模块1-初识三菱FX2N系列PLC

模块1初识三菱FX2N系列PLC能力目标：了解FX2N系列PLC编程语言；掌握GXDeveloper编程软件使用方法；掌握GXSimulator-6仿真软件使用方法。知识目标：了解PLC硬件结构及系统组成；掌握PLC的工作原理及安装接线方法；掌握FX2N系列PLC常用软元件应用技巧。模块1初识三菱FX2N系列PLC项目1.1PLC的基本结构及工作原理项目1.2初识三菱FX2N系列PLC项目1.3学会使用GXDeveloper编程软件思考与练习学习内容项目1.1PLC的基本结构及工作原理国际电工委员会（IEC）于1987年2月颁布的PLC标准草案（第三稿）中对PLC作了如下定义：——可编程序控制器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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则而设计。1.1.1PLC的基本结构图1-1PLC基本结构示意图1.CPU模块CPU模块由中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器等部分组成，是PLC的核心部件。CPU模块的主要任务如下：接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中；用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入相应的数据寄存器或输入映像寄存器；当PLC处于运行状态时，执行用户程序，完成用户程序规定的各种算术逻辑运算、数据的传输和存储等；按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄存器，通过输出部件实现输出控制、制表打印和数据通信等功能。2.输入/输出（I/O）模块输入（I）模块可分为三类：直流输入模块、交流输入模块和交/直流输入模块，如图1-2所示。输出（O）模块可分为三类：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型，如图1-3所示。其中继电器输出型适用于连接直流负载和交流负载，晶体管输出型仅适用于连接直流负载，晶闸管输出型仅适用于连接交流负载。3.电源模块外部电源。交流380、220、110V，直流100、48、24、12、5V等。内部电源。一般可从四个方面考虑：1）内部电源与外部电源隔离，减少供电线路对内部电源的影响；2）有较强的抗干扰能力；3）电源本身功耗尽可能低，在供电电压波动范围较大时，能保证正常稳定的输出；4）具有良好的保护功能。备用电源。一般PLC采用锂电池作为RAM的备用电源。4.编程器PLC的编程器用于用户程序的输入、编辑和调试，同时监控、显示PLC的一些系统参数和内部状态，是开发、设计和维护PLC控制系统的必要工具。目前，PLC的编程器一般分为手持式编程器和图形编程器。其中手持式编程器常用于工业现场调试。图形编程器只需在个人计算机上运行与PLC配套的编程软件即可进行编程工作，这种编程非常方便，用户可以在计算机上以连机/脱机方式编程，特别是笔记本电脑的逐渐普及，利用图形编程器编程和现场调试已成为工控技术人员优选方案。1.1.2PLC的工作原理图1-4PLC的“循环扫描”工作过程（1）输入采样阶段输入采样阶段又称为输入处理阶段、输入刷新阶段或输入更新阶段。在此阶段，PLC首先以扫描方式将所有外部输入设备的接通/断开（ON/OFF）状态转换成电平的高低状态“1”或“0”并存入输入锁存器中，然后将其写入各自对应的输入映像寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。注意：只有采样时刻，输入映像寄存器中的内容才与输入信号一致，而其他时间范围内输入信号的变化不会影响输入映像寄存器内容，输入信号的变化状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入，这种输入工作方式称为集中输入工作方式。（2）程序执行阶段PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，则按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理，再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中。（3）输出刷新阶段输出刷新阶段又称为输出处理阶段和输出更新阶段。当程序执行到程序结束（END）指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中，并通过一定的驱动装置（继电器、接触器或晶闸管）驱动相应输出设备工作。注意：在输出刷新阶段完成后，输出锁存器的状态保持不变。输出映像寄存器变化了的状态只有等到下一个扫描周期的输出刷新阶段到来时才能通过CPU送入输出锁存器中，这种输出工作方式称为集中输出工作方式。1.2.1三菱FX2N系列PLC快速入门日本三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX0、FX2、FX0S、FXON、FX2C、FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC等系列型号。其中FX2N是三菱FX系列PLC中功能最强，速度最高的小型可编程序控制器。FX2N系列PLC常用产品如图1-6所示。a）FX2N-32MRb）FX2N-48MRc）FX2N-64MR图1-6常用FX2N系列PLC产品1.FX2N系列PLC控制面板简介别注意（1）输入接线端应用技巧：◇三菱PLC的输入接线端用文字符号X表示，采用八进制编号方法，FX2N-32MT的输入端共有16个，即X0～X7和X10～X17。◇在进行安装、配线作业时，一定要在全部关闭外部电源之后进行。否则，容易电震、损伤产品。(2)输出接线端应用技巧：◇三菱PLC的输出接线端用符号Y表示，也采用八进制编号方法；◇输出设备使用不同的电压类型和等级时，FX2N系列PLC输出接线端与公共端组合对应关系见表1-1；当输出设备使用相同的电压类型和等级时，则将COM1、COM2、COM3、COM4用导线短接即可。表1-1FX2N系列PLC输出端子与公共端子组合的对应关系组次公共端子输出端子第一组COM1Y0、Y1、Y2、Y3第二组COM2Y4、Y5、Y6、Y7第三组COM3Y10、Y11、Y12、Y13第四组COM4Y14、Y15、Y16、Y17（3）状态指示栏表1-2PLC运行状态指示灯含义指示灯指示灯的状态与当前运行的状态POWER：电源指示灯PLC接通电源后，该灯点亮，正常时仅有该灯点亮表示PLC处于编辑状态RUN：运行指示灯当PLC处于正常运行状态时，该灯点亮BATT.V：锂电池电压低指示灯如果该指示灯点亮，说明PLC内部锂电池电压不足，应更换PROG-E/CPU-E:程序出错指示灯1）程序语法错误2）锂电池电压不足3）定时器或计数器未设置常数4）干扰信号使程序出错（4）工作模式转换开关与通信接口注意：通信线与PLC连接时，务必注意通信线接口内的“针”与PLC上的接口正确对应后才可将通信线接口用力插入PLC的通信接口，以免损坏接口。FX2N系列PLC常用FX-10P-E型和FX-20P-E型手持式编程器。2.FX2N系列PLC的型号例如：FX2N-32MR-D，其型号含义为三菱FX2N系列PLC，有32个I/O点的基本单元，继电器输出型，使用DC24V电源。1.2.2认识三菱FX2N系列PLC的软元件1.FX2N系列PLC的软元件性能指标FX2N系列PLC的软元件性能指标包括运行方式、运算速度、程序容量、编程语言、指令的类型和数量以及编程器件的种类和数量等。详见表1-10。2.FX2N系列PLC的软元件FX2N系列PLC内部有CPU模块、输入/输出（I/O）模块、通信接口和扩展接口等硬件资源，使PLC具有很强的功能。若用PLC进行控制，必须编写控制程序。与C++高级语言或MCS-51汇编语言编程一样，在PLC的RAM存储器中应有存放数据的存储单位。由于PLC是由继电-接触器控制发展而来的，而且在设计时考虑到便于工控技术人员容易学习与应用，因此将PLC的存储单元沿用“继电器”来命名。按存储数据的性质把这些存储单元命名为输入继电器，输出继电器，辅助继电器，状态继电器，定时器、计数器，数据寄存器、变址寄存器等。（1）输入、输出继电器1）输入继电器（X）PLC的输入接线端是从输入设备接收信号的端口，PLC内部与输入接线端连接的输入继电器（X）是基于光电隔离的电子继电器，它们的编号与输入接线端编号一致，按八进制进行编号。2）输出继电器（Y）输出继电器（Y）是PLC用来传递信号到输出设备的元件。输出继电器的工作状态由程序驱动，也按八进制进行编号，其外部输出主触点（常开触点）接到PLC的输出接线端上供驱动输出设备使用，内部提供常开/常闭触点供程序使用，且使用次数不限。（2）辅助继电器（M）1）通用辅助继电器FX2N系列PLC的通用辅助继电器共500个，其元件地址号按十进制编号（M0～M499）。2）断电保持辅助继电器某些控制系统要求记忆电源中断瞬间的状态，重新通电后再呈现其状态，断电保持辅助继电器（M500～M3071，共计2572个）可以用于这种场合。它由PLC内置锂电池提供电源。3）特殊辅助继电器特殊辅助继电器有两种类型：一类是触点利用型，用户只能利用其触点，如M8000、M8002、M8005、M8011～M8014等；另一类是线圈驱动型，可由用户程序驱动其线圈，使PLC执行特定的操作，如M8033、M8034、M8039等。M8000：运行监控继电器。当PLC执行用户程序时为ON；停止执行时为OFF。M8002：初始化脉冲继电器。仅在PLC运行开始瞬间接通一个扫描周期。M8002的常开触点常用于某些元件的复位和清零，也可作为启动条件。M8005：锂电池电压监控继电器。当锂电池电压降至规定值时变为ON，可以用它的触点驱动输出继电器和外部指示灯，提醒工作人员更换锂电池。M8011～M8014：时钟脉冲继电器。分别产生10ms、100ms、1s和1min的时钟脉冲输出。M8033：输出保持特殊辅助继电器。该继电器线圈“通电”时，PLC由RUN状态进入STOP状态后，映像寄存器与数据寄存器中的内容保持不变。M8034：禁止全部输出特殊辅助继电器。该继电器线圈“通电”时，PLC全部输出被禁止。（3）状态继电器状态继电器是构成顺序功能图的重要软元件，通常与步进顺控指令配合使用。三菱FX2N系列PLC状态继电器用字母“S”表示，共有1000点，分配如下：1）初始状态继电器：S0～S9，共10点。2）回零状态计数器：S10～S19，共10点，供返回原点用。3）通用状态继电器：S20～S499，共480点。没有断电保持功能，但是程序可以将它们设定为有断电保持功能状态。4）断电保持状态继电器：S500～S899，共400点。5）报警用状态继电器：S900～S999，共100点。（4）定时器（T）1）通用定时器FX2N系列PLC具有246个通用定时器，地址编号为T0～T245。通用定时器的类型、地址编号和设定值如下：T0～T199（200点）：100ms定时器（其中T192～T199为中断服务程序专用），设定值范围为0.1～3276.7s。T200～T245（46点）：10ms定时器，设定值范围为0.01～327.67s。图1-18a所示为FX2N系列PLC通用定时器的一种应用电路和波形图。2）积算定时器FX2N系列PLC具有10点积算定时器，地址编号为T246～T255。积算定时器的类型、地址编号和设定值如下：T246～T249（4点）：1ms定时器，设定值范围为0.001～32.767s。T250～T255（6点）：100ms定时器，设定值范围为0.1～3276.7s。图1-18b所示为FX2N系列PLC积算定时器的一种应用电路和波形图。图1-18b中，当X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数。当计数过程中X001断开或系统断电时，当前值保持。X001再接通或复电时，计数在原有值的基础上继续进行。当累积时间为t1+t2