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第三章 FX2N系列可编程控制器【知识目标】了解FX2N系列PLC的型号规格及含义。【能力目标】能够正确对各种电源输入型的PLC进行电源配线 。能正确的对各种型号PLC的输入(包括二端和三端)器件和输出器件进行接线。3.1 FX2N的结构特点及产品构成1、FX2N系列产品的结构特点 FX2N系列PLC采用一体化箱体结构,其基本单元(Basic Unit)将所有的电路,含CPU、存储器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内,是一个完整的控制装置。FX2N系列PLC基本单元的输入输出比为1:1。 为了实现输入输出点数的灵活配置及功能的灵活扩展，FX2N系列PLC还配有扩展单元（Extension unit）、扩展模块(Extension Module)及特殊功能单元(Special Function Unit)。扩展单元用于增加I/O点数的装置,内部设有电源.扩展模块用于增加I/O点数及改变I/O比例,内部无电源,用电由基本单元或扩展单元供给.因扩展单元及扩展模块无CPU,必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置。如模拟量I/O单元、高速计数单元、位置控制单元、通讯单元等。这些单元大多通过基本单元的扩展口连接基本单元，也可以通过编程器接口接入或通过主机上并接适配器接入，不影响原系统的扩展。FX2N系列PLC可以根据需要,仅以基本单元或由多种单元组合使用。图3-1为FX2N系列PLC基本单元外观照片。 图3-1 FX2N系列PLC基本单元外观2、FX系列PLC型号规格及含义FX系列PLC型号规格如图3-2所示：在图3-2中系列名称有：1S、1N、2N、2NC；即FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。输入输出点数：指的是总点数，14256。基本单元（模块分区）:M基本单元。 EI/O混合扩展单元及扩展模块。 EX输入专用扩展模块。 EY输出专用扩展模块。输出形式: R继电器输出。T晶体管输出。S晶闸管输出。其他分区: D直流电源,直流输入。A1交流电源,交流输入。 H大电流输出扩展模块(1A/点)。 V立式端子排的扩展模块。 D接插口I/O方式。F输入滤波器1ms的扩展模块。 LTTL输入型扩展模块。 S独立端子(无公共端)扩展模块。 若其他分区一项无符号,说明通常指AC交流电源,DC直流输入,横式端子排,继电器输出2A/点,晶体管0.5A/点,晶闸管输出0.3A/点。3.2 FX2N系列PLC的外部配线 PLC在工作前必须正确地接入控制系统。和PLC连接的主要有PLC电源接线、输入输出器件的接线、通讯线、接地线等。1、 电源配线及端子排列PLC基本单元的供电通常有两种情况：一是直接使用工频交流电，通过交流输入端子连接，对电压的要求比较宽松，100250V均可使用。二是采用外部直流开关电源供电，一般配有直流24V输入端子。采用交流供电的PLC机内自带直流24V内部电源,为输入器件及模块供电。FX2N系列PLC大多为AC电源,直流输入形式。图3-3为FX2N-48M的接线端子排列图,上部端子排中标有L及N的接线位为交流电源相线及中性线的接入点。图3-4为基本单元接有扩展模块时交直流电源的配线情况。从图3-4可知，不带有内部电源的扩展模块所需的24V电源由基本单元或由带有内部电源的扩展单元提供。图3-3 FX2N系列 PLC接线端子排列示例 ( FX2N-48MR) 图3-4 FX系列AC电源、DC输入型PLC电源配线2、 输入口器件的连接PLC的输入口连接输入信号,器件主要有开关、按钮及各种传感器，这些都是触点类型的器件。在接入PLC时,每个触点的两个接头分别接一个输入点及输入公共端。PLC内部电源能为每个输入点大约提供7mA工作电流。这就限制了线路长度。有源传感器在接入时必须注意与机内电源的配合。模拟量信号的输入须采用专用的模拟量工作单元。图3-5为输入器件的接线图。 图3-5输入器件的接线3、 输出器件的连接PLC的输出端口上连接的器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈。这些器件均采用PLC机外的专用电源传电,PLC内部不过是提供一组开关接点。接入时线圈的一端接输出端口，另一端经电源拉输出公共端。由于输出端口连接线圈的种类较多。扬需的电源种类及电压不同，输出口公共端常分为许多组，而且组间是隔离的。PLC的输出端口的额定电流通常为2A,大电流的执行器件必须配合中间继电器使用。图3-6为输出器件继电器时的连接图。4、 通迅线的连接 PLC一般设有专用的通讯口,通常为RS485口或RS422口,FX2N型PLC为RS422口.。与通讯口接线常采用专用的接插件连接。5、 接地线的连接FX2N型PLC的接地采用第三种接地。图3-7是PLC的接地线的连接图。 图3-6输出器件的接线 图3-7 接地线的连接图3.3 FX2N系列PLC编程器件及功能3.3.1 PLC编程器件概述 PLC内部有许多具有不同功能的器件,实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。例如，输入继电器X由输入电路和映像输入点的存储器组成;输出继电器Y由输出电路和映像输出点的存储器组成；定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态继电器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都由存储器组成。为了把它们与通常的硬器件分开，通常把上面的器件称为软器件，是等效概念抽象模拟的器件，并非实际的物理器件。从工作过程看，只注重器件的功能和器件的名称，例如，输入继电器X、输出继电器Y等,而且每个器件都有确定的地址编号,这对编程十分重要。3.2.2 FX2N系列PLC编程器件1、输入/输出继电器(X/Y) 1)、输入继电器(X) 输入继电器是PLC中专门用来接收系统输入信号的内部虚拟继电器。它由PLC工作原理来完成继电器的功能。它在PLC内部与输入端子相连，它有无数的常开触点和常闭触点，这些动合、动断触点可在PLC编程时随意使用。这种输入继电器不能用程序驱动，只能由输入信号驱动。 FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。因此存在”8”、”9”这样的数值。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点输入继电器，其编号为X0X267。2）、 输出继电器(Y) 输出继电器是PLC中专门用来将运算结果信号经输出接口电路及输出端子，送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，它有无数的动合触点与动断触点，这些动合与动断触点可在PLC编程时随意使用。外部无法直接驱动继电器，它只能用程序驱动。2、辅助继电器（M） 辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。1）通用辅助继电器（M0M499）FX2N系列共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时，如果电源突然断电，则全部线圈均OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。根据需要可通过程序设定，将M0M499变为断电保持辅助继电器。2）断电保持辅助继电器（M500M3071）FX2N系列有M500M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用PLC中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中M500M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。3）特殊辅助继电器PLC内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类。（1）触点型   其线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：M8000：运行监视器（在PLC运行中接通），M8001与M8000相反逻辑。M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通），M8003与M8002相反逻辑。M8011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms 、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。（2）线圈型   由用户程序驱动线圈后PLC执行特定的动作。例如：M8033：若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。M8034：若使其线圈得电，则将PLC的输出全部禁止。M8039：若使其线圈得电，则PLC按D8039中指定的扫描时间工作。3、状态器（S）状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令STL配合应用。状态器有五种类型：初始状态器S0S9共10点；回零状态器S10S19共10点；通用状态器S20S499共480点；具有状态断电保持的状态器有S500S899，共400点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）S900S999共100点。在使用用状态器时应注意：1）状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；2）状态器不与步进顺控指令STL配合使用时，可作为辅助继电器M使用；3）FX2N系列PLC可通过程序设定将S0S499设置为有断电保持功能的状态器。4、定时器（T） PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无穷对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。FX2N系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。1通用定时器通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输进电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。（1）100ms通用定时器（T0T199） 共200点，其中T192T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.13276.7s。（2）10ms通用定时器（T200T245） 共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.01327.67s。下面举例说明通用定时器的工作原理。如图3-8所示，当输进X0接通时，定时器T200从0开始对10ms时钟脉冲进行累积计数，当计数值与设定值K123相等时，定时器的常开接通Y0，经过的时间为123×0.01s=1.23s。当X0断开后定时器复位，计数值变为0，其常开触点断开，Y0也随之OFF。若外部电源断电，定时器也将复位。图3-8通用定时器工作原理2积算定时器积算定时用具有计数累积的功能。在定时过程中假如断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。（1）1ms积算定时器（T246T249） 共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.00132.767s。（2）100ms积算定时器（T250T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.13276.7s。以下举例说明积算定时器的工作原理。如图3-9所示，当X1接通时，T250当前值计数数器开始累积100ms的时钟脉冲。如果该值达到设定值K345时,定时器的输出触点动作。在计算过程中，即使输入X1断开或停电再启动时,继续计算,其累计市场繁荣动作时间为34.5秒。如果复位输入X2为ON时,定时器复位,输出触点也复位。 图3-9积算定时器工作原理 5、计数器（C） FX2N系列计数器分为内部计数器和高速计数器两类。1内部计数器内部计数器是在执行扫描操纵时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。内部输进信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。（1）16位增计数器（C0C199） 共200点，其中C0C99为通用型，C100C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输进信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为132767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。下面举例说明通用型16位增计数器的工作原理。如图3-10所示，X10为复位信号，当X10为ON时C0复位。X11是计数输进，每当X11接通一次计数器当前值增加1（留意X10断开，计数器不会复位）。当计数器计数当前值为设定值10时，计数器C0的输出触点动作，Y0被接通。此后既使输进X11再接通，计数器确当前值也保持不变。当复位输进X10接通时，执行RST复位指令，计数器复位，输出触点也复位，Y0被断开。  图3-10 通用型16位增计数器（2）32位增/减计数器（C200C234） 共有35点32位加/减计数器，其中C200C219（共20点）为通用型，C220C234（共15点）为断电保持型。这类计数器与16位增计数器除位数不同外，还在于它能通过控制实现加/减双向计数。设定值范围均为-+（32位）。C200C234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器M8200M8234设定。对应的特殊辅助继电器被置为ON时为减计数，置为OFF时为增计数。计数器的设定值与16位计数器一样，可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为设定值。在间接设定时，要用编号紧连在一起的两个数据计数器。如图3-11所示。 图3-11 32位增减计数器的赋值方式32位增/减计数器的工作过程如图3-12所示，X12用来控制M8200，X12闭合时为减计数方式。X14为计数脉冲输入端，C200的设定值为-5（可正、可负）。设C200置为增计数方式（M8200为OFF），当X14计数输入累加由-6-5增加时，计数器的输出触点动作。当前值大于-5时计数器仍为ON状态。当计数器的当前值由-4 -5减少时，若输出已经接通，则其输出触点复位（断开）。若在由-4 -5减少时，输出Y1本来是未接通的,则不存在断开。复位输入X13接通时，计数器确当前值为0，输出触点也随之复位。 图3-12  32位增/减计数器2高速计数器（C235C255）高速计数器是32位的寄存器，其计数的高频信号来自机外，计数频率可高达10KHZ,采用中断的工作方式,计数频率不受PLC扫描周期的影响。高速计数器与内部计数器相比，除输入频率高之外，应用也更为灵活，高速计数器均有断电保持功能，通过参数设定也可变成非断电保持。FX2N有C235C255共21点高速计数器。用来做为高速计数器的PLC输入端口有X0X7。X0X7不能重复使用，即某一个输进端已被某个高速计数器占用，它就不能再用于其它高速计数器，也不能用做它用。各高速计数器对应的输入端如表3-1所示。 表3-1 FX2N系列PLC高速计数器一览表注：U表示增计数输入,D表示减计数输入,A表示A相输入,B表示B相输入,R表示复位输入,S表示启动输入。高速计数器可分为三类：（1）单相单计数输入高速计数器（C235C245） 其触点动作与32位增/减计数器相同，可进行增或减计数。作增计数时，计数值达到设定值则触点动作并保持；作减计数时，到达计数值则复位。其计数方向取决于取决于M8235M8245的状态。其中M8的后三位为对应的计数器号。如图3-13所示为无启动/复位端单相单计数输入高速计数器的应用。当X10断开，M8235为OFF，此时C235为增计数方式（反之为减计数）。由X12选中C235，从表3-1中可知其输进信号来自于X0，C235对X0信号增计数，当前值达到123时，C235常开接通，Y0得电。X11为复位信号，当X11接通时，C235复位。  图3-13无启动/复位端单相单计数输入计数器如图3-14所示为带启动/复位端单相单计数输进高速计数器的应用。从图3-14可以看出，这些计数器较单相无启动/复位型的高速计数器增加了外部启动和外部复位控制端子。由表3-1可知，X3和X7分别为外复位信号输入端和外启动信号输入端。利用X10通过M8245可设定其增/减计数方式。当X2为接通，且X7也接通时，则开始计数，计数的输进信号来自于X0，C245的设定值由D0和D1指定。除了可用X1立即复位外，也可用梯形图中的X14复位。  图3-14 带启动/复位端单相单计数输入高速计数器（2）单相双计数输入高速计数器（C246C250） 这类高速计数用具有二个外部计数输入端子，一个为增计数输入端，另一个为减计数输入端。利用M8246M8250的ON/OFF动作可监控C246C250的增记数/减计数动作。如图3-15（a）所示，图中X0及X1分别为C246增计数器输入端及减计数器输入端。C246是通过程序安排启动及复位条件的,如图中的X11及X10。也有的单相双计数输入型高速计数器还带有外复位及外启动端。如图3-15（b）中所示的高速计数器C250的端子情况。图中X5及X7分别为外启动及外复位端。它们的工作情况和单相带启动/复位计数器相应端子的使用相同。    (a)单相双输入(b)带外启动/复位单相双输入图3-15 单相双计数输入高速计数器（3）双相双输入高速计数器（C251C255）  A相和B相信号决定计数器是增计数还是减计数。双相双计数输入型高速计数器的两个脉冲输入端子是同时工作的，外计数方向控制方式由2相脉冲间的相位决定。如图3-16所示。当A相为ON时，B相由OFF到ON，则为增计数；当A相为ON时，若B相由ON到OFF，则为减计数，其余功能与单相双计数输入型相同。需要说明的是，带有外计数方向控制端的高速计数器也配有编号相应的特殊辅助继电器，只是它们没有控制功能只有批示功能。当采取外部计数方向控制方式工作时，相应的特殊辅助继电器的状态会随着计数方向的变化而变化。  (a)双相双输入增计数 (b)带外启动/复位双相双输入减计数图3.-16  双相双计数输入高速计数器注意：高速计数器的计数频率较高，它们的输入信号的频率受二方面的限制。一是全部高速计数器的处理时间。因它们采用中断方式，所以计数器用的越少，则可计数频率就越高；二是输入响应速度，其中X0、X2、X3最高频率为10KHZ，X1、X4、X5最高频率为7KHZ。习题3-1 简述FX2N系列的基本单元、扩展单元和扩展模块的用途?3-2 简述输入继电器、输出继电器、定时器及计数器的用途?3-3定时器和计数器各有哪些使用要素？如果梯形图线圈前的触点是工作条件，那么定时器和计数器的工作条件有什么不同？3-4请画出输入端口按钮开关、两端传感器和三端传感器的接线图。3-5请画出输出端口交流继电器负载的接线图。