三菱FX系列PLC的硬件系统解析

1.硬件系统构成

PLC硬件主要由中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源单元、编程器、扩展接口、编程器接口和存储器接口组成，其结构框图如图1-2所示。

图1-2 FX系列PLC的结构框图

三菱FX系列PLC输入、输出接口电路如图1-3、图1-4所示。

图1-3 FX PLC输入接口电路

a）输入接口电路b）输入接口电路的等效回路

FX系列PLC输出电路共有三种类型：继电器型、晶体管型、晶闸管型，如图1-5所示。其中，继电器型可用于交、直流输出；晶体管型用于直流输出；晶闸管型用于交流输出。

2.硬件模块种类

（1）FX2N系列的基本单元FX2N系列是FX家族中最常用的PLC系列。

图1-4 FX PLC输出接口电路

a）输出接口电路b）输出接口电路的等效回路

图1-5 FX系列PLC继电器、晶体管、晶闸管输出接负载电路

a）继电器输出b）晶体管输出c）晶闸管输出

FX2N基本单位有16/32/48/64/80/128点，6个基本FX2N单元中的每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256 I/O点，其基本单元见表1-4。

表1-4 FX2N系列的基本单元

FX2N具有丰富的元件资源，有3072点辅助继电器。提供了多种特殊功能模块，可实现过程控制位置控制。有多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板支持网络通信。FX2N具有较强的数学指令集，使用32位处理浮点数。具有方根和三角几何指令，满足数学功能要求很高的数据处理。

（2）FX2N的I/O扩展FX2N子系列的扩展单元见表1-5。FX2N子系列的扩展模块见表1-6。

表1-5 FX2N子系列扩展单元

表1-6 FX2N子系列的扩展模块

此外，FX系列还可将一块功能扩展板安装在基本单元内，无需外部的安装空间。例如：FX1N-4EX-BD就是可用来扩展4个输入点的扩展板。

（3）FX系列的特殊功能模块

1）模拟量输入/输出模块。(www.xing528.com)

①模拟量输入/输出模块FX0N-3A。该模块具有2路模拟量输入（0～10V直流或4～20mA直流）通道和1路模拟量输出通道。其输入通道数字分辨率为8位，A-D的转换时间为100μs，在模拟与数字信号之间采用光电隔离，适用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列，占用8个I/O点。

②模拟量输入模块FX2N-2AD。该模块为2路电压输入（DC 0～10V，DC 0～5V）或电流输入（DC 4～20mA），12位高精度分辨率，转换的速度为2.5ms/通道。这个模块占用8个I/O点，适用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列。

③模拟量输入模块FX2N-4AD。该模块有4个输入通道，其分辨率为12位。可选择电流或电压输入，选择通过用户接线来实现。可选模拟值范围为DC±10V（分辨率位5mV）或4～20mA、-20～20mA（分辨率位20μA）。转换的速度最高为6ms/通道。FX2N-4AD占用8个I/O点。

④模拟量输出模块FX2N-2DA。该模块用于将12位的数字量转换成2点模拟输出。输出的形式可为电压，也可为电流。其选择取决于接线不同。电压输出时，两个模拟输出通道输出信号为DC 0～10V，DC 0～5V；电流输出时为DC 4～20mA。分辨率为2.5mV（DC 0～10V）和4μA（4～20mA）。数字到模拟的转换特性可进行调整。转换速度为4ms/通道。本模块需占用8个I/O点。适用于FX1N、FX2N、FX2N子系列。

⑤模拟量输出模块FX2N-4DA。该模块有4个输出通道。提供了12位高精度分辨率的数字输入。转换速度为2.1ms/4通道，使用的通道数变化不会改变转换速度。其他的性能与FX2N-2DA相似。

⑥模拟量输入模块FX2N-4AD-PT。该模块与PT100型温度传感器匹配，将来自4个箔温度传感器（PT100，3线，100Ω）的输入信号放大，并将数据转换成12位可读数据，存储在主机单元中。摄氏度和华氏度数据都可读取。它内部有温度变送器和模拟量输入电路，可以矫正传感器的非线性。读分辨率为0.2～0.3℃。转换速度为15ms/每通道。所有的数据传送和参数设置都可以通过FX2N-4AD-PT的软件组态完成，由FX2N的TO/FROM应用指令来实现。FX2N-4AD-PT占用8个I/O点，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系统，为温控系统提供了方便。

⑦模拟量输入模块FX2N-4AD-TC。该模块与热电耦型温度传感器匹配，将来自4个热电耦传感器的输入信号放大，并将数据转换成12位的可读数据，存储在主单元中，摄氏和华氏数据均可读取，读分辨率在类型为K时为0.2℃；类型为J时为0.3℃，可与K型（-100～1200℃）和J型（-100～600℃）热电耦配套使用，4个通道分别使用K型或J型，转换速度为240ms/通道。所有的数据传输和参数设置都可以通过FX2N-4AD-TC的软件组态完成，占用8个I/O点。

2）PID过程控制模块。FX2N-2LC温度调节模块是用在温度控制系统中。该模块配有2通道的温度输入和2通道晶体管输出，即一块能组成两个温度调节系统。模块提供了自调节的PID控制和PI控制，控制的运行周期为500ms，占用8个I/O点数，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列。

3）定位控制模块。在机械工作运行过程中，工作的速度与精度往往存在矛盾，为提高机械效率而提高速度时，停车控制上便出现了问题。所以进行定位控制是十分必要的。举一个简单的例子，电动机带动的机械由启动位置返回原位，如以最快的速度返回，由于高速停车惯性大，则在返回原位时偏差必然较大，因此先减速便可保证定位的准确性。

在位置控制系统中常会采用伺服电动机和步进电动机作为驱动装置。即可采用开环控制，也可采用闭环控制。对于步进电动机，我们可以采用调节发送脉冲速度改变机械的工作速度。使用FX系列PLC，通过脉冲输出形式的定位单元或模块，即可实现一点或多点的定位。下面介绍FX2N系列的脉冲输出模块和定位控制模块。

①脉冲输出模块FX2N-1PG。FX2N-1PG脉冲发生器单元可以完成一个对独立轴的定位，这是通过向伺服或步进电动机的驱动放大器提供指定数量的脉冲来实现的。FX2N-1PG只用于FX2N子系列，用FROM/TO指令设定各种参数，读出定位值和运行速度。该模块占用8个I/O点。输出最高为100kHz的脉冲串。

②定位控制器FX2N-10GM。FX2N-10GM为脉冲序列输出单元，它是单轴定位单元，不仅能处理单速定位和中断定位，而且能处理复杂的控制，如多速操作。FX2N-10GM最多可有8个连接在FX2N系列PLC上，最大输出脉冲为200kHz。

③定位控制器FX2N-20GM。一个FX2N-20GM可控制两个轴。可执行直线插补、圆弧插补或独立的两轴定位控制，最大输出脉冲串为200kHz（在插补期间，最大为100kHz）。FX2N-10GM、FX2N-20GM均具有流程图的编程软件可使程序的开发具有可视性。

④可编程凸轮开关FX2N-1RM-E-SET。在机械传动控制中经常要对角位置检测。在不同的角度位置时发出不同的导通、关断信号。过去采用机械凸轮开关。机械式开关虽精度高但易磨损。FX2N-1RM-SET可编程凸轮开关可用来取代机械凸轮开关实现高精度角度位置检测。配套的转角传感器电缆长度最长可达100m。应用时与其他可编程凸轮开关主体、无刷分解器等一起可进行高精度的动作角度设定和监控，其内部有EEPROM，无需电池。可储存8种不同的程序。FX2N-1RM-SET可接在FX2N上，也可单独使用。FX2N最多可接3块。它在程序中占用PLC 8个I/O点。

4）数据通信模块。PLC的通信模块是用来完成与别的PLC、其他智能控制设备或计算机之间的通信。以下将简单介绍FX系列通信用功能扩展板、适配器及通信模块。

①通信扩展板FX2N-232-BD。FX2N-232-BD是以RS-232C传输标准连接PLC与其他设备的接口板，如图1-6所示。诸如个人计算机、条码阅读器或打印机等。可安装在FX2N内部。其最大传输距离为15m，最高波特率为19200bit/s，利用专用软件可实现对PLC运行状态监控，也可方便地由个人计算机向PLC传送程序。

图1-6 通信扩展板FX2N-232-BD

②通信接口模块FX2N-232IF。FX2N-232IF连接到FX2N系列PLC上，可实现与其他

配有RS-232C接口的设备进行全双工串行通信。例如个人计算机、打印机、条形码读出器等。在FX2N系列上最多可连接8块FX2N-232IF模块。用FROM/TO指令收发数据。最大传输距离为15m，最高波特率为19200bit/s，占用8个I/O点。数据长度、串行通信波特率等都可由特殊数据寄存器设置。

③通信扩展板FX2N-485-BD。FX2N-485-BD用于RS-485通信方式。它可以应用于无协议的数据传送。FX2N-485-BD在原协议通信方式时，利用RS指令在个人计算机、条码阅读器、打印机之间进行数据传送。传送的最大传输距离为50m，最高波特率也为19200bit/s。每一台FX2N系列PLC可安装一块FX2N-485-BD通信板。除利用此通信板实现与计算机的通信外，还可以用它实现两台FX2N系列PLC之间的并联。

④通信扩展板FX2N-422-BD。FX2N-422-BD应用于RS-422通信。可连接FX2N系列的PLC，并作为编程或控制工具的一个端口。可用此接口在PLC上连接PLC的外部设备、数据存储单元和人机界面。利用FX2N-422-BD可连接两个数据存储单元（DU）或一个DU系列单元和一个编程工具，但一次只能连接一个编程工具。每一个基本单元只能连接一个FX2N-422-BD，且不能与FX2N-485-BD或FX2N-232-BD一起使用。

⑤接口模块MSLSECNET/MINI。采用MSLSECNET/MINI接口模块，FX系列PLC可用作A系列PLC的就地控制站，构成集散控制系统。

以上仅对FX系列通信模块做了简单的介绍，具体的应用在以后的章节中再做详述。

5）高速计数模块。PLC中普通的计数器由于受到扫描周期的限制，其最高的工作频率不高，一般仅有几十kHz，而在工业应用中有时超过这个工作频率。高速计数模块就是为了满足这一要求，它可达到对几十k以上，甚至MHz的脉冲计数。FX2N内部设有高速计数器，系统还配有FX2N-1HC高速计数器模块，可作为2相50kHz一通道的高速计数，通过PLC的指令或外部输入可进行计数器的复位或启动，其技术指标见表1-7。

表1-7 FX2N-1HC高速计数器模块技术指标