1.1 FX系列PLC產品綜合介紹

1.1.1 產品結構與產品系列介紹

1.PLC的物理結構

PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，即可編程邏輯控制器。

IEC對PLC的定義：PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

現代社會要求制造業對市場需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。PLC就是在這種工業需求和市場需求的情況下出現的。從1969年美國數字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC以來，也不過才短短的40年，但PLC控制技術已得到異常迅猛的發展。并在各種工業控制領域、公用事業、新聞傳播等各個方面都獲得了廣泛的應用。可以預見將來PLC技術和變頻器技術會和普通的電工技術一樣被越來越多的技術人員所掌握。

PLC的物理結構是指如何把PLC的硬件結構各部分組成可使用的PLC實體。

1）整體式PLC

整體式又稱單元式或箱體式，它把CPU模塊、I/O模塊和電源模塊裝在一個箱狀的機殼內，結構非常緊湊，體積小，價格低。小型PLC一般采用整體式結構。整體式PLC提供多種不同的I/O點數的基本單元和擴展單元供用戶選用，基本單元內有CPU模塊、I/O模塊和電源。擴展單元內只有I/O模塊和電源，基本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點和輸出點的比例是固定的，有些PLC有單輸入型和單輸出型的擴展單元。選擇不同的基本單元和擴展單元，可以滿足用戶的不同需求。

三菱的FX1S PLC為典型的整體式PLC產品。

2）模塊式PLC

模塊式PLC用搭積木的方式組成系統，它由框架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，模塊插座焊在框架中的總線連接板上。PLC的電源可能是單獨的模塊，也可能包含在CPU模塊中。PLC廠家備有不同槽數的框架供用戶選用，如果一個框架容納不下所有的模塊，可以增設一個或數個擴展框架，各框架之間用I/O擴展電纜相連。有的可編程序控制器沒有框架，各種模塊安裝在基板上。

用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。模塊式PLC的價格較高，大、中型PLC一般采用模塊式結構。

三菱的Q系列PLC、西門子的S7-300/400 PLC為典型的模塊式PLC產品。

3）混合式PLC

混合式PLC吸收了那上面兩種PLC的優點，它有整體式的基本單元，又有模塊式的擴展單元、特殊應用單元。這些單元等高等寬，僅長度不同。各單元之間用扁平電纜連接，緊密拼裝在導軌上，組成一個整齊的長方體。組合形式非常靈活，完全按需要而定。它是模塊式的結構，整體式的價格，目前中小型PLC均采用混合式結構。

三菱的FX1N/FX2N/FX3U PLC為典型的混合式PLC產品。

2.產品系列介紹

三菱電機小型PLC經歷了從F系列到FX3U系列的發展歷程。

F系列包括其改進型的F1，F2系列PLC為其第一代產品，20世紀90年代曾經有很高的市場占有率。目前已經停產，屬于淘汰產品。

FX系列是在F1，F2系列基礎上開發的小型PLC。早期產品有FX2系列和FX0系列，其性能已經比F系列有很大的提高。后來又推出來FX0S，FX0N系列和FX2N系列產品，接著又推出了FX0S，FX0N系列的代替產品FX1S，FX1N系列。而FX2，FX0，FX0S，FX0N等系列產品也都已停產和淘汰。FX1S，FX1N和FX2N為其第二代產品。

FX3U系列PLC是三菱電機在2005年開發的第三代產品。在整個FX系列中是功能最強、速度最快、I/O點數最多的小型PLC。而且它完全可以兼容FX1S，FX1N，FX2N系列PLC。因此，是目前三菱電機強力推廣的機型。

目前，三菱銷售的產品僅為FX1S/FX1N/FX2N/FX3U四種基本型號及其同類型緊湊型結構的產品FX1NC/FX2NC/FX3UC。點數逐漸增多，性能依次增強，如圖1-1所示。

1.1.2 產品性能指標及擴展說明

1.PLC的性能指標

PLC的性能指標較多，現介紹與構建PLC控制系統關系較直接的幾個指標。

1）輸入/輸出點數

如前所述，輸入/輸出點數是PLC組成控制系統時所能接入的輸入/輸出信號的最大數量，表示PLC組成系統時可能最大的規模。這里有個問題要注意，在總的點數中，輸入點和輸出點總是按一定的比例設置的，往往是輸入點數大于輸出點數，且輸入點數與輸出點數不能相互替代。

2）應用程序的存儲容量

應用程序的存儲容量是存放用戶程序的存儲器的容量。通常用K字（KW）、K字節（KB）為單位，1K-1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。在一些文獻中稱PLC中存放程序的地址單位為“步”，每一步占用兩個字，一條基本指令一般為1步。功能復雜的指令，特別是功能指令，往往有若干步，因而用“步”來表示程序容量，往往以最簡單的基本指令為單位，稱為多少K步。若還是用字節表示，一般小型機內存1K到幾K，大型機幾十K甚至可達1～2MB。

3）掃描速度

一般以執行1000條基本指令所需要的時間來衡量。單位為ms/千步，也有以執行一步指令時間計的，如μs/步。一般邏輯指令與運算指令的平均執行時間有較大的差別，因而大多場合，掃描速度還往往需要標明是執行哪類程序。

以下是掃描速度的參考值：由目前PLC采用的CPU的主頻考慮，掃描速度比較慢的為2.2ms/千步邏輯運算程序；更快的能夠達到0.75ms/千步邏輯運算程序或更短。

4）編程語言

編程語言是指用戶與PLC進行信息交換的方法，方法越多則容易被更多人使用。IEC在1994年5月公布了PLC編程語言的標準IEC1131-3。其詳細的說明了PLC可使用的5種編程語言：指令表（IL）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能圖（FBD）和結構文本（ST）。目前，指令表、梯形圖、順序功能圖是使用最多的編程語言，特別是梯形圖，所有的PLC都支持這一編程方法，但也必須注意，不同廠家的PLC編程語言不同且互不兼容，即使同為梯形圖語言、指令表語言也不通用。

5）指令功能

指令功能是編程能力的體現。而衡量指令功能的強弱有兩個方面：一是指令條數的多少；二是綜合性指令的多少。一個綜合指令一般能完成一項專門的操作，相當于內置了一個應用子程序，如PID，CRC指令等。指令的功能越強，使用這些指令完成一定的控制目的就越容易。

6）可擴展性

可擴展性的含義有兩個：一是指PLC的功能擴展，即PLC從開關量控制擴展到模擬量控制、運動量控制、通信和網絡控制的功能擴展；二是指生產商為上述擴展功能開發的功能擴展選件的多少。好的擴展性表示PLC的應用范圍廣，能進行多種方式的控制。

此外，PLC的可靠性，易操作性及性價比等性能指標也常常用來作為PLC的比較指標。

2.FX系列擴展選件的說明

三菱電機為FX系列PLC開發了眾多的擴展選件，有內置擴展板、擴展模塊、擴展單元、適配器等。現對這些選件做以下說明：

（1）基本單元：為PLC控制系統的主機，內含電源、CPU、I/O接口及程序內存。基本單元是控制系統必須有的單元，所有的擴展選件都是在基本單元的基礎上進行擴展的。

（2）擴展單元：為基本單元的I/O擴展，內置電源。

（3）擴展模塊：為基本單元的I/O擴展，不帶內置電源，需從基本單元、擴展單元獲得電源供給。

（4）特殊功能單元：為基本單元的模擬量、運動量、通信及網絡控制功能的擴展。內置電源，占用I/O點數，與基本單元外部連接。

（5）特殊功能模塊：為基本單元的模擬量、運動量、通信及網絡控制功能的擴展。不帶內置電源，需從基本單元、擴展單元或外部獲得電源供給。占用I/O點數。與基本單元外部連接。特殊功能模塊一般安裝在基本單元的右側。

（6）功能擴展板：為基本單元的功能擴展，是直接內置于基本單元上，每個基本單元僅能內置一塊功能擴展板。不占用I/O點數。

（7）特殊適配器：將外置信號（模擬量信號、通信信號）直接轉換成PLC可接收的數字量信號或用PLC指令可以控制的信號的接口轉換裝置擴展選件。特殊適配器不占用I/O點數，與基本單元外部連接，一般安裝在基本單元的左側。

（8）存儲器盒：是基本單元的程序內存的擴充。直接內置于基本單元上，一個基本單元僅能內置一塊存儲器盒。

（9）顯示模塊：直接內置于基本單元上的顯示選件。可實現實時時鐘、錯誤信息的顯示；實現對定時器、計數器和數據寄存器進行監控和設定值修改。