第1章　三菱PLC及应用基础

1.1　三菱PLC概述

三菱的可编程控制器（PLC）是较早进入国内市场的产品，三菱PLC有较高的性价比，而且易学易用，在国内PLC市场有很大的份额，特别是FX系列小型PLC，有比较高的市场占有率。

1.1.1　三菱PLC产品系列

（1）FX系列PLC

三菱小型PLC系列简称F系列，1981年面世（1984年进入中国），为整体结构，有F-12、F-20、F-40三个型号。FX系列PLC是从F系列、F1系列、F2系列发展起来的小型PLC产品。1990年，FX2系列PLC面世。它是16位机，无论在外形、功能、软元件及特殊功能模块上都比F、F1、F2 PLC上了一个新台阶。FX2系列PLC的主机有FX2-16、24、32、48、64、80和128七个型号，可扩展到256点。除主机功能、程序容量及内部软元件大量提升外，更丰富了特殊功能模块的种类。1991年面世的FX0是微型不可扩展的PLC，其点数为10、14、20和30点。1994年面世的FX0N是作为已停产的F1系列的取代品，比F1系列PLC体积小60%，而在运算速度、功能和程序容量上大大提升。FX0N系列PLC主机为24、40和60点，可扩展至128点，并有多种功能模块可供选用。1996年面世的FX0S是取代FX0的产品，体积上比FX0小60%，而在运算速度、功能和程序容量上与FX0N一样。FX0S的主机型号为FX0S-10、14、20、30共4种，点数不能扩展，也不能加接特殊功能模块。

目前，FX系列PLC包括FX1S/FX1N/FX2N/FX3U/FX3G五种基本类型产品。

FX1S系列是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通信功能等扩展性。

如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。它是FX系列中的低端PLC，除了可以扩展通信模块外，不能扩展其他模块，最大I/O点为40点。

FX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通信、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。

FX2N系列是三菱PLCFX家族中较先进的系列，是第二代产品。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供很大的灵活性和控制能力。

FX3U系列是三菱电机公司推出的新型第三代PLC，可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。

FX3G系列是三菱电机公司2008年推出的第三代PLC，基本单元自带两路高速通信接口（RS422&USB）；内置高达32K大容量存储器；标准模式时基本指令处理速度可达0.21Ps；控制规模为14～256点（包括CC-Link网络I/O）；定位功能设置简便（最多三轴）；基本单元左侧最多可连接4台FX3U特殊适配器；可实现浮点数运算；可设置两级密码，每级16字符，增强密码保护功能。增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。

FX1NC/FX2NC/FX3UC系列在保持了原有强大功能的基础上，连接方式采用插接方式，其体积更小。此外，其供电电源只能采用DC24V电源。其价格较FX1N/FX2N/FX3U低。

（2）A系列PLC

三菱A系列PLC使用了三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC。A2AS CPU支持32个PID回路。而QnAS CPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变：程序容量由服步至124K步，如使用存储器卡，QnAS CPU的内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可供选择，包括网络、定位控制、高速计数、温度控制等模块。三菱A系列PLC是模块式的PLC，其功能比FX系列PLC要强大得多。

（3）Q系列PLC

三菱Q系列PLC是三菱电机公司推出的大型PLC，CPU类型有基本型CPU、高性能型CPU、过程控制CPU、运动控制CPU、冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。为了更好地满足国内用户对三菱PLC Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX Developer等软件，故具有极佳的性价比。

（4）L系列PLC

L系列可编程控制器机身小巧，但集高性能、多功能及大容量等特点于一身。CPU具备9.5ns的基本运算处理速度和260K步的程序容量，最大I/O可扩展8129点。还具备内置定位、高速计数器、脉冲捕捉、中断输入、通用I/O等功能，集众多功能于一体。硬件方面，内置以太网及USB接口，便于编程及通信，配置了SD存储卡，可存放最大4G的数据。无需基板，可任意增加不同功能的模块。L系列PLC与Q系列PLC相比，性能更加强大。

1.1.2　三菱PLC的特点

三菱可编程控制器的特点如下。

（1）系统配置既固定又灵活

用户可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同的I/O点和不同功能的控制系统。为了使PLC更具开放性和执行多任务，可在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如三菱Q系列PLC可以在一个机架上插多个CPU模块，这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制、顺序控制、运动控制和过程控制。这些都是在Window环境下执行PC机任务的模块，组成混合式的控制系统。专用I/O、可靠的硬件、扫描处理和逻辑梯形图，使它成为工业控制的首要选择。

（2）编程简单

三菱可编程控制器通常利用梯形图编程方式，从而操作人员比较容易接受。元件注释可以存储在程序储存器中，便于程序的理解和修改，可以用调制解调器和电话线实现远程监控和编程。

（3）具备高速运算能力

PLC具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC具有越来越强的模拟量处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别已越来越小。

（4）通信简单化

PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线、同轴电缆、光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络。这种网络配置灵活，扩容方便，造价低，性能价格比好，也具开放意义。

（5）性价比高

三菱PLC具有令人放心的高性能，各种配置都可以得到很高的性价比。三菱PLC技术具有较强的可靠性，较强的抗干扰能力，相对于传统控制系统来讲，其控制工作更加准确，更具稳定性。同时三菱PLC操作系统的构成相对简单，工作人员更容易操作。

（6）其他

备有可自由选择、丰富的品种；适用于多种特殊用途；共同的外部设备。

1.1.3　三菱PLC的相关技术要求

在此以FX系列PLC为例，介绍三菱可编程控制器的相关技术要求。

FX系列PLC的环境指标要求如表1-1所示。

FX系列PLC对输入信号的技术要求如表1-2所示。

FX系列PLC对输出信号的技术要求如表1-3所示。

1.1.4　三菱PLC在机电控制中的应用

（1）机电控制

机电控制技术，顾名思义就是把机械和电子结合为一体的综合技术，其中机电技术和控制技术是机电控制技术两大重要的内容。

现代机电控制技术是精密机械、微电子、电力电子、计算机、信息处理、网络传输、传感检测、过程控制、流体转动、伺服传动及自动控制等多种技术相互交叉、渗透、融合而成的综合性技术。机电控制的共性相关技术一般归纳为检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术及系统总体技术。

控制性是机电系统的突出特征。自动控制技术通过控制器使被控对象或过程自动按预定的规律运行。因被控对象种类繁多，控制技术的内容非常丰富，有高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。自动控制技术可协调机械、电器各部分来有效完成动作过程，在机电系统中起重要作用。

机电控制技术在不断地深入各个领域，承担重要角色并迅速向前推进。性能上，它向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；结构与功能上，它向小型化、轻型化、多功能方向发展；层次上，它向系统化、复合集成化方向发展。

（2）三菱PLC在机电控制中的主要应用

PLC以其灵活性、使用方便、适应而广、可靠性高、运行速度高、抗干扰能力强、编程简单等特点，始终在工业自动化控制特别是顺序控制中占有重要的地位。三菱PLC控制性能优异，在各行业机电控制中得到了十分广泛的应用。

①运动与位置控制　PLC既可用于直线运动控制，也可用于圆周运动控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。三菱PLC具有丰富的运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。位置控制是工业自动控制过程中的重要方面和重要内容，三菱PLC通过控制步进电机，使步进电机绕组发出脉冲，从而对步进电机进行定位和控制。

②PLC过程控制　过程控制是指对模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。三菱PLC在工业生产中的应用十分广泛，用户可以编制出诸多的控制算法程序，完成对工业过程的闭环控制。PLC是在工业控制过程中使用较多的一种调节方法。一般的PLC中大都使用了PID调节模块，三菱PLC也是如此。目前，三菱PLC被广泛地应用到冶金、采矿、化工以及锅炉控制的过程中，应用十分广泛。

③开关量的逻辑控制　开关量的逻辑控制构成了三菱PLC使用最广泛以及最基本的领域。PLC的出现和广泛应用使其快速地取代传统的电气电路，并发挥出了更重要的作用，最终实现了对开关量的逻辑控制以及顺序控制。三菱PLC在使用的过程中满足了客户的多样化的需求，三菱PLC既可以对单台设备进行有效控制，也可以对集群控制。由于三菱PLC的广泛适用性，使得三菱PLC的应用十分广泛，例如印刷机、电镀流水线、包装生产线。PLC在工业开关量的控制过程中具有很大的可靠性，还可以提高数字计算系统的质量，这样就可以节省大量的人力和时间。

④工业生产过程中的模拟量控制　在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、流量、液位、压力等，称之为模拟量。模拟量过程控制一般是指对连续变化的模拟量的闭环控制。控制的目的就是根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的模拟量或开关量的输出，使系统能够按照一定的要求进行工作。PLC厂家一般都生产配套的A/D和D/A转换模块，使其PLC可用于模拟量控制。三菱PLC在进行数据模拟量控制时，一方面给工业自动化过程控制和维护带来巨大的便利，另一方面保证工业的处理过程达到控制标准。此外，三菱PLC在工业控制过程中的应用也大幅度提高了工业控制过程中数据的精准度。

⑤数据处理　随着现代计算技术的快速发展，三菱PLC的功能也在不断拓展。三菱PLC的计算功能主要涵盖了矩阵运算、函数运算以及逻辑运算等许多方面。在三菱PLC运作的过程中，对数据进行处理主要包括：信息数据的检索、数据采集、数据传输、数据储存以及数据变换等几个方面。同时，在PLC工作的过程中，也可以将采集到的数据与存储在系统内部的数据进行参考值比较，进而完成数据处理工作。当然，PLC的数据处理功能也可以通过PLC的通信功能将数据传输给其他的职能装置。三菱PLC在大型控制系统中的使用十分广泛，在食品工业中，PLC数据处理也有十分广泛的应用。

⑥通信及联网　PLC通信功能构成PLC重要的功能之一，PLC通信既包括不同PLC设备之间的通信功能，同时也包括PLC与其他职能设备之间的通信。随着现代计算通信技术的快速发展以及职能技术的不断进步，工业生产过程中，自动化网络发展迅速。各大PLC主要生产商都十分注重对PLC网络通信系统的研究和发展。三菱PLC在研制的过程中推出了自己的网络系统，PLC都有通信接口，通信十分便利。