1.1 FX系列PLC产品综合介绍

1.1.1 产品结构与产品系列介绍

1.PLC的物理结构

PLC是Programmable Logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器。

IEC对PLC的定义：PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。PLC就是在这种工业需求和市场需求的情况下出现的。从1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC以来，也不过才短短的40年，但PLC控制技术已得到异常迅猛的发展。并在各种工业控制领域、公用事业、新闻传播等各个方面都获得了广泛的应用。可以预见将来PLC技术和变频器技术会和普通的电工技术一样被越来越多的技术人员所掌握。

PLC的物理结构是指如何把PLC的硬件结构各部分组成可使用的PLC实体。

1）整体式PLC

整体式又称单元式或箱体式，它把CPU模块、I/O模块和电源模块装在一个箱状的机壳内，结构非常紧凑，体积小，价格低。小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC提供多种不同的I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本单元内有CPU模块、I/O模块和电源。扩展单元内只有I/O模块和电源，基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点和输出点的比例是固定的，有些PLC有单输入型和单输出型的扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元，可以满足用户的不同需求。

三菱的FX1S PLC为典型的整体式PLC产品。

2）模块式PLC

模块式PLC用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上。PLC的电源可能是单独的模块，也可能包含在CPU模块中。PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所有的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。有的可编程序控制器没有框架，各种模块安装在基板上。

用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。模块式PLC的价格较高，大、中型PLC一般采用模块式结构。

三菱的Q系列PLC、西门子的S7-300/400 PLC为典型的模块式PLC产品。

3）混合式PLC

混合式PLC吸收了那上面两种PLC的优点，它有整体式的基本单元，又有模块式的扩展单元、特殊应用单元。这些单元等高等宽，仅长度不同。各单元之间用扁平电缆连接，紧密拼装在导轨上，组成一个整齐的长方体。组合形式非常灵活，完全按需要而定。它是模块式的结构，整体式的价格，目前中小型PLC均采用混合式结构。

三菱的FX1N/FX2N/FX3U PLC为典型的混合式PLC产品。

2.产品系列介绍

三菱电机小型PLC经历了从F系列到FX3U系列的发展历程。

F系列包括其改进型的F1，F2系列PLC为其第一代产品，20世纪90年代曾经有很高的市场占有率。目前已经停产，属于淘汰产品。

FX系列是在F1，F2系列基础上开发的小型PLC。早期产品有FX2系列和FX0系列，其性能已经比F系列有很大的提高。后来又推出来FX0S，FX0N系列和FX2N系列产品，接着又推出了FX0S，FX0N系列的代替产品FX1S，FX1N系列。而FX2，FX0，FX0S，FX0N等系列产品也都已停产和淘汰。FX1S，FX1N和FX2N为其第二代产品。

FX3U系列PLC是三菱电机在2005年开发的第三代产品。在整个FX系列中是功能最强、速度最快、I/O点数最多的小型PLC。而且它完全可以兼容FX1S，FX1N，FX2N系列PLC。因此，是目前三菱电机强力推广的机型。

目前，三菱销售的产品仅为FX1S/FX1N/FX2N/FX3U四种基本型号及其同类型紧凑型结构的产品FX1NC/FX2NC/FX3UC。点数逐渐增多，性能依次增强，如图1-1所示。

1.1.2 产品性能指标及扩展说明

1.PLC的性能指标

PLC的性能指标较多，现介绍与构建PLC控制系统关系较直接的几个指标。

1）输入/输出点数

如前所述，输入/输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入/输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能最大的规模。这里有个问题要注意，在总的点数中，输入点和输出点总是按一定的比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入点数与输出点数不能相互替代。

2）应用程序的存储容量

应用程序的存储容量是存放用户程序的存储器的容量。通常用K字（KW）、K字节（KB）为单位，1K-1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。在一些文献中称PLC中存放程序的地址单位为“步”，每一步占用两个字，一条基本指令一般为1步。功能复杂的指令，特别是功能指令，往往有若干步，因而用“步”来表示程序容量，往往以最简单的基本指令为单位，称为多少K步。若还是用字节表示，一般小型机内存1K到几K，大型机几十K甚至可达1～2MB。

3）扫描速度

一般以执行1000条基本指令所需要的时间来衡量。单位为ms/千步，也有以执行一步指令时间计的，如μs/步。一般逻辑指令与运算指令的平均执行时间有较大的差别，因而大多场合，扫描速度还往往需要标明是执行哪类程序。

以下是扫描速度的参考值：由目前PLC采用的CPU的主频考虑，扫描速度比较慢的为2.2ms/千步逻辑运算程序；更快的能够达到0.75ms/千步逻辑运算程序或更短。

4）编程语言

编程语言是指用户与PLC进行信息交换的方法，方法越多则容易被更多人使用。IEC在1994年5月公布了PLC编程语言的标准IEC1131-3。其详细的说明了PLC可使用的5种编程语言：指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能图（FBD）和结构文本（ST）。目前，指令表、梯形图、顺序功能图是使用最多的编程语言，特别是梯形图，所有的PLC都支持这一编程方法，但也必须注意，不同厂家的PLC编程语言不同且互不兼容，即使同为梯形图语言、指令表语言也不通用。

5）指令功能

指令功能是编程能力的体现。而衡量指令功能的强弱有两个方面：一是指令条数的多少；二是综合性指令的多少。一个综合指令一般能完成一项专门的操作，相当于内置了一个应用子程序，如PID，CRC指令等。指令的功能越强，使用这些指令完成一定的控制目的就越容易。

6）可扩展性

可扩展性的含义有两个：一是指PLC的功能扩展，即PLC从开关量控制扩展到模拟量控制、运动量控制、通信和网络控制的功能扩展；二是指生产商为上述扩展功能开发的功能扩展选件的多少。好的扩展性表示PLC的应用范围广，能进行多种方式的控制。

此外，PLC的可靠性，易操作性及性价比等性能指标也常常用来作为PLC的比较指标。

2.FX系列扩展选件的说明

三菱电机为FX系列PLC开发了众多的扩展选件，有内置扩展板、扩展模块、扩展单元、适配器等。现对这些选件做以下说明：

（1）基本单元：为PLC控制系统的主机，内含电源、CPU、I/O接口及程序内存。基本单元是控制系统必须有的单元，所有的扩展选件都是在基本单元的基础上进行扩展的。

（2）扩展单元：为基本单元的I/O扩展，内置电源。

（3）扩展模块：为基本单元的I/O扩展，不带内置电源，需从基本单元、扩展单元获得电源供给。

（4）特殊功能单元：为基本单元的模拟量、运动量、通信及网络控制功能的扩展。内置电源，占用I/O点数，与基本单元外部连接。

（5）特殊功能模块：为基本单元的模拟量、运动量、通信及网络控制功能的扩展。不带内置电源，需从基本单元、扩展单元或外部获得电源供给。占用I/O点数。与基本单元外部连接。特殊功能模块一般安装在基本单元的右侧。

（6）功能扩展板：为基本单元的功能扩展，是直接内置于基本单元上，每个基本单元仅能内置一块功能扩展板。不占用I/O点数。

（7）特殊适配器：将外置信号（模拟量信号、通信信号）直接转换成PLC可接收的数字量信号或用PLC指令可以控制的信号的接口转换装置扩展选件。特殊适配器不占用I/O点数，与基本单元外部连接，一般安装在基本单元的左侧。

（8）存储器盒：是基本单元的程序内存的扩充。直接内置于基本单元上，一个基本单元仅能内置一块存储器盒。

（9）显示模块：直接内置于基本单元上的显示选件。可实现实时时钟、错误信息的显示；实现对定时器、计数器和数据寄存器进行监控和设定值修改。