4AD、4DA轉化模塊在閉環調速中的應用

謝新剛

摘要：在PLC控制閉環系統中，功能模塊4DA、4AD起著非常重要的作用。文章分別對FX2N-4DA轉化模塊功能與FX2N-4AD轉化模塊功能進行了分析，并且對其在閉環調速中的應用進行了研究。

關鍵詞：PLC；閉環系統；4A/D；4D/A；閉環調速

中圖分類號：TP335 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0066-02

1 FX2N-4DA轉化模塊功能

與FX2N-4AD轉化模塊相對，FX2N-4DA模塊是用于將PLC傳送來的12位數字量轉化成數值對應的模擬量（電壓值或電流值）輸出到外部，將此模擬量再傳送給電氣設備。FX2N-4DA有四個輸出通道（CH1、CH2、CH3、CH4）。DA模塊可以將數字量轉化為-10V～+10V的直流電壓輸出，分辨率為5mV，也可以轉化為0～20mA的模擬電流輸出，分辨率為20uA。DA模塊與FX2N基本單元之間通過緩沖寄存器（BFM）交換數據。DA模塊共有32個緩沖寄存器，編號為#0-#31，每個寄存器有16位。與AD模塊一致，PLC基本模塊也是通過使用FROM/TO指令來讀/寫DA模塊緩沖寄存器中的數據。FX2N-4DA與FX2N-4AD都占用FX2N擴張總線其中的8個點。這8個點可以分配成輸入或輸出。硬件連接上，DA模塊使用數據線與基本單元進行通信，并且由基本單元提供+24V直流電壓源。

主要緩沖寄存器（BFM）的功能介紹：

BFM#0：輸出模式選擇。格式為H，H表示16進制，每個通道中O可以取0、1、2。其代表含義分別為：O=0表示設置為電壓輸出模式（-10V～+10V）；O=1表示為設置電流輸出模式（+4mA～20mA）；O=2表示為設置電流輸出模式（0mA～20mA）。#0的缺省值為H0000。BFM#1表示通道1（CH1）的輸出數據，可從#1讀取通道1的輸出數值。同理，BFM#2、BFM#3、BFM#4分別表示通道2到通道4的輸出值，基本單元可使用FROM指令進行讀取。BFM#29中的數據表示錯誤狀態。當出現錯誤，#29的對應位會被置1。基本單元可以用FROM從這里讀出錯誤的詳細信息，從而分析錯誤原因糾正錯誤。BFM#30中存放的數據為K3020，代表DA模塊的標識碼，可以用FROM讀取。使用DA模塊程序時，一般先檢查#30中的值是否正確。

FX2N-4DA模塊在本文的作用簡述為：將PLC基本單元利用數據線傳到DA模塊的數字量轉化為數值對應的模擬電壓值輸出。將模擬電壓值輸出端口連接到變頻器的頻率輸入控制端，設置變頻器的輸出頻率。變頻器頻率的輸出又決定電機的轉速。

PLC上電運行后，M8002為PLC運行后產生一個周期的脈沖，數據寄存器D0中存放的是DA模塊的識別碼K3020，系統檢測無誤后M1=1。注意DA模塊在本文系統中可安裝在其基本單元第二個位置，所以模塊位置為K1，安裝在第一位置的模塊為K0。本文使用DA模塊的通道1并將CH1通道設置為電壓輸出模式（-10V～+10V）。數據儲存器D1中存放的值送至DA轉化模塊。此段程序的功能為：檢測DA轉化模塊通信是否正確，無誤后將D1中的數字量送至DA模塊進行DA轉化。經DA轉換后，從CH1輸出端將D1中以模擬量電壓值的形式輸出給變頻器。硬件連接上，DA模塊模擬量輸出通道1的V+（1）、V-（1）分別接到變頻器FR、FC端。

PLC中的數字量經DA模塊輸出給變頻器以設置輸出頻率，控制電機轉速。測速發電機輸出的模擬量經AD模塊送至PLC，乘以反饋系數，得到反饋值實際轉速。

2 FX2N-4AD轉化模塊功能

FX2N-4AD模塊是一種精度較高的模擬量輸入模塊。可用于多種場合，比如溫度、壓力、流量、電壓等模擬量的監控。它有四個輸入通道，分別為CH1、CH2、CH3、CH4。FX2N-4AD模塊將外部的輸入模擬量轉化為數字量輸出。FX2N-4AD分辨率為12位，分辨率相對較高，模擬量轉換成數字主要需經采樣、保持、量化、編碼四個步驟。

輸入的模擬量信號可以為電壓信號也可以為電流信號。輸入的模擬電壓值為-10V～+10V，分辨率為5mV。如果輸入的電壓值超過上下值（如輸入為+12V或者-12V）會以+10V或-10V輸入。但一旦輸入的電壓值超過±15V，單元可能會被損壞。電流的輸入有兩種形式范圍：一種范圍為4～20mA，另一種為-20mA～+20mA，分辨率都為20uA。與電壓值輸入類似，輸入的電流值應避免過大，以防損壞器件。

FX2N-4AD內部共有32個緩沖寄存器（BFM），編號為BFM#0～#31。BFM的目的是用AD模塊與PLC基本單元進行數據交換的。#0～#31每個緩沖寄存器的位數均為16位。編號不同的緩沖寄存器里面存放著代表不同意義的數值。比如#0中存放初始化通道的設置值，通過此值得設定可以選擇不同的通道及電壓型、電流型輸入。#1中存放著通道1的平均采樣次數。PLC的基本單元與FX2N-4AD之間的數據通信是由FROM/TO功能指令來完成的。PLC基本單元使用FROM指令從AD模塊的緩沖寄存器中讀取數據，使用TO指令向AD模塊的緩沖寄存器中寫入數據。本質上FROM/TO操作都是針對AD模塊中BFM進行的操作。硬件連接上，PLC基本單元用數據線與AD模塊進行數據交換，此外為AD模塊提供+24V電壓源。

FX2N-4AD模塊的作用為：將直流發電機測得的代表電機轉速的模擬量電壓值轉化為PLC能進行處理的數字量，通過數據線送到PLC基本單元的指定數據寄存器中。之所以進行AD轉化，原因在于PLC基本單元只能處理數字量，所以必須先用AD模塊進行模/數轉化操作。

PLC上電以后，在運行的第一個周期內進行AD模塊通信檢測，識別特殊模塊識別碼是否為K2010。若檢查無誤，進行下面的程序操作。CMP比較指令占用M3、M4、M5三個輔助繼電器。

H3330表示設定CH1為-10V～+10V輸入，關閉CH2、CH3和CH4。K1單元中存放著通道1的平均采樣次數（有效值為1～4096），基本單元用TO指令對其內容進行改寫。CH1的平均值得采樣次數設置為8次。K5單元中存放著通道1采樣的平均值，利用FROM進行讀取。本文中CH1采樣的平均值存放在數據寄存器D10中。BON指令的作用為：判斷D10第15位的狀態，若第15位是1（表示此數為負）則后面的輔助繼電器會被置1，否則為0。若電機反轉，則D10中存儲的值應為負值，執行BON指令的結果是：M10=1。若電機正轉，D10中的數值應為正數，M10=0。當M10=1時，執行NEG求補指令，將D10中的值求補仍存放在D10中。M10=0，不執行NEG指令。在硬件連接方面，測速直流發電機的正、負輸出端分別接到AD模塊的V+（1）與V-（1）端。

PLC中的數字量經DA模塊輸出給變頻器以設置輸出頻率，控制電機轉速。測速發電機輸出的模擬量經AD模塊送至PLC，乘以反饋系數，得到反饋值實際轉速，實現電機的閉環調速。

參考文獻

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