4AD、4DA转化模块在闭环调速中的应用

谢新刚

摘要：在PLC控制闭环系统中，功能模块4DA、4AD起着非常重要的作用。文章分别对FX2N-4DA转化模块功能与FX2N-4AD转化模块功能进行了分析，并且对其在闭环调速中的应用进行了研究。

关键词：PLC；闭环系统；4A/D；4D/A；闭环调速

中图分类号：TP335 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0066-02

1 FX2N-4DA转化模块功能

与FX2N-4AD转化模块相对，FX2N-4DA模块是用于将PLC传送来的12位数字量转化成数值对应的模拟量（电压值或电流值）输出到外部，将此模拟量再传送给电气设备。FX2N-4DA有四个输出通道（CH1、CH2、CH3、CH4）。DA模块可以将数字量转化为-10V～+10V的直流电压输出，分辨率为5mV，也可以转化为0～20mA的模拟电流输出，分辨率为20uA。DA模块与FX2N基本单元之间通过缓冲寄存器（BFM）交换数据。DA模块共有32个缓冲寄存器，编号为#0-#31，每个寄存器有16位。与AD模块一致，PLC基本模块也是通过使用FROM/TO指令来读/写DA模块缓冲寄存器中的数据。FX2N-4DA与FX2N-4AD都占用FX2N扩张总线其中的8个点。这8个点可以分配成输入或输出。硬件连接上，DA模块使用数据线与基本单元进行通信，并且由基本单元提供+24V直流电压源。

主要缓冲寄存器（BFM）的功能介绍：

BFM#0：输出模式选择。格式为H，H表示16进制，每个通道中O可以取0、1、2。其代表含义分别为：O=0表示设置为电压输出模式（-10V～+10V）；O=1表示为设置电流输出模式（+4mA～20mA）；O=2表示为设置电流输出模式（0mA～20mA）。#0的缺省值为H0000。BFM#1表示通道1（CH1）的输出数据，可从#1读取通道1的输出数值。同理，BFM#2、BFM#3、BFM#4分别表示通道2到通道4的输出值，基本单元可使用FROM指令进行读取。BFM#29中的数据表示错误状态。当出现错误，#29的对应位会被置1。基本单元可以用FROM从这里读出错误的详细信息，从而分析错误原因纠正错误。BFM#30中存放的数据为K3020，代表DA模块的标识码，可以用FROM读取。使用DA模块程序时，一般先检查#30中的值是否正确。

FX2N-4DA模块在本文的作用简述为：将PLC基本单元利用数据线传到DA模块的数字量转化为数值对应的模拟电压值输出。将模拟电压值输出端口连接到变频器的频率输入控制端，设置变频器的输出频率。变频器频率的输出又决定电机的转速。

PLC上电运行后，M8002为PLC运行后产生一个周期的脉冲，数据寄存器D0中存放的是DA模块的识别码K3020，系统检测无误后M1=1。注意DA模块在本文系统中可安装在其基本单元第二个位置，所以模块位置为K1，安装在第一位置的模块为K0。本文使用DA模块的通道1并将CH1通道设置为电压输出模式（-10V～+10V）。数据储存器D1中存放的值送至DA转化模块。此段程序的功能为：检测DA转化模块通信是否正确，无误后将D1中的数字量送至DA模块进行DA转化。经DA转换后，从CH1输出端将D1中以模拟量电压值的形式输出给变频器。硬件连接上，DA模块模拟量输出通道1的V+（1）、V-（1）分别接到变频器FR、FC端。

PLC中的数字量经DA模块输出给变频器以设置输出频率，控制电机转速。测速发电机输出的模拟量经AD模块送至PLC，乘以反馈系数，得到反馈值实际转速。

2 FX2N-4AD转化模块功能

FX2N-4AD模块是一种精度较高的模拟量输入模块。可用于多种场合，比如温度、压力、流量、电压等模拟量的监控。它有四个输入通道，分别为CH1、CH2、CH3、CH4。FX2N-4AD模块将外部的输入模拟量转化为数字量输出。FX2N-4AD分辨率为12位，分辨率相对较高，模拟量转换成数字主要需经采样、保持、量化、编码四个步骤。

输入的模拟量信号可以为电压信号也可以为电流信号。输入的模拟电压值为-10V～+10V，分辨率为5mV。如果输入的电压值超过上下值（如输入为+12V或者-12V）会以+10V或-10V输入。但一旦输入的电压值超过±15V，单元可能会被损坏。电流的输入有两种形式范围：一种范围为4～20mA，另一种为-20mA～+20mA，分辨率都为20uA。与电压值输入类似，输入的电流值应避免过大，以防损坏器件。

FX2N-4AD内部共有32个缓冲寄存器（BFM），编号为BFM#0～#31。BFM的目的是用AD模块与PLC基本单元进行数据交换的。#0～#31每个缓冲寄存器的位数均为16位。编号不同的缓冲寄存器里面存放着代表不同意义的数值。比如#0中存放初始化通道的设置值，通过此值得设定可以选择不同的通道及电压型、电流型输入。#1中存放着通道1的平均采样次数。PLC的基本单元与FX2N-4AD之间的数据通信是由FROM/TO功能指令来完成的。PLC基本单元使用FROM指令从AD模块的缓冲寄存器中读取数据，使用TO指令向AD模块的缓冲寄存器中写入数据。本质上FROM/TO操作都是针对AD模块中BFM进行的操作。硬件连接上，PLC基本单元用数据线与AD模块进行数据交换，此外为AD模块提供+24V电压源。

FX2N-4AD模块的作用为：将直流发电机测得的代表电机转速的模拟量电压值转化为PLC能进行处理的数字量，通过数据线送到PLC基本单元的指定数据寄存器中。之所以进行AD转化，原因在于PLC基本单元只能处理数字量，所以必须先用AD模块进行模/数转化操作。

PLC上电以后，在运行的第一个周期内进行AD模块通信检测，识别特殊模块识别码是否为K2010。若检查无误，进行下面的程序操作。CMP比较指令占用M3、M4、M5三个辅助继电器。

H3330表示设定CH1为-10V～+10V输入，关闭CH2、CH3和CH4。K1单元中存放着通道1的平均采样次数（有效值为1～4096），基本单元用TO指令对其内容进行改写。CH1的平均值得采样次数设置为8次。K5单元中存放着通道1采样的平均值，利用FROM进行读取。本文中CH1采样的平均值存放在数据寄存器D10中。BON指令的作用为：判断D10第15位的状态，若第15位是1（表示此数为负）则后面的辅助继电器会被置1，否则为0。若电机反转，则D10中存储的值应为负值，执行BON指令的结果是：M10=1。若电机正转，D10中的数值应为正数，M10=0。当M10=1时，执行NEG求补指令，将D10中的值求补仍存放在D10中。M10=0，不执行NEG指令。在硬件连接方面，测速直流发电机的正、负输出端分别接到AD模块的V+（1）与V-（1）端。

PLC中的数字量经DA模块输出给变频器以设置输出频率，控制电机转速。测速发电机输出的模拟量经AD模块送至PLC，乘以反馈系数，得到反馈值实际转速，实现电机的闭环调速。

参考文献

[1] 李耿，宗光华.PC机与PLC串行通信的实现[J].微计算机技术，2012，（4）.

[2] 三菱电机公司.FX2N编程手册[S].2004.

[3] 王兆义，杨新志.小型可编程控制器实用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2011.