任务三 FX2N系列PLC选型方法及训练

【任务目的】

通过对PLC选型方法的探讨，熟悉PLC的系列产品的种类，拓展PLC产品功能的认知。

结合选型对性能指标要求，熟悉PLC基本单元的组成与功能；熟悉PLC的I / O端口类别。

了解FX2N 系列PLC产品型号的标志方法，通过识读训练加强产品系列的认知，为实际设备选型的应用能力的培养打下基础。

当面对某一具有一定功能要求的控制任务时，若希望顺利地完成PLC控制任务，首选需解决如何选择一个合适的PLC。选择并配置合适的PLC会给任务的设计、操作及功能的扩展带来极大方便，同时为程序设计奠定基础及依据。

PLC的选取一般考虑以下几个方面：可实现功能、I/O点数、存储容量、指令响应时间及可扩展外围设备等。本任务仅针对三菱FX2N系列PLC产品来讨论PLC的选型问题。

知识链接四 PLC的基本组成

PLC控制系统由硬件和软件两个部分组成，软件部分是将控制思想通过PLC的指令构成的程序转换成PLC可接受的开关控制信号，再由这些开关信号通过具体电路实施设备控制；硬件部分是由中央处理器（CPU）、存储器电路、I/O器件及电源等组成的。

如图1-3-1所示为PLC的基本组成框图。

1.中央处理单元（CPU）

CPU是PLC的核心部分，CPU的功能是在系统程序的控制下实现逻辑运算、数值运算、协调系统内部各部分电路的工作等。目前，PLC内部采用的CPU主要有三大类：第一类是通用型微处理器如80286、80386等；第二类是单片机芯片如8031、51/96系列等；第三类则为位处理器如AMD2900系列等。从CPU处理器的位数来看，目前主要有8位、16位及32位，常见小型PLC仍主要以8位和16位为主。CPU的位数越多运算速度越快，相应的功能指令越丰富。

2. 存储器

存储器是PLC用于存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。PLC存储器包括：①用于存放包含系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释程序、功能子程序及系统参数在内的系统程序的只读存储器（ROM）；②用于存放用户程序及用户程序运行所产生的相关过程性数据的随机存储器（RAM）。一般PLC只读存储器由于采用掩膜ROM及电擦除ROM（EEPROM），所存放信息能够永久保存。为防止RAM中用户程序和运行数据的丢失，而采用内部电池对其供电，确保设备断电后数据的长时间保存。

3. I/O接口

I/O接口包含接口电路和I/O映像存储器。

PLC与工业控制现场的各类控制设备的连接是通过I/O接口装置实现的。在提高电路抗干扰能力的前提下，输入接口电路将各种机构的控制信号转换成CPU所能处理的标准信号电平，而输出接口则将内部高、低电平转化为驱动外部设备接通与断开的触点动作。

（1）开关量输入接口。按所能处理信号电源的种类分DC输入、AC输入两种形式，接口电路形式如图1-3-2所示。

（2）开关量输出接口。主要有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三种形式，各种输出形式的基本结构如图1-3-3所示。

PLC基本单元一般只提供上述的开关量I/O接口形式。

（3）模拟量输入接口。在工业现场中有多种反映各种状态的模拟电压、电流信号，如温度、位移等。PLC内部只处理按二进制变化规律的信号，PLC模拟量接口的作用是将接收的工业现场的非标准模拟信号转换成符合国际标准的通用0～10V的标准直流电压及0～20mA标准直流电流信号，再经A/D转换电路转换成一定位数的可被PLC接收的数字量信号。

（4）模拟量输出接口。其工作机理与模拟量输出正好相反，是将内部的二进制信号经D/A转换处理成相应的模拟量，用于提供工业现场所需的连续控制信号，如用于变频器控制电动机转速连续变化等。

模拟量I/O接口一般由用户视需要选取相应的扩展模块来实现。

（5）智能I/O接口。为满足如位置控制等复杂控制任务的需要，PLC还提供了如PID工作单元、高速计数器单元、温度控制单元等。区别一般功能单元在于这些特殊设备内部自身携带有独立的CPU，具有专门数据的处理与运算能力，并能与基本单元实现适时的信息交换。

4.电源

PLC的电源包含：为PLC基本单元及一定扩展工作单元提供电能保障的开关电源和掉电保护电路供电的后备电源（电池）。

三菱PLC使用时，若出现BATT.V指示灯亮后，应尽快更换同规格电池。电池更换应在20s内完成，否则会导致RAM中数据的丢失。

专业技能培养与训练FX2N系列PLC的产品构成及类型识别

FX2N系列PLC产品构成：按品种可分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。其中基本单元是核心，扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备是为基本单元提供功能支撑的附属设备。在实际应用中可根据控制需要选取相应单元进行组合以实现功能的扩展，满足不同控制系统的功能要求，如图1-3-4所示。

FX2N基本单元内部包含有CPU、存储器、I/O接口及电源等，属于整体单元式结构。扩展单元除能够向基本单元提供增加I/O点数外，还因为内部设置的独立电源具有向其他扩展设备提供电源的作用；扩展模块只能用于向基本单元提供I/O点数实现I/O结构数量、比例的改变，其内部没有电源，只能依赖基本单元或扩展单元供电；特殊扩展设备是PLC厂商根据PLC用户的不同特殊需要而设计提供的一些特殊装置。FX2N基本单元与同系列的其他扩展类产品间属于叠装式PLC结构（图1-1-24），设备扩展均围绕和服务于PLC基本单元，通常，PLC指的是基本单元。

一、FX2N基本单元的型号识读

在进行PLC选型时，首先根据控制任务的功能要求明确控制、检测信号与输出设备的数量，兼顾后续工程扩展的需要确定I/O点数；其次根据检测信号性质、输出设备的控制方式确定PLC的I/O结构类别，除此之外，还应考虑所选PLC工作电源与现场电源是否相符。

对于FX2N系列PLC基本单元的常按以下方式分类：按I/O点数来分类有16、32、48、64、80、128点共计6种；按电源及输入方式分类：①AC电源、DC输入，②DC电源、DC输入，③AC电源、AC输入；按输出方式分类：①继电器输出方式，②晶闸管输出方式，③晶体管输出方式。以上各种分类方式的性能指标均在产品的型号中得以体现，正确识读PLC产品型号是控制系统设备安装与运行安全的保障之一。

FX2N基本单元型号体系的组成如图1-3-5所示。

识读训练：某FX2N系列PLC型号为FX2N-48MR-001，试解读该PLC类别与性能参数。

该型号由5部分组成，为识读方便给予顺序编号为

型号含义的解读：①该PLC产品的所属系列名称；②I/O总点数为48点，其中24点输入和24点输出（查产品手册）；③标志M为基本单元；④符号R表示继电器输出方式（S—晶闸管输出方式，T—晶体管输出方式）；⑤其他区分：001—专为中国推出的产品，电源方式无标记表示为AC电源、DC输入方式。“001”说明PLC工作电源为“220V、50Hz”正弦交流电。

表1-3-1为三菱FX2N系列PLC基本单元产品一览表。

二、FX2N扩展单元的型号识读

当基本单元的I/O端口数量不能满足控制系统的要求时，通过扩展单元与基本单元的连接可以实现端口数量的扩充，与扩展模块所不同在于扩展单元内部配有独立电源，该电源除向自身供电外还可以向其他扩展模块、特殊功能设备供电。

FX2N扩展单元的分类与基本单元除提供I/O点数规格产品不同外，其他类别均相同。

FX2N扩展单元型号体系的组成如图1-3-6所示。

识读训练：某PLC产品型号为FX2N-48ER-D，试解读该PLC类别与性能参数。

该型号由5部分组成，对应顺序号如下：

型号含义解读：①该PLC产品的系列名称为FX2N；②I/O总点数为48点，输入和输出各占24点；③标志E为扩展单元；④符号T表示晶体管输出方式；⑤符号D表示DC电源、DC输入。

表1-3-2为三菱FX2N系列PLC扩展单元产品一览表。试结合该速查表熟悉各型号扩展单元的功能。

三、FX2N扩展模块型号的识读

FX系列（含FX2N）扩展模块区别于扩展单元在于扩展模块内部不含电源，工作时需由外部基本单元或扩展单元（或专门电源模块）向其提供电源。在分类上区别于扩展单元主要体现在I/O点数规格上，这恰好是某些产品型号区别扩展单元还是扩展模块的依据。扩展单元I/O点数只提供32点和48点两种规格，而扩展模块则只提供8点和16点两种。

FX2N扩展模块型号体系的组成如图1-3-7所示，扩展模块的型号由6部分组成，不同于扩展单元部分在于该模块中针对部分产品用X、Y明确了模块扩展端口的输入与输出性质。注意：三菱仅针对于FX0N、FX2N两个系列提供扩展模块。

识读训练1：某PLC产品型号为FX0N-8ER，试解读该PLC类别与性能参数。

该型号仅用了4部分表示，对应顺序号如下：

型号含义解读：①该扩展模块产品系列名称为FX0N；②输入和输出扩展总点数为8点，其中4点输入、4点输出；③E为扩展模块；④R表示继电器输出方式。

识读训练2：某FX2N系列PLC产品型号为FX2N-16 E X L-C，试解读该PLC类别与性能参数。

型号含义解读：第一部分FX2N表明该产品所属系列名称；第二部分数字16表示输入和输出扩展的总点数为16；第三部分符号E代表扩展模块；第四部分符号X表示为扩展输入端口类型方式即扩展的16点均为输入；第五部分符号L表示输入信号电压为5V输入；第六部分符号C表示专用连接器输入方式。

FX2N/FXON型PLC扩展模块产品参见表1-3-3。

四、特殊扩展设备查询与性能参数

FX2N系列各种特殊扩展设备参见表1-3-4。包括功能扩展板（用于扩展通信端口及用于连接特殊设备用）、特殊功能模块（如模拟量转换、高速计数器、CC-Link接口等）、特殊单元（如定位模块）及通信用特殊适配器等。其功能、品种较多，各产品型号分别按功能、特征或参数进行定义，没有统一的特征，但产品型号仍然是以体现其功能为主体。如FX2N-422-BD表明该产品属于FX2N系列PLC配套内置的实现RS-422标准通信接口的扩展板卡。

表1-3-4为用户根据功能需要选择相应设备提供了参考，如用户在处理PLC与PC通信连接时，通常采用前述的FX-232AW/AWC（或FX-USB-AW）将PLC的RS-422接口转换成PC的RS-232接口标准（或USB）进行连接。若选取表中FX2N-RS-232-BD扩展板卡，从PLC中引出RS-232接口实现与PC的RS-232接口具有相同的通信标准，通过9引脚D型插头直接进行连接。

各种特殊扩展设备（含扩展单元、扩展模块）的功能、参数、用法可参照厂家随产品附带或登录三菱官方网站下载的产品使用手册。

思考与训练：

（1）课后上网利用百度搜索引擎搜索三菱PLC的官方网站，试下载FX2N-48MR基本单元使用手册、FX2N编程手册及GX Developer Version 8.34L软件操作手册。

（2）利用Adobe reader或福昕阅读器阅读所下载FX2N-48MR基本单元使用手册，了解FX2N-48MR的安装、使用注意事项。

（3）利用百度“图片”搜索引擎搜索上述各表中部分FX2N系列产品，观察其外观与面板。