能接fx0n用的扩展单元）；b组扩展设备为fx1与fx2用扩展单元、扩展模块、特殊单元及特殊模块。
fx2n基本单元右侧可接a组与b组扩展设备，接b组扩展设备时必须采用fx2n-cnv-if型转换电缆。但在b组扩展设备的右侧不能再接a组扩展设备。

表5  fx2n特殊扩展设备（控制电源用dc5v）

特殊扩展设备类型

型号

名称

功能概要

耗电(ma)

特殊功能板

fx2n-8av-bd

容量转接器

模拟量 8点

20

fx2n-422-bd

rs422通信板

用于连接外围设备

60

fx2n-485-bd

rs485通信板

用于计算机

60

fx2n-232-bd

rs232通信板

用于连接各种rs232c设备

20

fx2n-cnv-bd

fxon用适配器连接板

不需要电源

特殊模块

fx0n-3a

8位2ch模拟输入、1ch模拟输出

电压输出：dc±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx0n-16nt

m-net/ m1n1用绞合导线

i/o：8点/ 8点，局间100m

20

fx2n-4ad

12位4ch模拟输入、模拟输出

电压输入：±10v，电流输入：+4~±20ma

30

fx2n-4da

12位4ch模拟输出

电压输出：dc±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx2n-4ad-pt

12位4ch温度传感器输入

电压输出：dc±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx2n-4ad-tc

4ch温度传感器输入(热电偶)

热电偶型温度传感器用模块

30

fx2n-1hc

50khz 2相调整计数器

1相1输入、1相2输入、2相输入：大50khz

90

fx2n-1pg

100kpps脉冲输出模块

单轴用，大频率100kpps，顺控程序控制

55

fx2n-232if

rs232c通信接口

rs232c通信用，1ch

40

使用以下特殊模块或特殊单元时，需必换fx2n-cnv-if型电缆

fx-16np

m-net/ mini用光纤

i/o：8点/ 8点，局间100m

80

fx-16nt

m-net/ mini用绞合导线

i/o：8点/ 8点，局间100m

80

fx-16np-s3

m-net/ mint-s3用光纤

i/o：8点/ 8点，局间50m

80

fx-16nt-s3

m-net/ mint-s3用绞合导线

i/o：8点/ 8点，16位数据：28字，局间100m

80

fx-2da

12位2ch模拟输出

电压输出：dc±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx-4da

12位4ch模拟输出

电压输出：dc±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx-4ad

12位4ch模拟输入

电压输出：±10v，电流输出+4~±20ma

30

fx-2ad-pt

2ch温度输入(pt-100)

pt-100型温度传感器用模块

30

fx-4ad-tc

4ch传感器输入(热电偶)

热电偶型温度传感器用模块

40

fx-1hc

50khz 2相高速计数器

1相1输入、1相2输入、2相输入：大50khz

70

fx-1pg

100kpps脉冲输出块

单轴用，大频率100kpps，顺控程序控制

55

fx-1dif

idif接口

id接口模块

130

特殊单元

fx-1gm

定位脉冲输出单元(1轴)

单轴用大频率100kpps

自给

fx-10gm

定位脉冲输出单元(1轴)

单轴用大频率200kpps

自给

fx-20gm

定位脉冲输出单元(2轴)

双轴用大频率200kpps， 插补时100kpps

自给

　　2）扩展编址

　　输入继电器（x）、输出继电器（y）的序号由基本单元开始，按连接顺序，依次按“逢8进1”规则进行编址。
　　组编址：x000  x001  x002  x003  x004 x005  x006  x007
　　　　　　　　y000  y001  y002  y003  y004 y005  y006  y007
　　第二组编址：x010  x011  x012  x013  x014 x015  x016  x017
　　　　　　　　y010  y011  y012  y013  y014 y015  y016  y017
　　　　　　　　……
　　第八组编址：x070  x071  x072  x073  x074 x075  x076  x077
　　　　　　　　y070  y071  y072  y073  y074 y075  y076  y077
　　输入继电器（x）、输出继电器（y）编址前位的数字“0”可省略，即输入继电器x000 = x0，y012= y12。

　　例：基本单元fx2n-48mr连接了扩展模块fx2n-16eyr，请给出输入继电器与输出继电器编址号。
　　答：基本单元fx2n-48mr有24个i接口，24个o接口，编址号分别为x0~x7、x10~x17、x20~x27；y0~y7、y10~y17、y20~y27。
　　扩展模块fx2n-16eyr有8个i接口、8个o接口，编址号分别为x30~x37；y30~y37。

　　3）供耗电量匹配
　　基本单元与扩展单元均可向扩展模块提供dc24v电源，不同规格的基本单元、扩展单元dc24v的供给电流容量及扩展模块dc24v的耗电量见表6。

表6  fx2n系列设备的供耗电量表

设备类别

型号

供给电流容量

耗电量

基本单元

fx2n-16m、32m

250ma

fx2n-48m~128m

460ma

扩展单元

fx2n-32e、fx-32e

250ma

fx2n-48e、fx-48e

460ma

输入扩展模块

fx2n、fx0n各输入扩展模块

8点耗电50ma

fx1、fx2各输入扩展模块

8点耗电55ma

输出扩展模块

fx2n、fx0n各输出扩展模块

8点耗电75ma

fx1、fx2各输出扩展模块

8点耗电75ma

　　plc扩展时，各个扩展模块消耗电流必须在可供给单元的总容量以内，若容量不够，必须增加带dc24v电源的扩展单元进行容量补充，而剩余容量可以作传感器或负载方面的电源。

　　例：基本单元fx2n-48mr如要连接扩展模块fx0n-8ex、fx2n-16ex、fx0n-8eyr，请计算供给电流总容量是否足够。
　　答：由表5-6知，基本单元fx2n-48mr的dc24v供给电流容量为460ma，扩展模块fx0n-8ex、　　fx2n-16ex、fx0n-8eyr各自的dc24v耗电量为50ma、50′2 ma、75 ma。
　　供电电流剩余容量 di = 460ma - (50 ma+50′2ma+75ma) = 325 ma 3 0
　　供电电流总容量充够。

　　特殊扩展模块须由基本单元或扩展单元供给dc5v的电源，此时fx2n2各基本模块的供给电流容量为290ma、扩展单元为690ma。各特殊扩展模块的耗电量查阅表5-5。

　　例：基本单元fx2n-48mr如要连接特殊扩展模块fx0n-3a三块、fx-1hc一块、fx-10gm一块，请计算供给电流总容量是否足够。
　　答：由表5-5知，特殊扩展模块fx0n-3a、fx-1hc的耗电量分别为30 ma、70ma ，而fx-10gm自带电源。
　　供电电流剩余容量 di = 290ma - (30ma*3+ 70ma) = 130ma >0
　　供电电流总容量充够。

二、fx2n外部连接 1.  plc与电源连接 

　　图3是fx2n系列plc基本单元、扩展单元、扩展模块与供电电源间的接线图。所需ac电源额定电压为ac100~240v（电压允许范围ac85~264v），额定频率50/60hz。

图3 fx2n系列plc外部接线图

  　当长时间断电或异常电压下降时，plc就停止工作、输出处在“off”状态，当电源恢复供电时，plc重新自动运行、此时run输出就处在“on”状态。
　　外部接线时用l端子与n端子接ac电源，各模块电源配线均需用2mm2以上电线。基本单元的接地端子通过导线接地，再将其余各模块接地端子通过导线接至基本单元接地导线上。
基本单元的com接线端子与各扩展单元的com互连，而基本单元和扩展单元的24+端子则不能互连。

2.  plc输入接口连接 

　　为了防止输入接口外部的振动噪音和输入线噪声进入plc内部输入电路，plc内部的1次和2次输入电路间用光耦合器隔离，2次电路中设有c-r滤波器，因此输入信号从on?off或off?on变化过程会在plc内形成10ms的应答滞后。
　　图4为fx2n系列plc输入接口外部元件接线示例图。各个外部输入元件的一端接x输入接口端子，另一端接至plc的com端。
　　fx2n2系列plc输入电流为dc24v（7ma），x010以后是24v（5ma），即当接入信号为“on”时，输入接口通入电流需在4.5ma以上，输入信号为“off”时，通入电流需小于1.5ma，对于接近开关，除了与x输入端子、com端子相连外，还需接至24+端子。

图4 输入接口外部接线示例图

3.  plc输出接口连接

　　1）继电器输出接线

　　继电器输出型接口端子是4点或8点公用型输出端子，各公共端子编号分别为com1~com10，各个输出接口端子可以连接并驱动ac200v、ac100v和dc24v等不同电路电压的负载，plc内部输出继电器线圈和接口端子之间、plc内部电路与外部负载电路之间均有电隔离。
　　图5是fx2n系列plc继电器输出接线示例图。继电器线圈通电时，plc外壳上对

图5 继电器输出接线示例图

　　应该继电器线圈的输出动作指示灯led亮，输出接口状态为“on”；断电时led灯熄，进入“off”状态。输出继电器线圈“on”状态与“off”之间的转换时间为10ma。
　　负载接线时一端接在y输出接口端子上，另一端则接至驱动电源；驱动电源一端与负载相连，另一端则与com接口端子相连。由于plc内部输出电路中无保护环节，所以驱动电源与com接口端子间应设熔断器。对于交流感性负载，应并联浪涌吸收器，见y003接口接线示例；而对于直流感应性负载，则须并联续流二极管，连接应注意正负极性，见y005、y007接口接线示例。
　　2个输出接口电路不能同时输出“on”时，应采用双重互锁确保安全，即除了plc内部程序互锁外，输出接口外部同时通过接触器触头互锁，见y001、y002接口端子上通过接触器控制电动机正反转的接线示例。
　　2）晶闸管输出接线
　　晶闸管又称三端双向可控硅开关元件，晶闸管输出接口为4点或8点公共输出型接口电路，可以连接并驱动ac100v、ac200v等不同电路电压的负载，plc内部电路和晶闸管之间采用光控晶闸管绝缘。
　　图6是fx2n系列plc晶闸管输出接线示例图。光控晶闸管驱动信号为“on”时，plc外壳上对应该晶闸管的指示灯led亮。光控晶闸管的“off”状态转换为“0n”状态的时间不超过1ms。负载一端与晶闸管y输出接口端子相接，另一端接至驱动电源的一极，驱动电源另一端接在com输出接口端子上。由于晶闸管输出端并联了用于断开电路的r-c吸收器，所以开路时产生1ma/ac100v、2ma/ac200v的漏电流，即使晶闸管输出为“off”，该漏电流仍使额定工作电流值低的小型继电器及微量电流负载工作，因此晶闸管输出接口上负载的工作电流不能低于漏电流值，对于低于漏电流的负载，例如氖灯，必须并联脉冲吸收器，见y002、y003、y007接线端示例。

图6 晶闸管输出接线示例图

　　对于输出端信号不允许同时为“on”的正反转接触器负载的外部接线，除了plc内部程序互锁外，还须实现外部接线的电气互锁。
　　3）晶体管输出接线
　　晶体管输出端负载电源选用dc5~30v的直流电源，plc内部电路与输出晶体管之间用光电耦合器进行光电隔离，光电耦合器从“off”状态转换为“on”状态所需的响应时间为0.5ma，在“on”状态时，plc外壳上对应的指示灯led亮。
　　图7是fx2n系列plc晶体管输出接线示例图，负载通过熔断器、直流电源接在plc的y输出端接口和com输出端接口间。
　　对于不能同时为“on”的负载，见y004、y005输出端口接线示例，需在外部采用电气互锁接线。

图7 晶体管输出接线示例 

三、工作任务

　　叙述fx2n系列plc的型号含义；掌握fx2n系列plc的编址方法；会正确连接fx2n系列plc的外部装置。