第1章　三菱PLC及應用基礎

1.1　三菱PLC概述

三菱的可編程控制器（PLC）是較早進入國內市場的產品，三菱PLC有較高的性價比，而且易學易用，在國內PLC市場有很大的份額，特別是FX系列小型PLC，有比較高的市場占有率。

1.1.1　三菱PLC產品系列

（1）FX系列PLC

三菱小型PLC系列簡稱F系列，1981年面世（1984年進入中國），為整體結構，有F-12、F-20、F-40三個型號。FX系列PLC是從F系列、F1系列、F2系列發展起來的小型PLC產品。1990年，FX2系列PLC面世。它是16位機，無論在外形、功能、軟元件及特殊功能模塊上都比F、F1、F2 PLC上了一個新臺階。FX2系列PLC的主機有FX2-16、24、32、48、64、80和128七個型號，可擴展到256點。除主機功能、程序容量及內部軟元件大量提升外，更豐富了特殊功能模塊的種類。1991年面世的FX0是微型不可擴展的PLC，其點數為10、14、20和30點。1994年面世的FX0N是作為已停產的F1系列的取代品，比F1系列PLC體積小60%，而在運算速度、功能和程序容量上大大提升。FX0N系列PLC主機為24、40和60點，可擴展至128點，并有多種功能模塊可供選用。1996年面世的FX0S是取代FX0的產品，體積上比FX0小60%，而在運算速度、功能和程序容量上與FX0N一樣。FX0S的主機型號為FX0S-10、14、20、30共4種，點數不能擴展，也不能加接特殊功能模塊。

目前，FX系列PLC包括FX1S/FX1N/FX2N/FX3U/FX3G五種基本類型產品。

FX1S系列是一種集成型小型單元式PLC。且具有完整的性能和通信功能等擴展性。

如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。它是FX系列中的低端PLC，除了可以擴展通信模塊外，不能擴展其他模塊，最大I/O點為40點。

FX1N系列是三菱電機推出的功能強大的普及型PLC。具有擴展輸入輸出，模擬量控制和通信、鏈接功能等擴展性。是一款廣泛應用于一般的順序控制三菱PLC。

FX2N系列是三菱PLCFX家族中較先進的系列，是第二代產品。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供很大的靈活性和控制能力。

FX3U系列是三菱電機公司推出的新型第三代PLC，可能稱得上是小型至尊產品。基本性能大幅提升，晶體管輸出型的基本單元內置了3軸獨立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。

FX3G系列是三菱電機公司2008年推出的第三代PLC，基本單元自帶兩路高速通信接口（RS422&USB）；內置高達32K大容量存儲器；標準模式時基本指令處理速度可達0.21Ps；控制規模為14～256點（包括CC-Link網絡I/O）；定位功能設置簡便（最多三軸）；基本單元左側最多可連接4臺FX3U特殊適配器；可實現浮點數運算；可設置兩級密碼，每級16字符，增強密碼保護功能。增加了新的定位指令，從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。

FX1NC/FX2NC/FX3UC系列在保持了原有強大功能的基礎上，連接方式采用插接方式，其體積更小。此外，其供電電源只能采用DC24V電源。其價格較FX1N/FX2N/FX3U低。

（2）A系列PLC

三菱A系列PLC使用了三菱專用順控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC。A2AS CPU支持32個PID回路。而QnAS CPU的回路數目無限制，可隨內存容量的大小而改變：程序容量由服步至124K步，如使用存儲器卡，QnAS CPU的內存量可擴充到2M字節；有多種特殊模塊可供選擇，包括網絡、定位控制、高速計數、溫度控制等模塊。三菱A系列PLC是模塊式的PLC，其功能比FX系列PLC要強大得多。

（3）Q系列PLC

三菱Q系列PLC是三菱電機公司推出的大型PLC，CPU類型有基本型CPU、高性能型CPU、過程控制CPU、運動控制CPU、冗余CPU等。可以滿足各種復雜的控制需求。為了更好地滿足國內用戶對三菱PLC Q系列產品高性能、低成本的要求，三菱電機自動化特推出經濟型QUTESET型三菱PLC，即一款以自帶64點高密度混合單元的5槽Q00JCOUSET；另一款自帶2塊16點開關量輸入及2塊16點開關量輸出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指標與Q00J完全兼容，也完全支持GX Developer等軟件，故具有極佳的性價比。

（4）L系列PLC

L系列可編程控制器機身小巧，但集高性能、多功能及大容量等特點于一身。CPU具備9.5ns的基本運算處理速度和260K步的程序容量，最大I/O可擴展8129點。還具備內置定位、高速計數器、脈沖捕捉、中斷輸入、通用I/O等功能，集眾多功能于一體。硬件方面，內置以太網及USB接口，便于編程及通信，配置了SD存儲卡，可存放最大4G的數據。無需基板，可任意增加不同功能的模塊。L系列PLC與Q系列PLC相比，性能更加強大。

1.1.2　三菱PLC的特點

三菱可編程控制器的特點如下。

（1）系統配置既固定又靈活

用戶可以選用多種基本單元、擴展單元和擴展模塊，組成不同的I/O點和不同功能的控制系統。為了使PLC更具開放性和執行多任務，可在一個PLC系統中同時裝幾個CPU模塊，每個CPU模塊都執行某一種任務。例如三菱Q系列PLC可以在一個機架上插多個CPU模塊，這些CPU模塊可以進行專門的邏輯控制、順序控制、運動控制和過程控制。這些都是在Window環境下執行PC機任務的模塊，組成混合式的控制系統。專用I/O、可靠的硬件、掃描處理和邏輯梯形圖，使它成為工業控制的首要選擇。

（2）編程簡單

三菱可編程控制器通常利用梯形圖編程方式，從而操作人員比較容易接受。元件注釋可以存儲在程序儲存器中，便于程序的理解和修改，可以用調制解調器和電話線實現遠程監控和編程。

（3）具備高速運算能力

PLC具有高速計數、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調電位器時間設定功能。PLC具有越來越強的模擬量處理能力，如浮點數運算、PID調節、溫度控制、精確定位、步進驅動、報表統計等。PLC系統與DCS（集散控制系統）的差別已越來越小。

（4）通信簡單化

PLC與其他安裝在現場的智能化設備，比如智能化儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅動執行機構等，通過一根傳輸介質（比如雙絞線、同軸電纜、光纜）連接起來，并按照同一通信規約互相傳輸信息，由此構成一個現場工業控制網絡。這種網絡配置靈活，擴容方便，造價低，性能價格比好，也具開放意義。

（5）性價比高

三菱PLC具有令人放心的高性能，各種配置都可以得到很高的性價比。三菱PLC技術具有較強的可靠性，較強的抗干擾能力，相對于傳統控制系統來講，其控制工作更加準確，更具穩定性。同時三菱PLC操作系統的構成相對簡單，工作人員更容易操作。

（6）其他

備有可自由選擇、豐富的品種；適用于多種特殊用途；共同的外部設備。

1.1.3　三菱PLC的相關技術要求

在此以FX系列PLC為例，介紹三菱可編程控制器的相關技術要求。

FX系列PLC的環境指標要求如表1-1所示。

FX系列PLC對輸入信號的技術要求如表1-2所示。

FX系列PLC對輸出信號的技術要求如表1-3所示。

1.1.4　三菱PLC在機電控制中的應用

（1）機電控制

機電控制技術，顧名思義就是把機械和電子結合為一體的綜合技術，其中機電技術和控制技術是機電控制技術兩大重要的內容。

現代機電控制技術是精密機械、微電子、電力電子、計算機、信息處理、網絡傳輸、傳感檢測、過程控制、流體轉動、伺服傳動及自動控制等多種技術相互交叉、滲透、融合而成的綜合性技術。機電控制的共性相關技術一般歸納為檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服傳動技術及系統總體技術。

控制性是機電系統的突出特征。自動控制技術通過控制器使被控對象或過程自動按預定的規律運行。因被控對象種類繁多，控制技術的內容非常豐富，有高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償、示教再現、檢索等技術。自動控制技術可協調機械、電器各部分來有效完成動作過程，在機電系統中起重要作用。

機電控制技術在不斷地深入各個領域，承擔重要角色并迅速向前推進。性能上，它向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發展；結構與功能上，它向小型化、輕型化、多功能方向發展；層次上，它向系統化、復合集成化方向發展。

（2）三菱PLC在機電控制中的主要應用

PLC以其靈活性、使用方便、適應而廣、可靠性高、運行速度高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，始終在工業自動化控制特別是順序控制中占有重要的地位。三菱PLC控制性能優異，在各行業機電控制中得到了十分廣泛的應用。

①運動與位置控制　PLC既可用于直線運動控制，也可用于圓周運動控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。三菱PLC具有豐富的運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。位置控制是工業自動控制過程中的重要方面和重要內容，三菱PLC通過控制步進電機，使步進電機繞組發出脈沖，從而對步進電機進行定位和控制。

②PLC過程控制　過程控制是指對模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。三菱PLC在工業生產中的應用十分廣泛，用戶可以編制出諸多的控制算法程序，完成對工業過程的閉環控制。PLC是在工業控制過程中使用較多的一種調節方法。一般的PLC中大都使用了PID調節模塊，三菱PLC也是如此。目前，三菱PLC被廣泛地應用到冶金、采礦、化工以及鍋爐控制的過程中，應用十分廣泛。

③開關量的邏輯控制　開關量的邏輯控制構成了三菱PLC使用最廣泛以及最基本的領域。PLC的出現和廣泛應用使其快速地取代傳統的電氣電路，并發揮出了更重要的作用，最終實現了對開關量的邏輯控制以及順序控制。三菱PLC在使用的過程中滿足了客戶的多樣化的需求，三菱PLC既可以對單臺設備進行有效控制，也可以對集群控制。由于三菱PLC的廣泛適用性，使得三菱PLC的應用十分廣泛，例如印刷機、電鍍流水線、包裝生產線。PLC在工業開關量的控制過程中具有很大的可靠性，還可以提高數字計算系統的質量，這樣就可以節省大量的人力和時間。

④工業生產過程中的模擬量控制　在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、流量、液位、壓力等，稱之為模擬量。模擬量過程控制一般是指對連續變化的模擬量的閉環控制。控制的目的就是根據有關模擬量的當前與歷史的輸入狀況，產生所要求的模擬量或開關量的輸出，使系統能夠按照一定的要求進行工作。PLC廠家一般都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使其PLC可用于模擬量控制。三菱PLC在進行數據模擬量控制時，一方面給工業自動化過程控制和維護帶來巨大的便利，另一方面保證工業的處理過程達到控制標準。此外，三菱PLC在工業控制過程中的應用也大幅度提高了工業控制過程中數據的精準度。

⑤數據處理　隨著現代計算技術的快速發展，三菱PLC的功能也在不斷拓展。三菱PLC的計算功能主要涵蓋了矩陣運算、函數運算以及邏輯運算等許多方面。在三菱PLC運作的過程中，對數據進行處理主要包括：信息數據的檢索、數據采集、數據傳輸、數據儲存以及數據變換等幾個方面。同時，在PLC工作的過程中，也可以將采集到的數據與存儲在系統內部的數據進行參考值比較，進而完成數據處理工作。當然，PLC的數據處理功能也可以通過PLC的通信功能將數據傳輸給其他的職能裝置。三菱PLC在大型控制系統中的使用十分廣泛，在食品工業中，PLC數據處理也有十分廣泛的應用。

⑥通信及聯網　PLC通信功能構成PLC重要的功能之一，PLC通信既包括不同PLC設備之間的通信功能，同時也包括PLC與其他職能設備之間的通信。隨著現代計算通信技術的快速發展以及職能技術的不斷進步，工業生產過程中，自動化網絡發展迅速。各大PLC主要生產商都十分注重對PLC網絡通信系統的研究和發展。三菱PLC在研制的過程中推出了自己的網絡系統，PLC都有通信接口，通信十分便利。