第三章FX2N系列可編程控制器

第三章FX2N系列可編程控制器【知識目標(biāo)】了解FX2N系列PLC的型號規(guī)格及含義。【能力目標(biāo)】能夠正確對各種電源輸入型的PLC進(jìn)行電源配線。能正確的對各種型號PLC的輸入(包括二端和三端)器件和輸出器件進(jìn)行接線。3.1FX2N的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)品構(gòu)成1、FX2N系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)FX2N系列PLC采用一體化箱體結(jié)構(gòu),其基本單元(BasicUnit)將所有的電路,含CPU、存儲器、輸入輸出接口及電源等都裝在一個模塊內(nèi),是一個完整的控制裝置。FX2N系列PLC基本單元的輸入輸出比為1:1。為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置及功能的靈活擴(kuò)展，F(xiàn)X2N系列PLC還配有擴(kuò)展單元（Extensionunit）、擴(kuò)展模塊(ExtensionModule)及特殊功能單元(SpecialFunctionUnit)。擴(kuò)展單元用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置,內(nèi)部設(shè)有電源.擴(kuò)展模塊用于增加I/O點(diǎn)數(shù)及改變I/O比例,內(nèi)部無電源,用電由基本單元或擴(kuò)展單元供給.因擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無CPU,必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置。如模擬量I/O單元、高速計數(shù)單元、位置控制單元、通訊單元等。這些單元大多通過基本單元的擴(kuò)展口連接基本單元，也可以通過編程器接口接入或通過主機(jī)上并接適配器接入，不影響原系統(tǒng)的擴(kuò)展。FX2N系列PLC可以根據(jù)需要,僅以基本單元或由多種單元組合使用。圖3-1為FX2N系列PLC基本單元外觀照片。圖3-1FX2N系列PLC基本單元外觀2、FX系列PLC型號規(guī)格及含義FX系列PLC型號規(guī)格如圖3-2所示：在圖3-2中系列名稱有：1S、1N、2N、2NC；即FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。輸入輸出點(diǎn)數(shù)：指的是總點(diǎn)數(shù)，14～256。基本單元（模塊分區(qū)）:M—基本單元。E—I/O混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊。EX—輸入專用擴(kuò)展模塊。EY—輸出專用擴(kuò)展模塊。輸出形式:R—繼電器輸出。 T—晶體管輸出。 S—晶閘管輸出。其他分區(qū):D—直流電源,直流輸入。 A1—交流電源,交流輸入。H—大電流輸出擴(kuò)展模塊(1A/點(diǎn))。V—立式端子排的擴(kuò)展模塊。D—接插口I/O方式。 F—輸入濾波器1ms的擴(kuò)展模塊。L—TTL輸入型擴(kuò)展模塊。S—獨(dú)立端子(無公共端)擴(kuò)展模塊。若其他分區(qū)一項無符號,說明通常指AC交流電源,DC直流輸入,橫式端子排,繼電器輸出2A/點(diǎn),晶體管0.5A/點(diǎn),晶閘管輸出0.3A/點(diǎn)。FX2N系列PLC的外部配線PLC在工作前必須正確地接入控制系統(tǒng)。和PLC連接的主要有PLC電源接線、輸入輸出器件的接線、通訊線、接地線等。電源配線及端子排列PLC基本單元的供電通常有兩種情況：一是直接使用工頻交流電，通過交流輸入端子連接，對電壓的要求比較寬松，100～250V均可使用。二是采用外部直流開關(guān)電源供電，一般配有直流24V輸入端子。采用交流供電的PLC機(jī)內(nèi)自帶直流24V內(nèi)部電源,為輸入器件及模塊供電。FX2N系列PLC大多為AC電源,直流輸入形式。圖3-3為FX2N-48M的接線端子排列圖,上部端子排中標(biāo)有L及N的接線位為交流電源相線及中性線的接入點(diǎn)。圖3-4為基本單元接有擴(kuò)展模塊時交直流電源的配線情況。從圖3-4可知，不帶有內(nèi)部電源的擴(kuò)展模塊所需的24V電源由基本單元或由帶有內(nèi)部電源的擴(kuò)展單元提供。圖3-3FX2N系列PLC接線端子排列示例(FX2N-48MR)圖3-4FX系列AC電源、DC輸入型PLC電源配線輸入口器件的連接PLC的輸入口連接輸入信號,器件主要有開關(guān)、按鈕及各種傳感器，這些都是觸點(diǎn)類型的器件。在接入PLC時,每個觸點(diǎn)的兩個接頭分別接一個輸入點(diǎn)及輸入公共端。PLC內(nèi)部電源能為每個輸入點(diǎn)大約提供7mA工作電流。這就限制了線路長度。有源傳感器在接入時必須注意與機(jī)內(nèi)電源的配合。模擬量信號的輸入須采用專用的模擬量工作單元。圖3-5為輸入器件的接線圖。圖3-5輸入器件的接線輸出器件的連接PLC的輸出端口上連接的器件主要是繼電器、接觸器、電磁閥的線圈。這些器件均采用PLC機(jī)外的專用電源傳電,PLC內(nèi)部不過是提供一組開關(guān)接點(diǎn)。接入時線圈的一端接輸出端口，另一端經(jīng)電源拉輸出公共端。由于輸出端口連接線圈的種類較多。揚(yáng)需的電源種類及電壓不同，輸出口公共端常分為許多組，而且組間是隔離的。PLC的輸出端口的額定電流通常為2A,大電流的執(zhí)行器件必須配合中間繼電器使用。圖3-6為輸出器件繼電器時的連接圖。通迅線的連接PLC一般設(shè)有專用的通訊口,通常為RS485口或RS422口,FX2N型PLC為RS422口.。與通訊口接線常采用專用的接插件連接。接地線的連接FX2N型PLC的接地采用第三種接地。圖3-7是PLC的接地線的連接圖。圖3-6輸出器件的接線圖3-7接地線的連接圖3.3FX2N系列PLC編程器件及功能3.3.1PPLC內(nèi)部有許多具有不同功能的器件,實(shí)際上這些器件是由電子電路和存儲器組成的。例如，輸入繼電器X由輸入電路和映像輸入點(diǎn)的存儲器組成;輸出繼電器Y由輸出電路和映像輸出點(diǎn)的存儲器組成；定時器T、計數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址寄存器V/Z等都由存儲器組成。為了把它們與通常的硬器件分開，通常把上面的器件稱為軟器件，是等效概念抽象模擬的器件，并非實(shí)際的物理器件。從工作過程看，只注重器件的功能和器件的名稱，例如，輸入繼電器X、輸出繼電器Y等,而且每個器件都有確定的地址編號,這對編程十分重要。3.2.2FX2N系列PLC編程器件1、輸入/輸出繼電器(X/Y)1)、輸入繼電器(X)輸入繼電器是PLC中專門用來接收系統(tǒng)輸入信號的內(nèi)部虛擬繼電器。它由PLC工作原理來完成繼電器的功能。它在PLC內(nèi)部與輸入端子相連，它有無數(shù)的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，這些動合、動斷觸點(diǎn)可在PLC編程時隨意使用。這種輸入繼電器不能用程序驅(qū)動，只能由輸入信號驅(qū)動。FX系列PLC的輸入繼電器采用八進(jìn)制編號。因此存在”8”、”9”這樣的數(shù)值。FX2N系列PLC帶擴(kuò)展時最多可達(dá)184點(diǎn)輸入繼電器，其編號為X0∽X267。2）、輸出繼電器(Y)輸出繼電器是PLC中專門用來將運(yùn)算結(jié)果信號經(jīng)輸出接口電路及輸出端子，送達(dá)并控制外部負(fù)載的虛擬繼電器。它在PLC內(nèi)部直接與輸出接口電路相連，它有無數(shù)的動合觸點(diǎn)與動斷觸點(diǎn)，這些動合與動斷觸點(diǎn)可在PLC編程時隨意使用。外部無法直接驅(qū)動繼電器，它只能用程序驅(qū)動。2、輔助繼電器（M）輔助繼電器是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，負(fù)載只能由輸出繼電器的外部觸點(diǎn)驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點(diǎn)在PLC內(nèi)部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進(jìn)制數(shù)共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進(jìn)制數(shù)）。1）通用輔助繼電器（M0～M499）FX2N系列共有500點(diǎn)通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運(yùn)行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當(dāng)電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護(hù)功能。通用輔助繼電器常在邏輯運(yùn)算中作為輔助運(yùn)算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過程序設(shè)定，將M0～M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2）斷電保持輔助繼電器（M500～M3071）FX2N系列有M500～M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護(hù)功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因?yàn)殡娫粗袛鄷r用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中M500～M1023可由軟件將其設(shè)定為通用輔助繼電器。3）特殊輔助繼電器PLC內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個特殊輔助繼電器，可分成觸點(diǎn)型和線圈型兩大類。（1）觸點(diǎn)型

其線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可使用其觸點(diǎn)。例如：M8000：運(yùn)行監(jiān)視器（在PLC運(yùn)行中接通），M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運(yùn)行開始時瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014分別是產(chǎn)生10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。（2）線圈型

由用戶程序驅(qū)動線圈后PLC執(zhí)行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時保持輸出映象存儲器和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容。M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時間工作。3、狀態(tài)器（S）狀態(tài)器用來紀(jì)錄系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)。是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進(jìn)順控指令STL配合應(yīng)用。狀態(tài)器有五種類型：初始狀態(tài)器S0～S9共10點(diǎn)；回零狀態(tài)器S10～S19共10點(diǎn)；通用狀態(tài)器S20～S499共480點(diǎn)；具有狀態(tài)斷電保持的狀態(tài)器有S500～S899，共400點(diǎn)；供報警用的狀態(tài)器（可用作外部故障診斷輸出）S900～S999共100點(diǎn)。在使用用狀態(tài)器時應(yīng)注意：1）狀態(tài)器與輔助繼電器一樣有無數(shù)的常開和常閉觸點(diǎn)；2）狀態(tài)器不與步進(jìn)順控指令STL配合使用時，可作為輔助繼電器M使用；3）FX2N系列PLC可通過程序設(shè)定將S0～S499設(shè)置為有斷電保持功能的狀態(tài)器。4、定時器（T）PLC中的定時器（T）相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間繼電器。它可以提供無窮對常開常閉延時觸點(diǎn)。定時器中有一個設(shè)定值寄存器（一個字長），一個當(dāng)前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點(diǎn)的映象寄存器（一個二進(jìn)制位），這三個量使用同一地址編號。但使用場合不一樣，意義也不同。FX2N系列中定時器時可分為通用定時器、積算定時器二種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖的進(jìn)行累計而實(shí)現(xiàn)定時的，時鐘脈沖有周期為1ms、10ms、100ms三種，當(dāng)所計數(shù)達(dá)到設(shè)定值時觸點(diǎn)動作。設(shè)定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來設(shè)置。1．通用定時器通用定時器的特點(diǎn)是不具備斷電的保持功能，即當(dāng)輸進(jìn)電路斷開或停電時定時器復(fù)位。通用定時器有100ms和10ms通用定時器兩種。（1）100ms通用定時器（T0～T199）

共200點(diǎn)，其中T192～T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r器。這類定時器是對100ms時鐘累積計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.1～3276.7s。（2）10ms通用定時器（T200～T245）

共46點(diǎn)。這類定時器是對10ms時鐘累積計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.01～327.67s。下面舉例說明通用定時器的工作原理。如圖3-8所示，當(dāng)輸進(jìn)X0接通時，定時器T200從0開始對10ms時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值與設(shè)定值K123相等時，定時器的常開接通Y0，經(jīng)過的時間為123×0.01s=1.23s。當(dāng)X0斷開后定時器復(fù)位，計數(shù)值變?yōu)?，其常開觸點(diǎn)斷開，Y0也隨之OFF。若外部電源斷電，定時器也將復(fù)位。圖3-8通用定時器工作原理2．積算定時器積算定時用具有計數(shù)累積的功能。在定時過程中假如斷電或定時器線圈OFF，積算定時器將保持當(dāng)前的計數(shù)值（當(dāng)前值），通電或定時器線圈ON后繼續(xù)累積，即其當(dāng)前值具有保持功能，只有將積算定時器復(fù)位，當(dāng)前值才變?yōu)?。（1）1ms積算定時器（T246～T249）

共4點(diǎn)，是對1ms時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)的，定時的時間范圍為0.001～32.767s。（2）100ms積算定時器（T250～T255）共6點(diǎn)，是對100ms時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)的定時的時間范圍為0.1～3276.7s。以下舉例說明積算定時器的工作原理。如圖3-9所示，當(dāng)X1接通時，T250當(dāng)前值計數(shù)數(shù)器開始累積100ms的時鐘脈沖。如果該值達(dá)到設(shè)定值K345時,定時器的輸出觸點(diǎn)動作。在計算過程中，即使輸入X1斷開或停電再啟動時,繼續(xù)計算,其累計市場繁榮動作時間為34.5秒。如果復(fù)位輸入X2為ON時,定時器復(fù)位,輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。

圖3-9積算定時器工作原理

5、計數(shù)器（C）FX2N系列計數(shù)器分為內(nèi)部計數(shù)器和高速計數(shù)器兩類。1．內(nèi)部計數(shù)器內(nèi)部計數(shù)器是在執(zhí)行掃描操縱時對內(nèi)部信號（如X、Y、M、S、T等）進(jìn)行計數(shù)。內(nèi)部輸進(jìn)信號的接通和斷開時間應(yīng)比PLC的掃描周期稍長。（1）16位增計數(shù)器（C0～C199）

共200點(diǎn)，其中C0～C99為通用型，C100～C199共100點(diǎn)為斷電保持型（斷電保持型即斷電后能保持當(dāng)前值待通電后繼續(xù)計數(shù)）。這類計數(shù)器為遞加計數(shù)，應(yīng)用前先對其設(shè)置一設(shè)定值，當(dāng)輸進(jìn)信號（上升沿）個數(shù)累加到設(shè)定值時，計數(shù)器動作，其常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開。計數(shù)器的設(shè)定值為1～32767（16位二進(jìn)制），設(shè)定值除了用常數(shù)K設(shè)定外，還可間接通過指定數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定。下面舉例說明通用型16位增計數(shù)器的工作原理。如圖3-10所示，X10為復(fù)位信號，當(dāng)X10為ON時C0復(fù)位。X11是計數(shù)輸進(jìn)，每當(dāng)X11接通一次計數(shù)器當(dāng)前值增加1（留意X10斷開，計數(shù)器不會復(fù)位）。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)當(dāng)前值為設(shè)定值10時，計數(shù)器C0的輸出觸點(diǎn)動作，Y0被接通。此后既使輸進(jìn)X11再接通，計數(shù)器確當(dāng)前值也保持不變。當(dāng)復(fù)位輸進(jìn)X10接通時，執(zhí)行RST復(fù)位指令，計數(shù)器復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位，Y0被斷開。

圖3-10通用型16位增計數(shù)器（2）32位增/減計數(shù)器（C200～C234）

共有35點(diǎn)32位加/減計數(shù)器，其中C200～C219（共20點(diǎn)）為通用型，C220～C234（共15點(diǎn)）為斷電保持型。這類計數(shù)器與16位增計數(shù)器除位數(shù)不同外，還在于它能通過控制實(shí)現(xiàn)加/減雙向計數(shù)。設(shè)定值范圍均為-214783648～-+214783647（32位）。C200～C234是增計數(shù)還是減計數(shù)，分別由特殊輔助繼電器M8200～M8234設(shè)定。對應(yīng)的特殊輔助繼電器被置為ON時為減計數(shù)，置為OFF時為增計數(shù)。計數(shù)器的設(shè)定值與16位計數(shù)器一樣，可直接用常數(shù)K或間接用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)定值。在間接設(shè)定時，要用編號緊連在一起的兩個數(shù)據(jù)計數(shù)器。如圖3-11所示。圖3-1132位增減計數(shù)器的賦值方式32位增/減計數(shù)器的工作過程如圖3-12所示，X12用來控制M8200，X12閉合時為減計數(shù)方式。X14為計數(shù)脈沖輸入端，C200的設(shè)定值為-5（可正、可負(fù)）。設(shè)C200置為增計數(shù)方式（M8200為OFF），當(dāng)X14計數(shù)輸入累加由-6→-5增加時，計數(shù)器的輸出觸點(diǎn)動作。當(dāng)前值大于-5時計數(shù)器仍為ON狀態(tài)。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前值由-4→-5減少時，若輸出已經(jīng)接通，則其輸出觸點(diǎn)復(fù)位（斷開）。若在由-4→-5減少時，輸出Y1本來是未接通的,則不存在斷開。復(fù)位輸入X13接通時，計數(shù)器確當(dāng)前值為0，輸出觸點(diǎn)也隨之復(fù)位。

圖3-12

32位增/減計數(shù)器2．高速計數(shù)器（C235～C255）高速計數(shù)器是32位的寄存器，其計數(shù)的高頻信號來自機(jī)外，計數(shù)頻率可高達(dá)10KHZ,采用中斷的工作方式,計數(shù)頻率不受PLC掃描周期的影響。高速計數(shù)器與內(nèi)部計數(shù)器相比，除輸入頻率高之外，應(yīng)用也更為靈活，高速計數(shù)器均有斷電保持功能，通過參數(shù)設(shè)定也可變成非斷電保持。FX2N有C235～C255共21點(diǎn)高速計數(shù)器。用來做為高速計數(shù)器的PLC輸入端口有X0～X7。X0～X7不能重復(fù)使用，即某一個輸進(jìn)端已被某個高速計數(shù)器占用，它就不能再用于其它高速計數(shù)器，也不能用做它用。各高速計數(shù)器對應(yīng)的輸入端如表3-1所示。表3-1FX2N系列PLC高速計數(shù)器一覽表注：U表示增計數(shù)輸入,D表示減計數(shù)輸入,A表示A相輸入,B表示B相輸入,R表示復(fù)位輸入,S表示啟動輸入。高速計數(shù)器可分為三類：（1）單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C235～C245）

其觸點(diǎn)動作與32位增/減計數(shù)器相同，可進(jìn)行增或減計數(shù)。作增計數(shù)時，計數(shù)值達(dá)到設(shè)定值則觸點(diǎn)動作并保持；作減計數(shù)時，到達(dá)計數(shù)值則復(fù)位。其計數(shù)方向取決于取決于M8235～M8245的狀態(tài)。其中M8???的后三位為對應(yīng)的計數(shù)器號。如圖3-13所示為無啟動/復(fù)位端單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器的應(yīng)用。當(dāng)X10斷開，M8235為OFF，此時C235為增計數(shù)方式（反之為減計數(shù)）。由X12選中C235，從表3-1中可知其輸進(jìn)信號來自于X0，C235對X0信號增計數(shù)，當(dāng)前值達(dá)到123時，C235常開接通，Y0得電。X11為復(fù)位信號，當(dāng)X11接通時，C235復(fù)位。

圖3-13無啟動/復(fù)位端單相單計數(shù)輸入計數(shù)器如圖3-14所示為帶啟動/復(fù)位端單相單計數(shù)輸進(jìn)高速計數(shù)器的應(yīng)用。從圖3-14可以看出，這些計數(shù)器較單相無啟動/復(fù)位型的高速計數(shù)器增加了外部啟動和外部復(fù)位控制端子。由表3-1可知，X3和X7分別為外復(fù)位信號輸入端和外啟動信號輸入端。利用X10通過M8245可設(shè)定其增/減計數(shù)方式。當(dāng)X2為接通，且X7也接通時，則開始計數(shù)，計數(shù)的輸進(jìn)信號來自于X0，C245的設(shè)定值由D0和D1指定。除了可用X1立即復(fù)位外，也可用梯形圖中的X14復(fù)位。

圖3-14帶啟動/復(fù)位端單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器（2）單相雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C246～C250）

這類高速計數(shù)用具有二個外部計數(shù)輸入端子，一個為增計數(shù)輸入端，另一個為減計數(shù)輸入端。利用M8246～M8250的ON/OFF動作可監(jiān)控C246～C250的增記數(shù)/減計數(shù)動作。 如圖3-15（a）所示，圖中X0及X1分別為C246增計數(shù)器輸入端及減計數(shù)器輸入端。