项目一 PLC的基础知识
项目一主要讲述PLC的基本概念、结构及相关基础知识，并将PLC与传统继电器控制系统进行比较。重点介绍FX2N系列48MR型PLC的基本内容。这些内容是学习PLC的入门知识。
知识目标
1.了解PLC的基本概念与一般结构｡
2.了解PLC的工作原理、分类及应用场合｡
技能目标
1.基本掌握PLC控制与继电器控制的联系。
2.掌握三菱FX2N-48MR型PLC的基本内容和外部接线。
1.1 三菱FX2N-48MR型PLC的认识
任务引入
可编程控制器（PLC）在各个领域里得到了越来越广泛的应用，在数控机床中同样得到广泛的应用。数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分，数字控制部分包括对各坐标轴位置的连续控制，而顺序控制包括对主轴正/反转和启动/停止、换刀、卡盘夹紧和松开、冷却、尾架、排屑等辅助动作的控制。要正确地应用PLC去完成各种不同的控制任务，首先应了解基本组成和工作原理。目前，PLC产品种类繁多，不同型号的PLC的结构也各不相同，但它们的基本组成和工作原理却大致相同。本书以三菱公司生产的FX系列PLC为例进行介绍。
知识目标
1.了解PLC的基本概念、分类、基本结构及使用场合。
2.理解PLC控制与继电器控制系统的区别与联系。
3.了解FX系列PLC型号名称的基本含义。
4.掌握三菱FX系列PLC FX2N-48MR主机面板结构，理解并掌握面板各部分的功能，能够熟练地进行应用。
5.理解PLC端口外围接线的原理和接线方式。
技能目标
掌握PLC与继电器控制在生产中的使用；理解并掌握PLC端口外围实际接线情况，能够进行熟练准确的安装。
相关知识
一、PLC的产生与发展概况
接触器继电器控制在20世纪60年代以前属于先进的控制系统，其缺点是触点多、元件多、接线复杂、可靠性差、设计难度大、安装维护工作量大。控制要求改变，需要重新配置元件和接线，因此，已经无法满足复杂多变的现代化生产过程。由于其造价低廉的优点，目前，在简单的控制和要求不高的自动控制系统中仍占据主导地位。同时，继电器和接触器仍然是PLC输入和输出的主要部件。
1969年，首台可编程序的逻辑顺序控制器（PLC—Programmable Logic Controller）问世，其特点是预存程序，可编辑修改，无须改变接线即可改变逻辑顺序控制。此后，PLC采用微机技术，更名为PC，但为了与个人计算机（PC）区别，仍然沿用PLC的名称。
PLC是在继电接触控制基础上发展起来的、以微处理器为核心的通用自动控制装置，也可以认为是小型工业计算机。其发展和应用态势异常迅猛，目前，世界已有数百家厂家生产，产品300多种。有代表性的如三菱、松下、欧姆龙、西门子等品牌。
PLC的应用程度已成为一个国家工业水平的标志。它与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。
二、PLC的一般结构
PLC是专为工业控制而设计，采用典型的计算机结构，主要由CPU、存储器、采用扫描方式工作的I/O接口电路和电源等组成。
PLC的一般结构如图1-1所示。
图1-1 PLC的一般结构示意图
PLC控制系统由输入量、PLC、输出量组成，外部各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均可以作为PLC的输入量，经外部输入端子送到内部寄存器中，在内部进行逻辑运算或其他各种运算，处理后将结果送到输出端子，作为PLC的输出量对外围设备进行控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分、输入/输出部分组成。
三、PLC的功能和特点
PLC是计算机技术和继电逻辑控制相结合的产物，运用微机技术，但与微机不同。PLC具备逻辑顺序控制功能，用不同的语言（梯形图、状态流程图、指令语句表）进行编程，由可以编辑修改的程序进行控制，根据现场输入信号（按钮、行程、传感器、继电器等），按照预先设定编制好的程序输出信号，对执行元件（接触器、电磁铁、SCR等）进行控制。可用于单台设备控制，也可用于生产线控制或联网进行系统控制。
1.可实现的功能
（1）条件控制—通过逻辑运算，代替继电器进行开关控制。
（2）定时控制—利用定时器实现时间控制。
（3）计数控制—利用计数器实现计数控制。
（4）步进控制—利用状态元件和步进控制指令实现步进顺序控制。
（5）数据处理—运算、读取、写入、移位、转换、译码等。
（6）通信联网—远程I/O控制，一台计算机与多台PLC组成网络进行联机或通信远程控制，完成较大规模的集中管理与复杂控制。
（7）系统监控—通过监控命令，监视系统的运行状态，改变和调试程序。
2.特点
1）可靠性高
无故障可达几十万小时，连续运行30年无故障。故障大多由外部输入/输出等部件及外部接线所造成。
2）编程方便
一般电气控制线路可采用梯形图编程，易学易会、便于接线、便于更改。
对于复杂的控制系统，可采用步进控制指令、流程图指令、功能指令等指令系统。
编程完成并进行模拟调试后，只需完成对应的输入/输出接线即可。
3）抗干扰能力强
温度、湿度、振动、冲击、电源电压稳定性、电磁干扰等，对环境要求低，可以工作在较为恶劣的工业环境中。
4）设有多种接口
PLC与外部设备连接方便，开关输入量可以是按钮、行程开关等触点类的器件，也可以是无触点式开关器件如晶体管；模拟输入量输入信号电平在一定范围内（10V、20mA）即可，例如，可以直接接收热电耦的输出信号。PLC输出口连接的器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈。
数据通信可使用同轴电缆和RS-232或RS-422接口即可（此类接口不可带电插拔，USB接口可随意插拔）。
四、FX系列PLC型号的含义
图1-2 FX系列PLC型号命名格式
三菱公司FX系列PLC的基本单元和扩展单元的型号由字母和数字组成，如图1-2所示。
方框内的字母和数字意义如下：
① 系列代码：如0N、1S、1N、2N、3U。
② I/O总点数：4～256。
③ 单元类型：M为基本单元，EX为输入扩展模块，EY为输出扩展模块，E为输入/输出混合扩展单元或扩展模块。
④ 输出形式：R为继电器输出，S为双向晶闸管输出，T为晶体管输出。
⑤ 适用类型或特殊品种，如D、DS为DC24V电源；DSS为DC24V电源，源型晶体管输出；ES为AC电源；ESS为AC电源，源型晶体管输出；无标记为AC电源，DC输入，横式端子排。
例如，本书中提到的实训用PLC FX2N-48MR型号的含义为
FX2N -48 M R 系列名称I/O总点数48点 基本单元 继电器输出形式
五、三菱FX2N-48MR PLC主机面板结构
实训所使用的是三菱FX2N-48MR型PLC，其主机面板结构及各部分内容如图1-3所示。
图1-3 FX2N PLC外部结构图
实训
实训 PLC端口接线
PLC输入/输出端口接线如下所示：
第1步 教师演示PLC端口接线。
第2步 学生根据教师演示的过程，对照如图1-4所示的PLC外围接线图，进行实际动手操作，并且熟练准确地完成PLC的外围实际接线。
第3步 自评、教师评。
实训完毕后，进入总结评价阶段。分自评、教师评两种方式，总结本次实训过程中做得好的地方和需要改进的地方。根据评分的情况和本次实训结果，填写表1-1和表1-2。
图1-4 PLC外围接线
表1-1 学生自评表格
表1-2 教师评价表格
思考题
1.什么是PLC？其主要组成部件有哪些？
2.简述PLC控制与传统继电器控制有何区别和联系？
3.对照FX2N-48MR主机实物，说出面板内各部分的主要功能？
4.解释FX2N-48MR型号名称的含义？