第六章特殊功能单元 PC可以非常出色地完成常规的继电逻辑控制,除了开关量控制这一基本功 能外,P℃还能实现多种特殊的控制功能,如进行模拟量控制,进行精确的定位 和速度控制等等,这些特殊功能极大地拓展了PC的应用范围。PC不仅是顺序 控制、逻辑控制的佼佼者,而且在运动控制、生产过程的自动化控制领域也占有 重要的地位。 OMRON组合式结构的大型机、中型机,还有组合式结构的小型机,提供了 多种特殊的功能单元,如标6.1所示,它们也称为智能单元,带有自己的CPU、 存储器,能在CPU单元的管理和协调下独立地处理特殊任务,这样既满足功能 上的要求,又减轻PC中主CPU的负担,提高了处理速度 小型机CQM1的特殊功能单元可全部用于它的后续机型 CQMIH 中型机C200H有近20种特殊功能单元,这类单元同基本的IO单元一样安 装在CPU底板或IO扩展底板上。C200H的特殊功能单元都可用于C200HS C200Ha,相互之间通用,这些单元也可全部用于CS1系列PC,但CS1有自己 专用的特殊功能单元。C200H特殊功能单元一般占用10个IR通道,部分单元 占用20个。所占用的通道号由单元的机号(单元号)决定。C200H分配给特 殊功能单元的IR通道范围从100到199,共100个。因此,一个C200HPC系 统中最多可有10个特殊功能单元。这些特殊功能单元的寻址方式与其在底板上 占用的槽位号无关。用户可以通过单元面板上的拨轮开关设置其机号,范围0~9, 机号不可重复。C200HS也可配置10个特殊功能单元,机号09。而C200Ha 最多能配置16个,机号0~9、A-F。 表61 OMRON的特殊功能单元 名称 适配的PC 名称 适配的PC CQ C20ICCS CQ C20C CS1 MIOHv I MIOHV 模拟输入单元十√√√√凸轮定位单 模拟输出单元√√√√|ID传感器单 模拟输入输出 √「ASCⅡ单元 单元 「温度传感器单 √「模糊控制单1 冷/热温度控制 √|语音单元 单元 温度控制单元 √磁卡读出单 兀 PID控制单元 √√√GPIB接口单 高密度输入单 √「温调数据链 接单元 高密度输出单 √|CRT接口单
第六章 特殊功能单元 PC 可以非常出色地完成常规的继电逻辑控制，除了开关量控制这一基本功 能外，PC 还能实现多种特殊的控制功能，如进行模拟量控制，进行精确的定位 和速度控制等等，这些特殊功能极大地拓展了 PC 的应用范围。PC 不仅是顺序 控制、逻辑控制的佼佼者，而且在运动控制、生产过程的自动化控制领域也占有 重要的地位。 OMRON 组合式结构的大型机、中型机，还有组合式结构的小型机，提供了 多种特殊的功能单元，如标 6.1 所示，它们也称为智能单元，带有自己的 CPU、 存储器，能在 CPU 单元的管理和协调下独立地处理特殊任务，这样既满足功能 上的要求，又减轻 PC 中主 CPU 的负担，提高了处理速度。 小型机 CQM1 的特殊功能单元可全部用于它的后续机型 CQM1H。 中型机 C200H 有近 20 种特殊功能单元，这类单元同基本的 I/O 单元一样安 装在 CPU 底板或 I/O 扩展底板上。C200H 的特殊功能单元都可用于 C200HS、 C200Hα，相互之间通用，这些单元也可全部用于 CS1 系列 PC，但 CS1 有自己 专用的特殊功能单元。C200H 特殊功能单元一般占用 10 个 IR 通道，部分单元 占用 20 个。所占用的通道号由单元的机号（单 元号）决定。C200H 分配给特 殊功能单元的 IR 通道范围从 100 到 199，共 100 个。因此，一个 C200H PC 系 统中最多可有 10 个特殊功能单元。这些特殊功能单元的寻址方式与其在底板上 占用的槽位号无关。用户可以通过单元面板上的拨轮开关设置其机号，范围 0~9， 机号不可重复。C200HS 也可配置 10 个特殊功能单元，机号 0~9。而 C200Hα 最多能配置 16 个，机号 0~9、A~F。 表 6.1 OMRON 的特殊功能单元 名称 适配的 PC 名称 适配的 PC CQ M1 C20 0H C V CS 1 CQ M1 C20 0H C V CS1 模拟输入单元 √ √ √ √ 凸轮定位单 元 √ √ √ 模拟输出单元 √ √ √ √ ID 传感器单 元 √ √ √ 模拟输入输出 单元 √ √ √ ASCⅡ单元 √ √ √ 温度传感器单 元 √ √ 模糊控制单 元 √ √ √ 冷/热温度控制 单元 √ √ 语音单元 √ √ √ 温度控制单元 √ √ √ 磁卡读出单 元 √ PID 控制单元 √ √ √ GPIB 接口单 元 √ 高密度输入单 元 √ √ 温调数据链 接单元 √ 高密度输出单 元 √ √ CRT 接口单 元 √
高密度IO单 √「个人计算机 单元 中断输入单元 √√√「虚拟IO单 兀 模拟定时单元 √「逻辑IO单 高速计数单元 √「√「√梯形程序I/O 单元 运动控制单元 √√√汇编程序IO 单元 位置控制单元 √√√传感器单元√ 注:“√”表示对应的PC已配置这种特殊功能单元。 本章介绍C20OH的模拟量输入单元、模拟量输出单元、温度传感器单元、位 置控制单元、髙速计数单元等5种常用的特殊功能单元。 6.1模拟量输入单元 C200HPC的模拟量输入单元有C200H-AD001、C200H-AD002、 C200H-AD003等几种。下面详细介绍C200H-AD001单元。 6.1.1性能 (1)输入模拟量路数:最多4路/单元,用户可选择使用其中1路、2路或4 (2)输入信号范围:电压输 入可选择为1~5V或0~10V;电 流输入为4~20mA。 (3)分辨率:输入为电压或机号设定开关 指示区 电流时均为满量程的1/4000(含 F 线性误差) (4)精度:25℃时为±0.5% 满量程;0~55℃时为±1.0%满量 程 (5)转换时间:最大25ms (1路) (6)输出代码:12位二进制 数码(000H~FAOH) 6.1.2设定与接线 C200H-AD001的面板图如图 所示 电/电流 单元的机号设置开关在面板输入端子 的左上方,机号设置范围为0~9, 但不可与其它智能单元重复。面 板右上方为状态显示,正常工作 时,RUN指示灯亮;输入信号断 线时 BROKEN WIRE指示灯亮 单元下方为接线端子,使用电压
高密度 I/O 单 元 √ √ 个人计算机 单元 √ 中断输入单元 √ √ √ 虚拟 I/O 单 元 √ 模拟定时单元 √ √ 逻辑 I/O 单 元 √ 高速计数单元 √ √ √ 梯形程序I/O 单元 √ 运动控制单元 √ √ √ 汇编程序I/O 单元 √ 位置控制单元 √ √ √ 传感器单元 √ 注：“√”表示对应的 PC 已配置这种特殊功能单元。 本章介绍 C200H 的模拟量输入单元、模拟量输出单元、温度传感器单元、位 置控制单元、高速计数单元等 5 种常用的特殊功能单元。 6．1 模拟量输入单元 C200H PC 的 模 拟 量 输 入 单 元 有 C200H-AD001 、 C200H-AD002 、 C200H-AD003 等几种。下面详细介绍 C200H-AD001 单元。 6．1．1 性能 （1）输入模拟量路数：最多 4 路/单元，用户可选择使用其中 1 路、2 路或 4 路。 （2）输入信号范围：电压输 入可选择为 1~5V 或 0~10V；电 流输入为 4~20mA。 （3）分辨率：输入为电压或 电流时均为满量程的 1/4000（含 线性误差）。 （4）精度：25℃时为±0.5% 满量程；0~55℃时为±1.0%满量 程。 （5）转换时间：最大 2.5ms （1 路）。 （6）输出代码：12 位二进制 数码（000H~FA0H）。 6．1．2 设定与接线 C200H-AD001 的面板图如图 6.1 所示。 单元的机号设置开关在面板 的左上方，机号设置范围为 0~9， 但不可与其它智能单元重复。面 板右上方为状态显示，正常工作 时，RUN 指示灯亮；输入信号断 线时 BROKEN WIRE 指示灯亮。 单元下方为接线端子，使用电压
输入时,电压输入信号接在+、Ⅴ-端子上:使用电流输入时,V+与I+端子短接 后接电流信号正端,Ⅴ-接电流信号负端。 接线时,为了避免噪声进入模拟量输入单元,应注意:连接线采用屏蔽双绞 线;屏蔽线接到COM端上;外部输入信号电缆应与交流电源线分开,以避免电 源线对信号线的干扰;模拟量输入单元的电缆与主回路电缆、高压电缆、非PC 负载电缆不要捆扎在一起,应隔离开来 在C200H-AD001的底部有四个DIP单元,如图62所示,用于对输入路数 和输入信号范围进行设定 ON1234 图62DIP设定开关 图6.1C200H-AD001面板图 开关1、2用于选择输入信号路数,见表62 开关3用于设定输入信号类型。置OFF时,电压输入1~5V,电流输入 4~20mA。置ON时,只能为电压输入0-10V。 开关4不用。 表62DIP开关1、2的设定 开关1 开关2 输入信号路数 使用路数 OFF 第1路 OFF OFF 第1、2路 OFF OFF 第1、2、3、4 ON不用 6.1.3通道分配 模拟量输入单元C200H-AD00占用6个IR通道、12个DM通道。若机号 设为N,则占用IR通道n~n+5(其中n=100+N×10)、DM通道m-m+11(其中 m=1000+N×100)。 1.IR通道分配 IR通道n为输出通道,用于对单元功能进行控制,用户可改变其内容。IR 通道n+1~n+5为输入通道,用户只能利用其内容而不能由用户程序改变其内容。 1)通道n(输出) bit00为禁止AD转换标志。bt00=1时,禁止A/D转换 bito1为偏差控制标志。bit0l=1时,执行偏差/增益控制。初始上电时,由于 冲击,输入电压可能超过规定的信号范围。系统在初始上电时自动使该位为1, 调整增益,以避免损坏单元。 bit02、bit03、bit04、bit05分别为输入1、2、3、4的刻度功能有效标志。 bt06不用。 bit07、bit08、bi09、bit10分别为输入1、2、3、4的平均功能有效标志。 bit 11为峰值保持功能有效标志
输入时，电压输入信号接在 V+、V-端子上；使用电流输入时，V+与 I+端子短接 后接电流信号正端，V-接电流信号负端。 接线时，为了避免噪声进入模拟量输入单元，应注意：连接线采用屏蔽双绞 线；屏蔽线接到 COM 端上；外部输入信号电缆应与交流电源线分开，以避免电 源线对信号线的干扰；模拟量输入单元的电缆与主回路电缆、高压电缆、非 PC 负载电缆不要捆扎在一起，应隔离开来。 在 C200H-AD001 的底部有四个 DIP 单元，如图 6.2 所示，用于对输入路数 和输入信号范围进行设定。 图 6.2 DIP 设定开关 图 6.1 C200H-AD001 面板图 开关 1、2 用于选择输入信号路数，见表 6.2。 开关 3 用于设定输入信号类型。置 OFF 时，电压输入 1~5V，电流输入 4~20mA。置 ON 时，只能为电压输入 0~10V。 开关 4 不用。 表 6.2 DIP 开关 1、2 的设定 开关 1 开关 2 输入信号路数 使用路数 OFF ON 1 第 1 路 OFF OFF 2 第 1、2 路 OFF OFF 4 第 1、2、3、4 路 ON ON 不用 6．1．3 通道分配 模拟量输入单元 C200H-AD001 占用 6 个 IR 通道、12 个 DM 通道。若机号 设为 N，则占用 IR 通道 n~n+5（其中 n=100+N×10）、DM 通道 m~m+11（其中 m=1000+ N×100）。 1．IR 通道分配 IR 通道 n 为输出通道，用于对单元功能进行控制，用户可改变其内容。IR 通道 n+1~n+5 为输入通道，用户只能利用其内容而不能由用户程序改变其内容。 1）通道 n（输出） bit00 为禁止 A/D 转换标志。bit00=1 时，禁止 A/D 转换。 bit01 为偏差控制标志。bit01=1 时，执行偏差/增益控制。初始上电时，由于 冲击，输入电压可能超过规定的信号范围。系统在初始上电时自动使该位为 1， 调整增益，以避免损坏单元。 bit02、bit03、bit04、bit05 分别为输入 1、2、3、4 的刻度功能有效标志。 bit06 不用。 bit07、bit08、bit09、bit10 分别为输入 1、2、3、4 的平均功能有效标志。 bit11 为峰值保持功能有效标志
bt2为平方根功能有效标志。 bt13、bt14、bt15不用。 2)通道n+1、n+2、n+3、n+4(输入) 分别存放输入1、2、3、4经转换后的数字量,PC可以直接读取。对于求平 均值、峰值保持和平方根功能来说,转换结果为12位二进制数,因此只有bit00- 数字有效;对于刻度功能,结果为4位十进制数(16位BCD码),此时bt0~15 十六位数字全部有效。如果没有设置上述四种功能,则上电后,四个通道的 bit00~11都将是对应输入信号经A/D转换后的二进制数据。 3)通道n+5(输入) bit00在DM通道m-m+11中的数据设定不正确时为1。 bit01、bit02、bit3、bit04分别为输入1、2、3、4的断线标志。当输入信号 设定为0~10V时,这些位不用。当输入信号设定为1~V或4~20mA时,若输入 信号低于0.5V或2mA时,这些位为1,表示已断线。 bi05为底部DP开关3设定标志,其状态与开关3的状态相同。 bi06为底部DIP开关1设定标志,其状态与开关1的状态相同。 bit07为底部DIP开关2设定标志,其状态与开关2的状态相同。 bito8为初始上电禁止转换标志。初始上电时,数据不稳定,系统自动将该 位置为1,禁止转换,100ms后该位被置为0 b09~15不用。 2.DM通道的分配 A通道m-m+7用于刻度功能的上、下限,m+8-m+1l用于平均功能下存 放求平均值的数据个数。DM通道的分配见表6.3。DM通道的数据必须为BCD 数。用户在编写程序之前,应根据所选用的功能,在相应的DM通道中预置参 数,而不能改变它们。 表6.3DM通道分配 DM通 含义 DM通 含义 道 输入1刻度下限值 m+6 输入4刻度下限值(BCD) (BCD) m+1 输入1刻度上限值 m+7 输入4刻度上限值(BCD) (BCD) m+2 输入2刻度下限值 m+8 输入1平均值所用数据个数 (BCD) (BCD) 输入2刻度上限值 输入2平均值所用数据个数 (BCD) (BCD) m+4 输入3刻度下限值 m+10 输入3平均值所用数据个数 (BCD) (BCD) m+5 输入3刻度上限值m+1 输入4平均值所用数据个数 (BCD (BCD) 6.1.4功能 1.二进制功能 当输出通道n的刻度功能标志为0时,二进制功能有效。此时二进制转换结 果为12位二进制数据,模拟量输入1、2、3、4的转换结果分别存放于IR通道 n+1、n+2、n+3、n+4中。图6.3为AD转换关系。转换后满刻度值为FAO,即
bit12 为平方根功能有效标志。 bit13、bit14、bit15 不用。 2）通道 n+1、n+2、n+3、n+4（输入） 分别存放输入 1、2、3、4 经转换后的数字量，PC 可以直接读取。对于求平 均值、峰值保持和平方根功能来说，转换结果为 12 位二进制数，因此只有 bit00~11 数字有效；对于刻度功能，结果为 4 位十进制数（16 位 BCD 码），此时 bit00~15 十六位数字全部有效。如果没有设置上述四种功能，则上电后，四个通道的 bit00~11 都将是对应输入信号经 A/D 转换后的二进制数据。 3）通道 n+5（输入） bit00 在 DM 通道 m~m+11 中的数据设定不正确时为 1。 bit01、bit02、bit03、bit04 分别为输入 1、2、3、4 的断线标志。当输入信号 设定为 0~10V 时，这些位不用。当输入信号设定为 1~5V 或 4~20mA 时，若输入 信号低于 0.5V 或 2mA 时，这些位为 1，表示已断线。 bit05 为底部 DIP 开关 3 设定标志，其状态与开关 3 的状态相同。 bit06 为底部 DIP 开关 1 设定标志，其状态与开关 1 的状态相同。 bit07 为底部 DIP 开关 2 设定标志，其状态与开关 2 的状态相同。 bit08 为初始上电禁止转换标志。初始上电时，数据不稳定，系统自动将该 位置为 1，禁止转换，100ms 后该位被置为 0。 bit09~15 不用。 2．DM 通道的分配 DM 通道 m~m+7 用于刻度功能的上、下限，m+8~m+11 用于平均功能下存 放求平均值的数据个数。DM 通道的分配见表 6.3。DM 通道的数据必须为 BCD 数。用户在编写程序之前，应根据所选用的功能，在相应的 DM 通道中预置参 数，而不能改变它们。 表 6.3 DM 通道分配 DM 通 道 含义 DM 通 道 含义 m 输入 1 刻度下限值 （BCD） m+6 输入 4 刻度下限值（BCD） m+1 输入 1 刻度上限值 （BCD） m+7 输入 4 刻度上限值（BCD） m+2 输入 2 刻度下限值 （BCD） m+8 输入 1 平均值所用数据个数 （BCD） m+3 输入 2 刻度上限值 （BCD） m+9 输入 2 平均值所用数据个数 （BCD） m+4 输入 3 刻度下限值 （BCD） m+10 输入 3 平均值所用数据个数 （BCD） m+5 输入 3 刻度上限值 （BCD） m+11 输入 4 平均值所用数据个数 （BCD） 6．1．4 功能 1．二进制功能 当输出通道 n 的刻度功能标志为 0 时，二进制功能有效。此时二进制转换结 果为 12 位二进制数据，模拟量输入 1、2、3、4 的转换结果分别存放于 IR 通道 n+1、n+2、n+3、n+4 中。图 6.3 为 A/D 转换关系。转换后满刻度值为 FA0，即
BCD码4000,余下的SF用于初始上电时的偏差/增益控制。 数字量 数字量 4095 4000 (FAOH) (FAOH) 模拟量 模拟量 IV(4mA) 5V(20mA) (a)底部DIP开关3置ON (b)底部DP开关3置OFF 图63AD转换关系 2.刻度值功能 当输出通道n的刻度功能标志为1时,刻度值功能有效。首先按图63转换 曲线转换为12位二进制数字量,然后根据DM通道mm+7中所设置的上下限 进行刻度转换,最终转换结果为4位BCD数,存放于n+1~n+4通道中。 用y表示AD转换的12位二进制数,x表示模拟输入量,yl表示最终转换 结果的4位BCD数。 当输入为0-10V时,由图63(a)可以得出:y=(4000/10)X=400x 当输入为1~5V时,由图63(b)可以得出:y=(x-1)×1000 无论输入是0~10V还是1-5V,y1都按下面的公式换算: 1=(y(上限值一下限值)14000)+下限值 换算的上下限参数是0~9999的BCD数据,且上下限之差不大于4000。可分 别对四路输入置刻度值功能。 3.平均值功能 当输出通道n的平均功能标志为1时,执行平均功能。即每进行N此AD 转换,将转换后的N个数据求平均值,结果存放于IR通道的n+1、n+2、n+3 n+4中。转换次数N即为DM通道的m+8-m+11中的设定值。 转换次数必须为2~9990的BCD数据,可分别对四路输入中的每一路设定不 同的转换次数。平均值为二进制数据 4.峰值保持功能 当输岀通道n的峰值保持功能标志为1时,对四路A均执行峰值保持功能 即将转换中的最大数值以二进制形式存放于IR通道的n+1~n+4中 5.平方根功能 当输出通道n的平方根功能标志为1时,对四路AD转换均执行平方根功能。 利用此功能,可将一些二次曲线数据(如热电偶输入信号)转换为线性值。结果 存放于n+1~n+4通道中 当利用刻度值功能时,平方根值Q为 (y×4000)(y为BCD码 当不利用刻度值功能时,平方根值Q为 Q=√(y×FAO) (y为二进制数据) 在刻度值功能下,获得Q值后再进行刻度转换,此时转换结果yl=[(上限值
BCD 码 4000，余下的 SF 用于初始上电时的偏差/增益控制。 图 6.3 A/D 转换关系 2．刻度值功能 当输出通道 n 的刻度功能标志为 1 时，刻度值功能有效。首先按图 6.3 转换 曲线转换为 12 位二进制数字量，然后根据 DM 通道 m~m+7 中所设置的上下限 进行刻度转换，最终转换结果为 4 位 BCD 数，存放于 n+1~n+4 通道中。 用 y 表示 A/D 转换的 12 位二进制数，x 表示模拟输入量，y1 表示最终转换 结果的 4 位 BCD 数。 当输入为 0~10V 时，由图 6.3（a）可以得出：y=(4000/10)x=400x 当输入为 1~5V 时，由图 6.3（b）可以得出：y=(x-1) ×1000 无论输入是 0~10V 还是 1~5V，y1 都按下面的公式换算： y1=（y（上限值—下限值）/4000）+下限值 换算的上下限参数是 0~9999 的 BCD 数据，且上下限之差不大于 4000。可分 别对四路输入置刻度值功能。 3．平均值功能 当输出通道 n 的平均功能标志为 1 时，执行平均功能。即每进行 N 此 A/D 转换，将转换后的 N 个数据求平均值，结果存放于 IR 通道的 n+1、n+2、n+3、 n+4 中。转换次数 N 即为 DM 通道的 m+8~m+11 中的设定值。 转换次数必须为 2~9999 的 BCD 数据，可分别对四路输入中的每一路设定不 同的转换次数。平均值为二进制数据。 4．峰值保持功能 当输出通道 n 的峰值保持功能标志为 1 时，对四路 A/D 均执行峰值保持功能， 即将转换中的最大数值以二进制形式存放于 IR 通道的 n+1~n+4 中。 5．平方根功能 当输出通道 n 的平方根功能标志为 1 时，对四路 A/D 转换均执行平方根功能。 利用此功能，可将一些二次曲线数据（如热电偶输入信号）转换为线性值。结果 存放于 n+1~n+4 通道中。 当利用刻度值功能时，平方根值 Q 为 Q=√（y×4000） (y 为 BCD 码) 当不利用刻度值功能时，平方根值 Q 为 Q=√（y×FA0） （y 为二进制数据） 在刻度值功能下，获得 Q 值后再进行刻度转换，此时转换结果 y1=[（上限值