2.2 FX系列PLC简介
2.2.1 FX系列PLC概述
FX系列PLC是由三菱电机公司近年来推出的高性能小型PLC，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中，FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC。近年来，三菱公司又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性价比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。
FX系列PLC型号的说明
FX系列PLC型号的含义如下：
系列名称：如0、2、0S、1S、0N、1N、2N、2NC等。
单元类型：M—基本单元；E—输入输出混合扩展单元；EX—扩展输入模块；EY—扩展输出模块。
输出方式：R—继电器输出；S—晶闸管输出；T—晶体管输出。另外，特殊品种：D—DC电源，DC输出；A1—AC电源，AC（AC 100～120V）输入或输出模块；H—大电流输出扩展模块；V—立式端子排的扩展模块；C—接插口输入输出方式；F—输入滤波时间常数为1ms的扩展模块。如果特殊品种一项无代号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
例如FX2N—32MT-D表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。
2.2.2 FX系列PLC的组成部件
FX系列PLC的硬件包括基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊功能模块及外部设备等。
1.FX系列PLC的基本单元
基本单元是构成PLC系统的核心部件，内有CPU、存储器、I/O模块、通信接口和扩展接口等。由于FX系列PLC有众多的子系列，现以FX0S、FX0N、FX2N三个子系列为例进行介绍。
（1）FX0S系列PLC的基本单元FX0S系列PLC的功能简单、价格便宜，适用于小型开关量控制系统。它只有基本单元，没有扩展单元。其基本单元见表2-1。
表2-1 FX0S系列PLC的基本单元
FX0S系列PLC的容量为800步，有20条基本指令、2条步进指令、35种50条功能指令。FX0S系列PLC的编程元件包括500多点辅助继电器、64点状态寄存器、56点定时器和1个模拟定时器，有16个16位计数器及4点1相7kHz或1点2相32位高速加/减计数器，61点16位数据寄存器，还有64点转移用跳步指针及4点中断指针。
（2）FX0N系列的基本单元FX0N系列的基本单元共有12种，最大的I/O点数为60点，它可带3种扩展单元、7种扩展模块，可组成24～128个I/O点的系统。其基本单元见表2-2。
表2-2 FX0N系列PLC的基本单元
FX0N系列PLC的电可擦可编程只读存储器（EEPROM）容量为2000步，有基本指令20条、步进指令2条、应用指令36种51条。FX0N系列有500多点的辅助继电器、128点状态寄存器、95个定时器和45个计数器（其中高速计数器13个），还有大量的数据寄存器，76点指针用于跳转、中断和嵌套。FX0N系列PLC有较强的通信功能，可与内置RS-232C通信接口的设备通信，如使用FX0N-485APP模块，可与计算机实现1∶N（最多8台）的通信。FX0N系列还备有8位模拟量I/O模块（2路输入，1路输出），用以实现模拟量的控制。由于FX0N系列PLC体积小、功能强、使用灵活，特别适用于由于安装尺寸限制而难以采用其他PLC的机械设备上。
（3）FX2N系列PLC的基本单元FX2N系列PLC是FX家族中目前最先进的PLC系列。
FX2N系列PLC基本单位有16/32/48/64/80/128点，6个基本FX2N系列PLC单元中的每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256个I/O点。其基本单元见表2-3。
表2-3 FX2N系列PLC的基本单元
FX2N系列PLC具有丰富的元件资源，有3072点辅助继电器；可提供多种特殊功能模块，可实现过程控制、位置控制；有多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板支持网络通信。FX2N系列PLC具有较强的数学指令集，使用32位处理浮点数；具有方根和三角几何指令，可满足一些算法功能要求很高的数据处理。
2.FX系列PLC的I/O扩展单元和扩展模块
FX系列PLC具有较为灵活的I/O扩展功能，可利用扩展单元及扩展模块实现I/O扩展。
（1）FX0N系列PLC的I/O扩展单元FX0N系列PLC共有3种扩展单元，见表2-4。FX0N系列PLC的扩展模块见表2-5。
表2-4 FX0N系列PLC的扩展单元
表2-5 FX0N系列PLC的扩展模块
注：FX0N系列PLC的扩展模块也可在FX2N等子系列PLC上应用。
（2）FX2N系列PLC的I/O扩展单元FX2N系列PLC的扩展单元见表2-6。FX2N系列PLC的扩展模块见表2-7。
表2-6 FX2N系列PLC扩展单元
表2-7 FX2N系列PLC的扩展模块
此外，FX系列PLC还可将一块功能扩展板安装在基本单元内，无需外部的安装空间。
例如：FX1N-4EX-BD PLC就是可用来扩展4个输入点的扩展板。
3.FX系列PLC的特殊功能模块
（1）模拟量I/O模块
1）FX0N-3A模拟量I/O模块：该模块具有2路模拟量输入（DC 0～10V或DC 4～20mA）通道和1路模拟量输出通道。其输入通道数字量分辨力为8位，A-D的转换时间为100μs，在模拟与数字信号之间采用光隔离，适用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列PLC，占用8个I/O点。
2）FX2N-2AD模拟量输入模块：该模块具有2路电压输入（DC 0～10V，DC 0～5V）或电流输入（DC 4～20mA），12位高精度分辨力，转换速度为2.5ms/通道。这个模块占用8个I/O点，适用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列PLC。
3）FX2N-4AD模拟量输入模块：该模块有4个输入通道，其分辨力为12位。可选择电流或电压输入，选择通过用户接线来实现。可选为模拟量范围为DC±10V（分辨力为5mV）或4～20mA、-20～20mA（分辨力为20μA）。转换速度最高为6ms/通道。FX2N-4AD占用8个I/O点。
4）FX2N-2DA模拟量输出模块：该模块用于将12位的数字量转换成2点模拟量输出。输出形式可为电压或电流。其选择取决于接线不同。电压输出时，两个模拟量输出通道输出信号为DC 0～10V、DC 0～5V；电流输出时为DC 4～20mA。分辨力为2.5mV（DC 0～10V）和4μA（4～20mA）。A-D转换特性可进行调整。转换速度为4ms/通道。本模块需占用8个I/O点，适用于FX1N、FX2N、FX2N子系列PLC。
5）FX2N-4DA模拟量输出模块：该模块有4个输出通道，提供了12位高精度分辨力的数字量输入。转换速度为2.1ms/通道，使用的通道数变化不会改变转换速度。其他的性能与FX2N-2DA相似。
6）FX2N-4AD-PT模拟量输入模块：该模块与Pt100型温度传感器匹配，将来自四个铂温度传感器（Pt100，3线，100Ω）的输入信号放大，并将数据转换成12位可读数据，存储在主机单元中，摄氏温度和华氏温度数据都可读取。它内部有温度变送器和模拟量输入电路，可以矫正传感器的非线性。分辨力为0.2～0.3℃。转换速度为15ms/通道。所有的数据传送和参数设置都可以通过FX2N-4AD-PT的软件组态完成，由FX2N系列PLC的TO/FROM应用指令来实现。FX2N-4AD-PT占用8个I/O点，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系统PLC，为温控系统提供了方便。
7）FX2N-4AD-TC模拟量输入模块：该模块与热电偶型温度传感器匹配，将来自四个热电偶传感器的输入信号放大，并将数据转换成12位可读数据，存储在主单元中。摄氏温度和华氏温度数据均可读取，分辨力在类型为K时为0.2℃；类型为J时为0.3℃，可与K型（-100～1200℃）和J型（-100～600℃）热电偶配套使用，4个通道分别使用K型或J型，转换速度为240ms/通道。所有的数据传输和参数设置都可以通过FX2N-4AD-TC的软件组态完成，占用8个I/O点。
（2）PID过程控制模块
FX2N-2LC温度调节模块是用在温度控制系统中。该模块配有2通道温度输入和2通道晶体管输出，即一个模块能组成两个温度调节系统。模块提供了自调节的PID控制和PI控制，控制的运行周期为500ms，占用8个I/O点数，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列PLC。
（3）通信模块
PLC的通信模块是用来完成与其他PLC、其他智能控制设备或计算机之间的通信。下面简单介绍FX系列通信用功能扩展模块、适配器及通信模块。
1）FX2N-232-BD通信扩展模块：是以RS-232C传输标准连接PLC与其他设备的接口模块。其最大传输距离为15m，最高波特率为19200bit/s，利用专用软件可实现对PLC运行状态监控，也可方便地由个人计算机向PLC传送程序。
2）FX2N-232IF通信接口模块：连接到FX2N系列PLC上，可实现与其他配有RS-232C接口的设备进行全双工串行通信。在FX2N系列PLC上最多可连接8块FX2N-232IF模块。用FROM/TO指令收发数据。最大传输距离为15m，最高波特率为19200bit/s，占用8个I/O点。数据长度、串行通信波特率等都可由特殊数据寄存器设置。
3）FX2N-422-BD通信扩展模块：应用于RS-422通信，可连接到FX2N系列PLC上，并作为编程或控制工具的一个端口。可用此接口在PLC上连接PLC的外部设备、数据存储单元和人机界面。利用FX2N-422-BD可连接两个数据存储单元（DU）或一个DU系列单元和一个编程工具，但一次只能连接一个编程工具。每一个基本单元只能连接一个FX2N-422-BD，但不能与FX2N-485-BD或FX2N-232-BD一起使用。
4）FX2N-485-BD通信扩展模块：用于RS-485通信方式。它可以应用于无协议的数据传送。FX2N-485-BD在原协议通信方式时，利用RS指令在个人计算机、条码阅读器、打印机之间进行数据传送。最大传输距离为50m，最高波特率也为19200bit/s。每一台FX2N系列PLC可安装一块FX2N-485-BD通信板。除利用此通信板实现与计算机的通信外，还可以用它实现两台FX2N系列PLC之间的并联。
以上仅对FX系列通信模块作了简单的介绍，具体的应用在以后的章节中再做详述。
（4）高速计数器模块
PLC中普通的计数器由于受到扫描周期的限制，其最高的工作频率不高，一般仅有几十kHz，而在工业应用中有时超过这个工作频率。PLC中的高速计数器模块满足了这一要求。它可达到对几十kHz以上，甚至MHz以上的脉冲计数。FX2N系列PLC内部设有高速计数器，系统还配有FX2N-1HC高速计数器模块，可作为两相50kHz一通道的高速计数，通过PLC的指令或外部输入可进行计数器的复位或启动。其技术指标见表2-8。
表2-8 FX2N-1HC高速计数器模块技术指标
4.FX系列PLC的编程器及其他外部设备
（1）编程器：编程器是PLC的一个重要外部设备，用它将用户程序写入PLC用户程序存储器中。它一方面对PLC进行编程，另一方面又能对PLC的工作状态进行监控。随着PLC技术的发展、编程语言的多样化，编程器的功能也在不断增加。
1）简易编程器：FX系列PLC的简易编程器也较多，最常用的是FX-10P-E和FX-20P-E手持型简易编程器。它们具有体积小、重量轻、价格便宜、功能强的特点。编程分为在线编程和离线编程两种方式。采用液晶显示屏，分别显示2行和4行字符，配有只读存储器（ROM）写入器接口、存储器卡盒接口。编程器可用指令表的形式读出、写入、插入和删除指令，进行用户程序的输入和编辑；可监视位编程元件的ON/OFF状态和字编程元件中的数据，如计数器、定时器的当前值及设定值、内部数据寄存器的值以及PLC内部的其他信息。
2）PC与编程开发软件：FX系列PLC还有一些编程开发软件，如GX开发工具。它可以用于生成涵盖所有三菱PLC设备软件包，使用该软件可以为FX、A等系列PLC生成程序。该软件在Windows操作系统上运行，便于操作和维护，可以用梯形图、语句表等进行编程，程序兼容性强。FX-PCS/WIN-E-C编程软件包也是一个专门用来开发FX系列PLC程序的软件包。可用梯形图、指令表和顺序功能图来写入和编辑程序，并能进行各种编程方式的互换。它运用于Windows操作系统，这对于调试操作和维护操作来说可以提高工作效率，并具有较强的兼容性。
（2）其他外部设备：在一个PLC控制系统中还有一些辅助设备，如触摸屏、打印机、电可编程只读存储器（EPROM）写入器、外存储器模块等。
5.FX系列PLC各单元模块的连接
FX系列PLC吸取了整体式和模块式PLC的优点，各单元间采用叠装式连接，即PLC的基本单元、扩展单元和扩展模块深度及高度均相同，所以在使用时，仅用扁平电缆连接而不需要用基板连接即可构成一个整齐的长方体。使用FRON/TO指令的特殊功能模块，如模拟量输入和输出模块、高速计数器模块等，可直接连接到FX系列PLC的基本单元，或连到其他扩展单元、扩展模块的右边。根据它们与基本单元的距离，对每个模块按0～7的顺序编号，最多可连接的特殊功能模块不能超过8个。
2.2.3 FX系列PLC的系统结构
FX系列PLC的系统构成
FX2N系列PLC系统由基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊扩展设备、外部设备等构成。基本单元（主机）中包含CPU、存储器、I/O电路和电源，是PLC系统的主要部分。扩展单元是用于增加I/O点数，其内部设有电源。扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O比例，模块内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。因为扩展单元与扩展模块都无CPU，所以必须与基本单元一起使用。特殊扩展设备由特殊功能板、特殊模块、特殊单元组成，是为获得某些特殊功能，满足控制要求的特殊装置。外部设备由编程器、数据存取单元或人机界面组成。编程器用于程序的输入、调试和运行监视、故障分析，人机界面可以进行图像数据显示操作，对控制过程进行全面监控。