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随着PLC技术的不断普及，PLC可编程控制器已应用到控制领域的各个方面，控制对象也越来越多样化，为了实现一些复杂且特殊的控制功能，需在PLC基本单元的基础上扩展一些功能模块（扩展单元、扩展模块及特殊功能模块等），即构成一个PLC系统，使其满足控制需要。
不同控制功能、不同应用场合、不同类型PLC硬件系统的结构、组合方式、硬件规模也有所不同。下面以典型三菱PLC为例对其硬件系统的特点、组合方式进行介绍，使读者对三菱PLC的硬件系统结构组成有个初步的认识。
三菱公司为了满足各行各业不同的控制需求，推出了多种系列型号的PLC，如Q系列、AnS系列、QnA系列、A系列及FX系列等，如图 4-1 所示。不同系列PLC硬件系统的结构有所不同。下面以三菱FX系列PLC为例进行介绍。
图4-1 三菱各系列型号的PLC
光照时间
三菱PLC的硬件系统主要由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块组成。图 4-2 为三菱FX系列PLC硬件系统的基本组成。
图4-2 三菱FX系列PLC硬件系统的基本组成
三菱PLC的基本单元是PLC的控制核心，也被称为主单元，主要由CPU、存储器、输入接口、输出接口及电源等构成，是PLC硬件系统中的必选单元。
光照时间
图 4-3 为三菱FX系列PLC基本单元型号的命名规则。
图4-3 三菱FX系列PLC基本单元型号的命名规则
浇水时间
系列名称：如 0、2、1S、1N、2N、2NC、3U等。
I/ O点数：PLC输入/输出的总点数，在 10 ~ 256 之间。
基本单元：M代表PLC的基本单元。
输出形式：R为继电器输出，该输出形式有触点，可带交、直流负载；
T为晶体管输出，该输出形式无触点，可带直流负载；
S为晶闸管输出，该输出形式无触点，可带交流负载。
特殊品种：D为DC电源，表示DC输出；A1 为AC电源，表示AC输入或AC输出模块；H为大电流输出扩展模块；V为立式端子排的扩展模块；C为接插口I/O方式；F表示输出滤波时间常数为 1ms的扩展模块。
施肥时间
若在三菱FX系列PLC基本单元型号标识中的特殊品种一项无标记，则默认为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
图 4-4 为三菱FX 2N 系列PLC的基本单元。它是FX系列中最为先进的系列。其I/O点数在 256 点以内。
图4-4 三菱FX 2N 系列PLC的基本单元
光照时间
三菱FX 2N 系列PLC的基本单元主要有 25 种类型，每一种类型的基本单元通过I/O扩展单元都可扩展到 256 个I/O点。根据电源类型的不同，25 种类型的FX 2N 系列PLC基本单元可以分为交流电源和直流电源两大类。表 4-1 为三菱FX 2N 系列PLC基本单元的类型及I/O点数。
表4-1 三菱FX 2N 系列PLC基本单元的类型及I /O点数
浇水时间
三菱FX 2N 系列PLC具有高速处理功能，可扩展多种满足特殊需要的扩展单元及特殊功能模块（每个基本单元可扩展 8 个，可兼用FX 0N 的扩展单元及特殊功能模块），且具有很大的灵活性和控制能力，如多轴定位控制、模拟量闭环控制、浮点数运算、开平方运算及三角函数运算等。表 4-2、表 4-3、表 4-4为三菱FX 2N 系列PLC的技术指标。
表4-2 三菱FX 2N 系列PLC的基本性能技术指标
表4-3 三菱FX 2N 系列PLC的输入技术指标
表4-4 三菱FX 2N 系列PLC的输出技术指标
扩展单元是一个独立的扩展设备，通常接在PLC基本单元的扩展接口或扩展插槽上，用于增加PLC的I/O点数及供电电流的装置，内部设有电源，但无CPU，因此需要与基本单元同时使用。当扩展组合供电电流总容量不足时，就需要在PLC硬件系统中增设扩展单元进行供电电流容量的扩展。图 4-5 为三菱FX 2N 系列PLC的扩展单元。
图4-5 三菱FX 2N 系列PLC的扩展单元
光照时间
图 4-6 为三菱FX系列PLC扩展单元的命名规则（一）。该系列PLC的扩展单元使用字母“E”进行标识。
图4-6 三菱FX系列PLC扩展单元的命名规则（一）
光照时间
三菱FX 2N 系列PLC的扩展单元主要有 6 种类型。根据输出类型的不同，6 种类型的FX 2N 系列PLC扩展单元可以分为继电器输出和晶体管输出两大类。表 4-5 为三菱FX 2N 系列PLC扩展单元的类型及I/O点数。
表4-5 三菱FX 2N 系列PLC扩展单元的类型及I /O点数
三菱PLC的扩展模块是用于增加PLC的I/O点数及改变I/O比例的装置，内部无电源和CPU，因此需要与基本单元配合使用，并由基本单元或扩展单元供电，如图 4-7 所示。
图4-7 扩展模块与基本单元配合使用
光照时间
图 4-8 为三菱FX系列PLC扩展模块的命名规则（二）。其实物外形如图 4-9 所示。
图4-8 三菱FX系列PLC扩展模块的命名规则（二）
图4-9 扩展模块实物外形
浇水时间
三菱FX系列PLC扩展模块的输入/输出形式用字母标识，主要有以下几种：
X—输入；
YR—继电器输出；
YS—晶闸管输出；
YT—晶体管输出。
光照时间
三菱FX 2N 系列PLC的扩展模块主要有 3 种类型，分别为FX 2N - 16EX、FX 2N - 16EYT、FX 2N - 16EYR。各类型扩展单元的类型及I/ O点数见表 4-6。
表4-6 三菱FX 2N 系列PLC扩展模块的类型及I /O点数
特殊功能模块是PLC中的一种专用扩展模块，如模拟量I/O模块、通信扩展模块、温度控制模块、定位控制模块、高速计数模块、热电偶温度传感器输入模块及凸轮控制模块等。
①模拟量I/O模块功能。
光照时间
模拟量I/O模块包含模拟量输入模块和模拟量输出模块两大部分。其中，模拟量输入模块也称A/D模块，是将连续变化的模拟输入信号转换成PLC内部所需的数字信号；模拟量输出模块也称D/A模块，是将PLC运算处理后的数字信号转换为外部所需的模拟信号。图 4-10 为三菱FX 2N 系列PLC模拟量I/O模块的实物外形。
图4-10 三菱FX 2N 系列PLC模拟量I/ O模块的实物外形
浇水时间
图 4-11为模拟量I/O模块的工作流程。生产过程现场将连续变化的模拟信号（如压力、温度、流量等模拟信号）送入模拟量输入模块中，经循环多路开关后进行A/D转换，再经过缓冲区BFM后为PLC提供一定位数的数字信号。 PLC将接收到的数字信号根据预先编写好的程序进行运算处理，并将其运算处理后的数字信号输入到模拟量输出模块中，经缓冲区BFM后再进行D/A转换，为生产设备提供一定的模拟控制信号。
图4-11 模拟量I/ O模块的工作流程
施肥时间
图4-12 为三菱PLC模拟量输入模块的内部方框图。DC 24V电源经DC/DC转换器转换为依15V和5V开关电源，为模拟输入单元提供所需的工作电压，同时模拟输入单元接收CPU发送来的控制信号，经光电耦合器后控制多路开关闭合，通道CH1（或CH2、CH3、CH4）输入的模拟信号经多路开关后进行A/D转换，再经光电耦合器后为CPU提供一定位数的数字信号。
图4-12 三菱PLC模拟量输入模块的内部方框图
②模拟量I/O模块功能参数。
下面以FX 2N - 4AD模拟量输入模块为例对其功能及参数进行介绍。
光照时间
FX 2N - 4AD模拟量输入模块用于将通道输入的模拟电信号电流或电压转换成一定位数的数字信号。该模块共有 4 个通道，与基本单元之间通过BFM缓冲区进行数据交换，且消耗基本单元或有源扩展单元 5V电源槽30mA的电流。该模拟量输入模块的基本参数见表 4-7。
表4-7FX 2N -4AD模拟量输入模块基本参数
光照时间
FX 2N - 4AD模拟量输入模块的电源指标及其他性能指标见表 4-8。
表4-8FX 2N -4AD模拟量输入模块的电源指标及其他性能指标
光照时间
图4-13 为FX 2N -4AD模拟量输入模块的I/O特性。从图中可以看出，该模块有三种预设范围，分别为预设 0（-10 ~ + 10V）、预设 1（+ 4 ~ + 20mA）、预设2（-20 ~ + 20mA）。选择时，需根据FX 2N - 4AD模拟量输入模块的缓冲存储器的设置进行选择，且所选择的电压和电流需与输入端子相匹配。
图4-13 FX 2N - 4AD模拟量输入模块的I/ O特性
通信扩展板主要用于完成PLC与PLC之间、PLC与计算机之间、PLC与其他设备之间的通信。三菱FX 2N 系列PLC主要有RS -232 通信扩展板FX 2N - 232 - BD、RS -485 通信扩展板FX 2N - 485 - BD、RS -422 通信扩展板FX 2N - 422 - BD等，如图 4-14 所示。
图4-14 三菱FX 2N 系列PLC中的通信扩展板
①RS -232 通信扩展板FX 2N - 232 - BD。
光照时间
RS -232 通信扩展板FX 2N - 232 - BD是根据RS -232C传输标准连接PLC与其他设备（计算机、打印机等）的扩展板，一般用于程序的传输，在FX 2N 系列PLC基本单元内仅可装入一台。表 4-9 为RS-232 通信扩展板FX 2N - 232 - BD的通信规格。
表4-9 RS -232 通信扩展板FX 2N -232 - BD的通信规格
②RS -485 通信扩展板FX 2N - 485 - BD。
光照时间
RS -485 通信扩展板FX 2N -485 - BD是用于与计算机、其他PLC间进行数据传送的扩展板，在FX 2N 系列PLC基本单元内仅可装入一台。若与FX 0N 通信扩展板FX 2N - CNV- BD同时使用，则可进行两台FX 2N 系列PLC基本单元的并行连接。表4-10 为RS -485 通信扩展板FX 2N -485 - BD的通信规格。
表4-10 RS -485 通信扩展板FX 2N -485 - BD的通信规格
③RS -422 通信扩展板FX 2N - 422 - BD。
光照时间
RS -422 通信扩展板FX 2N - 422 - BD用于连接编程工具（一次只能连接一个）、外围设备、人机界面及数据存储单元（可连接两个），在FX 2N 系列PLC基本单元内仅可装入一台，且不能与RS-232 通信扩展板FX 2N - 232 - BD、RS -485 通信扩展板FX 2N - 485 - BD同时使用。表 4-11 为RS -422 通信扩展板FX 2N - 422 - BD的通信规格。
表 4-11 RS -422 通信扩展板FX 2N -422 - BD的通信规格
浇水时间
在FX系列中，通常将通信扩展板嵌入在基本单元内，不占用外部的安装空间，如图 4-15 所示。
图4-15 三菱FX 3U - 16M PLC通信扩展板的安装方式
施肥时间
在三菱FX系列PLC中，除了上述通信扩展板外，还有一些其他功能的通信扩展模块，如图 4-16 所示。例如，通信适配器模块FX 2NC -232- ADP，用于RS-232C通信时使用；通信接口模块FX 2N - 232IF，用于与带有RS-232C通信接口的设备进行全双工串行通信。
图4-16 三菱FX 2N 系列中的其他通信扩展模块
电动机在切断电源后，由于惯性作用，还要继续运转一段时间后才能完全停止。但在实际生产过程中有时候要求电动机能迅速停车和准确定位，因此定位控制就显得尤为重要。
光照时间
当所控制的机械设备需要定位控制时，需在PLC系统中加入定位控制模块，如通过脉冲输出模块FX 2N - 1PG和定位控制模块FX 2N - 10GM等可实现机械设备的一点或多点定位控制。图 4-17 为定位控制模块的实物外形。其规格参数见表 4-12。
图4-17 定位控制模块的实物外形
表4-12 定位控制模块的规格参数
续表
高速计数模块主要用于对PLC控制系统中的脉冲个数进行计数，在PLC基本单元内一般设置有高速计数器，但当工业应用中超过内部计数器的工作频率时，需在PLC硬件系统中配置高速计数器模块。
光照时间
图4-18 为三菱FX 2N 系列中常用的高速计数模块FX 2N - 1HC的实物外形。其规格参数见表 4-13。该计数模块通过PLC的指令或外部输入可进行计数的复位或启动。
图4-18 高速计数模块FX 2N - 1HC的实物外形
表4-13 高速计数模块FX 2N -1HC的规格参数
续表
光照时间
在三菱PLC硬件系统中，除了上述扩展模块外，还有一些其他功能的扩展模块，如热电偶温度传感器输入模块、凸轮控制模块等，如图 4-19所示。
图4-19 其他扩展模块的实物外形
三菱PLC硬件系统是由PLC的基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块构成的。不同PLC控制系统的硬件系统组合方式和结构也有很大差异。
三菱PLC的基本单元既可以独立构成简单的控制系统，也可以通过扩展单元、扩展模块、特殊功能模块连接成较复杂、较大规模的控制系统，用户可以通过不同的扩展需求及控制功能进行选择。
扩展三菱PLC硬件系统时，其基本单元可连接多台扩展设备（扩展单元、扩展模块及特殊功能模块），这些扩展设备需接在PLC基本单元的右侧。
光照时间
当FX 2N 系列PLC基本单元的右侧与FX 2N 的扩展单元、扩展模块、特殊功能模块或FX 0 N 的扩展模块、特殊功能模块连接时，可直接将这些模块通过扁平电缆与基本单元连接，且基本单元右侧连接FX 2N 、FX 0N 扩展设备的个数最多不能超过 8 个，如图 4-20 所示。
图4-20 FX 2N 基本单元与F 2N 、FX 0N 扩展设备的连接
浇水时间
三菱FX 2N 基本单元连接FX 2N 、FX 0N 扩展设备时，FX 0N 的扩展设备必须接在FX 2N 扩展设备的后面，且FX 2N 基本单元后面不能连接FX 0N 的扩展单元。
光照时间
当FX 2N 系列PLC基本单元的右侧与FX 1 、FX 2 扩展单元、扩展模块、特殊功能模块连接时，需使用FX 2N - CNV- IF型转换电缆连接，且基本单元右侧连接FX 1 、FX 2 扩展设备的个数最多不能超过 16 个，如图 4 -21所示。
光照时间
当FX 2N 基本单元与FX 2N 、FX 0N 、FX 1 、FX 2 扩展设备混合连接时，需将FX 2N 、FX 0N 的扩展设备直接与FX 2N 基本单元连接，然后在其FX 2N 、FX 0N 的扩展设备之后使用FX 2N - CNV- IF型转换电缆连接FX 1 、FX 2 的扩展设备，且使用的FX 2N 、FX 0N 扩展设备的个数最多不超过 8 个，使用FX 2N - CNV- IF型转换电缆连接FX 1 、FX 2 扩展设备的个数最多不超过16 个，如图4-22 所示。
图4-21 FX 2N 基本单元与FX 1 、FX 2 扩展设备的连接
图4-22 FX 2N 基本单元与FX 2N 、FX 0N 、FX 1 、FX 2 扩展设备的混合连接
除虫时间
有些PLC操作技术人员在连接PLC扩展设备时，会将FX 1 、FX 2 扩展设备连接在FX 2N 、FX 0N 扩展设备的后面，这种连接方法是错误的。在FX 2N 系列PLC中，基本单元后面一旦使用FX 2N - CNV- IF型转换电缆连接FX 1 、FX 2 的扩展设备，就不能再使用FX 2N 、FX 0N 的扩展设备了，如图 4-23 所示。
图4-23 三菱PLC硬件系统错误的扩展方式
扩展三菱FX 2N 系列PLC硬件系统时，其基本单元最多可连接一个功能扩展板，需安装在基本单元内，不占用外部的安装空间。
光照时间
图 4-24 为三菱FX 3U 系列PLC通信扩展板的安装位置。从图中可以看出，扩展板安装在三菱FX 3U - 16M基本单元的左侧，安装时只需将需要安装的通信扩展板的固定板插接固定在PLC基本单元上，且在一个基本单元上只能安装一个功能扩展板。
图4-24 三菱FX 3U - 16M PLC通信扩展板的安装位置
施肥时间
图 4-25 为在实际应用中三菱FX系列PLC构成的控制系统。
三菱FX 2N 系列PLC地址编码序号从基本单元开始，按连接顺序依次按“逢 8 进 1”的规则进行地址编码的扩展。
图4-25 在实际应用中三菱FX系列PLC构成的控制系统
光照时间
表 4-14 为三菱FX 2N 系列PLC地址编码序号的扩展规则。
表4-14 三菱FX 2N 系列PLC地址编码序号的扩展规则
施肥时间
三菱FX 2N - 48MR型PLC基本单元的右侧连接了一个FX 2N - 16EYR扩展模块，其地址编码需从基本单元开始，按“逢 8 进 1”的规则进行地址编码的扩展。其扩展的地址编码见表 4-15。
表4-15 三菱FX 2N -48MR型PLC扩展FX 2N -16EYR扩展模块的地址编码
在扩展三菱FX 2N 系列PLC硬件系统时，其增加的扩展模块消耗的电流量应在供给电量基本单元或扩展单元的总电流量以内，当电流量不够时，应增加扩展单元进行电流量的补充，其剩余的电流量则可作为传感器或负载的电源。
光照时间
三菱FX 2N 系列PLC的基本单元和扩展单元的内部都设有电源，均可向扩展模块提供DC 24V的电源，不同型号的基本单元和扩展单元供给电流量不相同，见表 4 -16，且不同型号扩展模块消耗电流量也不相同，见表 4-17。
表4-16 FX 2N 系列PLC基本单元和扩展单元的供给电流量
表4-17 FX 2N 系列PLC扩展模块的消耗电流量
施肥时间
三菱FX 2N - 48MR型PLC基本单元的右侧连接两个扩展模块，分别为FX 0N - 8EX、FX 0N - 8EYR，判断两个扩展模块所消耗的电流量是否在基本单元供给电流量的范围内时，可根据表4-3、4-4进行计算。若计算的剩余电流量充足，则可进行扩展模块的连接。其计算公式为
剩余电流量=供给电流量-消耗电流量= 460mA -（50mA + 75mA）= 335mA
光照时间
三菱FX 2N 系列PLC的基本单元和扩展单元的内部都设有电源，均可向特殊功能模块提供DC 5V的电源。三菱FX 2N 系列PLC基本单元供给特殊功能模块的电流量为 290mA，扩展单元供给特殊功能模块的电流量为690mA，但不同型号特殊功能模块消耗的电流量是不相同的，见表 4-18。
施肥时间
三菱FX 2N - 48MR型PLC基本单元的右侧连接三个特殊功能模块，分别为FX 0N - 3A、FX -1HC、FX -10GM（自给），判断三个特殊功能模块所消耗的电流量是否在基本单元供给电流量的范围内时，可根据表4-5 进行计算。若计算的剩余电流量充足，则可进行特殊功能模块的连接。其计算公式为
剩余电流量=供给电流量-消耗电流量= 460mA -（30mA + 70mA + 0）= 360mA
表4-18FX 2N 系列PLC特殊功能模块消耗的电流量
