PLC基础及应用教程（三菱FX2N系列）课件 赵全利 第1、2章 PLC基础及系统结构、FX2N系列PLC (含升级产品)硬件及编程资源

普通高等教育电气信息类系列教材

《PLC基础及应用教程》

（三菱FX2N系列）

第1章PLC基础及系统结构

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。PLC以微处理器为核心，以存储程序控制的方式执行逻辑运算、定时、计数、模拟信号处理、PID运算及通信等功能，是一种新型工业自动化控制装置。

本章1.1继电接触式控制系统1.2PLC概述1.3PLC的系统结构及工作原理1.4一个简单的FX2N系列PLC应用示例

1.1继电接触式控制系统1.1.1继电接触式控制系统的结构继电器是根据特定形式输入信号的变化，通过自身容量较小的触点，接通或断开控制电路，从而实现自动控制和保护主电路中电力装置的控制电器。电气电路常用继电器主要有中间继电器、、热继电器、速度继电器交流接触器等。

中间继电器KA控制接触器KM电路如下：

继电接触式控制系统的组成：

被控对象输入部分（按钮、位置开关、传感器等）控制部分输出部分（接触器、电磁阀、指示灯等）（由继电器、触点和硬接线组成）

1.1.2继电接触式控制系统的典型实例

三相异步电动机自锁单向启动控制系统电路电气控制系统中最典型电路之一。（包含主电路、控制电路、保护环节）FU2M3～FRKMFU1SB2SB1FU2KMKMFRL1L2L3QF1QF2原理图

控制电路增加漏电保护

电路实物接线图1.2PLC概述

PLC产生的初衷是取代规模庞大的继电器接触式控制系统，但随着计算机技术的飞速发展及强劲的市场需求，PLC已经发展成为一种新型、专用的工业控制装置。1.2.1PLC特点及应用特点：编程方法简单易学:梯形图是最常用的可编程控制器的编程语言，其编程符号和表达方式与继电器电路原理图相似。

功能强，性能价比高:一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。硬件配套齐全，适应性强可靠性高，抗干扰能力强维护方便工作量小系统的设计、安装、调试工作量小体积小，功耗低应用：（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域。用它取代传统的继电控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。（2）运动控制（3）模拟量及闭环过程控制（4）数据处理（5）联机通讯1.2.2PLC的分类根据硬件结构形式的不同，可大致将PLC分为整体式和模块式。根据PLC的功能强弱不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为：

小型机：小型PLC——I/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器

中型机：I/O点数256-2048点；双CPU，用户存储器容量2-8KB

大型机。1.2.3PLC控制和继电器控制的区别1.组成器件不同2.触点数量不同3.实施控制的方法不同4.工作方式不同继电器控制系统采用硬逻辑的并行工作方式，继电器线圈通电或断电，都会使该继电器的所有常开和常闭触点立刻动作；PLC采用循环扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其触点只有等到扫描到该触点时才会动作。1.2.4PLC控制与单片机控制的区别

PLC本身就是一个复杂的、成功的、可靠的单片机系统，它是建立在单片机之上的产品，是单片机应用系统的一个特例，在选择两者时不具有可比性，只是在不同情况下根据需要进行选择。

1）

PLC是工业控制领域的主力军。但其价格较高，可靠性高；单片机因其体积小、价格便宜适用于小型产品自动控制装置及无线控制领域。

2）PLC控制抗干扰能力比一般的单片机抗干扰能力要强的多更适用于安全系数高的控制系统。

3）PLC系统设计简单生产商提供各种不同功能模块，便于组合，方便，因而设计周期短；单片机系统硬件接口电路繁多，适应外电路更广，但设计周期长，可靠性显然较差。

4）PLC专用的编程软件，编程简单、易学，程序易于开发；单片机语言编程较难，但可以灵活地优化程序，软件设计繁杂。

5）不同厂家或型号的PLC有相同的工作原理、功能和指标，外部端口接线类似，有一定的互换性；单片机应用系统则千差万别，使用和维护不太方便。

6）PLC更适用于控制强电设备，如电动机等；单片机更适用于工作在弱电控制系统，如频率计，数字电压表等。1.2.5常用PLC简介

常用PLC产品：三菱公司：PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC系列产品。其中FX2N系列PLC以其功能强大、使用灵活及整体式小型机等优势在我国有着广泛的应用市场。其升级（三代）微型PLC包括FX3U、FX3UC、FX3G系列产品，具有很好的扩展性及其兼容性，可以连接FX2N系列的I/O扩展模块和特殊功能模块，组合出性价比高的控制系统。西门子（SIEMENS）公司：西门子PLC主要产品是S7系列，该系列PLC功能强大、其性能价格比高。其中S7-200系列及S7-1200系列属于微型PLC，在我国得到广泛应用。。我国有许多厂家、科研院所从事PLC的研制与开发，如中国科学院自动化研究所的PLC-0088，北京1.3PLC系统结构及工作原理

PLC是由硬件和软件两大部分组成。1.3.1.PLC硬件结构

PLC的硬件主要由：中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。

（1）

整体式PLC结构如下。（2）模块式PLC结构（3）输入/输出单元开关量输入单元开关量输出单元

1.3.2PLC软件1.系统软件系统软件又分为系统管理程序、编程软件和标准程序库。2．用户程序用户程序是指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照使用的PLC所规定的编程语言或指令系统而编写的应用程序。用户程序除了PLC的控制逻辑程序外，对于需要操作界面3．PLC的编程语言

国际电工委员会于1994年规定了PLC标准编程语言为梯形图、指令表、顺序功能图、功能模块图和结构化语句共5种编程语言。

本书使用的是梯形图、指令表及顺序功能图编程语言。1.3.3PLC扫描工作原理1.扫描工作原理

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从程序第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束，然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。2PLC工作流程图

1)内部处理阶段

2)通信服务阶段

3)输入采样阶段

4)程序执行阶段

5)输出处理阶段扫描过程示意图1.3.3PLC扫描工作原理1.扫描工作原理

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从程序第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束，然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。2PLC工作流程图

1)内部处理阶段

2)通信服务阶段

3)输入采样阶段

4)程序执行阶段

5)输出处理阶段

1.3.4执行过程特点示意图在输入采样阶段，PLC把所有外部输入电路的状态读入输入映像寄存器。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）输出处理阶段，CPU按照程序执行后的数据刷新I/O映象存储区内对应的输出映像寄存器（也称输出继电器），1.4一个简单的PLC应用示例电动机起动控制电路PLC的输入开关量X0、X1检测来自按钮SB1和SB2输入信号，PLC的输出开关量Y0用于驱动外部控制接触器KM，通过KM的动合触点控制主电路三相异步电动机起动和停止。为安全起见，一般实验电路只需要根据指示灯显示来判断电路逻辑关系是否正确。（1）I/O资源分配：起动按钮SB1-X0停止按钮SB2-X1控制继电器KM-Y0（2）电路接线图（3）编辑梯形图图1-17梯形图控制程序图1-20编辑梯形图（4）变换后仿真或下载PLC运行图1-21在仿真环境中仿真调试本章小结：思考与练习：PLC扫描工作周期的执行过程与一般计算机（单片机）工作过程有何不同？在PLC开关量输出接口电路中，应注意哪些方面问题？PLC扫描周期对输入开关有效信号在时间上有什么要求？

END

第2章FX2N系列PLC(含升级产品)硬件

及编程资源

FX2N系列PLC及第3代升级产品FX3U系列PLC是FX系列PLC中高性能标准微型PLC。功能强大，系统设计紧凑、软硬件兼容性好，使用方便、应用灵活、性价比高，它们在我国有着广泛和稳定的应用市场。2.1FX2N系列PLC硬件体系2.2FX2N系列PLC硬件配置2.3FX3U系列PLC硬件配置2.4FX2N系列PLC编程资源及编址2.5FX2N系列PLC硬件的工程接线2.1FX2N系列PLC硬件体系

2.1.1FX2N系列PLC的硬件特征PLC的硬件功能强大，组建系统灵活功能强大体积小完善的指令系统配置灵活、适应性强外部接线简单网络通信便捷使用操作方便编程资源丰富2.1.2FX2N系列PLC硬件体系结构1.FX2N系列PLC硬件组成2．FX系列PLC硬件配置FX2N系列PLC的基本单元可以扩展I/O单元及模块、特殊功能扩展模块、扩展板、特殊适配器、存储器（盒）等。2.1.3FX2N系列PLC产品型号FX系列（含FX2N系列）PLC的型号定义格式：例如，FX2N-32MT-D表示FX2N系列，32个I/O点基本单元，晶体管输出（0.5A），使用直流电源，24V直流输出型。

2.2FX2N系列PLC硬件配置2.2.1FX2N系列PLC的基本单元FX2N系列PLC基本单元：PLC的指令系统是通过基本单元识别、处理后发出执行命令的。采用一体化箱体结构，内部包括CPU、存储器、输入/输出（以下简称I/O）模块、

/s?wd=%E9%80%9A%E4%BF%A1%E6%8E%A5%E5%8F%A3&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YdPHNhrHI-n1wBmWwWrH7B0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3En1b1PjDsnWRz、扩展接口等。基本单元可以独立作为PLC使用，也可以以基本单元为核心链接扩

展单元等其他模块。

FX2N系列PLC基本单元有FX2N32xx、FX2N48xx、FX2N64xx、FX2N80xx和FX2N128xx，其中xx表示输出形式。当xx=MR时为继电器输出；xx=MS时为晶体管输出；xx=MT时为双向晶闸管输出。主要区别是I/O点数有所不同，见表2-1，其中型号后面增加的001表示中国市场专用、交流电源输入，电源范围为AC（100-240V）。

2.2.2FX2N系列PLC扩展单元和扩展模块扩展单元和扩展模块均用于增加I/O点数，它们必须由基本单元统一编址使用。FX2N系列PLC输入输出扩展单元有FX2N16ER、FX2N32ER、FX2N32ES、FX2N32ET、FX2N48ER等。扩展单元内部设有工作电源。FX2N系列PLC输入扩展模块有FX2N16EX、FX2N16EX-C等；输出扩展模块有FX2N16EYR、FX2N16EYT、FX2N16EYS等。扩展模块内部无工作电源，其工作电源可以由基本单元或扩展单元供给。2.2.3FX2N系列PLC特殊功能模块

FX2N系列PLC特殊功能模块包括模拟量I/O模块、高速计数模块、运动控制模块及功能扩展板等模块，FX2N系列PLC的特殊功能模块大致可分为以下的六类。1）模拟量输入/输出模块（见下表）。2）高速计数模块。3）脉冲定位模块。4）旋转角度检测模块。5）通信接口模块。6）人机界面GOT等模块。2.3FX3U系列PLC硬件配置

1.FX3U系列PLC基本单元FX3U系列PLC为第3代小型PLC，具有高速、高容量（ROM）、新型功能、高性能、高扩展等特点。FX2N系列PLC的基本单元及部分模块，可以由其升级产品FX3U系列PLC替代。例如，FX2N-32MR-001可以由FX3U-32MR/ES-A替代；FX2N-32MT-001可以由FX3U-32MT/ES-A替代。基本单元FX3U-32MR外形FX3U系列PLC基本单元：2.FX3U系列PLC扩展结构2.4FX2N系列PLC编程资源及编址

PLC程序是面向其内部的编程元件（存储单元）和功能部件进行编程的，这些编程元件和功能部件统称为编程资源。

编程资源以编程元件或地址的形式出现在程序中。2.4.1FX2N系列PLC编程资源（1）输入继电器

输入继电器用于接收和存储外部开关信号的信息，一个输入继电器对应一个PLC的输入端。（2）输出继电器

输出继电器线圈只能通过程序控制，一个输出继电器对应一个PLC的输出端子，可以作为负载的控制信号。（3）通用辅助继电器FX2N、FX3U等系列PLC的通用辅助继电器有500点，编号为M0~M499。通用辅助继电器常作为程序中一般中间继电器使用。（4）特殊辅助继电器FX2N等系列PLC特殊辅助型继电器有256点：1）M8000（运行监视）。当PLC执行用户程序时M8000为ON，停止执行时为OFF。2）M8002（初始化脉冲）。M8002仅在PLC执行用户程序的第一个周期内为ON，常用于程序初始化的控制。3）M8012~M8014分别产生产生周期为100ms、1s、1min的时钟脉冲（占空比为50%）。编程中常用其触点作为脉冲源使用。

（4）定时器（T）定时器是PLC中常用的编程软元件，主要用于累计时间的增量，其分辨率有1ms、10ms和100ms三种。（5）

计数器（C）计数器是用来累计输入脉冲的个数。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲上升沿（正跳变）的次数（6）数据寄存器编号为D0~D8255，每个数据寄存器都是16位，以补码形式可以表示数值范围为-32768~+32767（7）中断指针中断指针编号为I0□□~I8□□，它是用来指示某个中断程序的入口地址（8）状态器的编号为S0~S999，它是构成状态转移图的重要元件，主要用于步进顺序控制。（9）常数

程序中的常数占用PLC内部寄存器的存储空间，因此，常数也属于编程元件。

2.4.2FX2N系列PLC的I/O编址及扩展1.FX2N系列PLC基本单元的I/O编址基本单元输入继电器（I）/输出继电器（O）的编址，从X000/Y000开始，依次按8进制规则进行编址，并以8个点为单位分组。输入继电器按组（8组）编址为：X000~X007X010~X017X020~027X030~X037X040~X047X050~X057X060~X067X070~X077输出继电器按组（8组）编址为Y000~Y007Y010~Y017Y020~Y027Y030~Y037Y040~Y047Y050~Y057Y060~Y067Y070~Y0772.

FX2N系列PLC的扩展I/O单元/模块的编址

图2-19扩展I/O单元/模块的编址：依据模块通