電氣控制與三菱PLC控制技術(shù) 課件 第4章　三菱FX系列PLC基本知識

4.1認識三菱FX系列PLC4.2三菱FX系列PLC的命名方法4.3三菱FX系列PLC的結(jié)構(gòu)組成4.4三菱FX系列PLC的軟元件4.1認識三菱FX系列PLC三菱FX系列PLC是一款適用面較廣的中小型PLC產(chǎn)品，能夠滿足大多數(shù)用戶的使用要求。它采用可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。三菱FX系列PLC的特點是小型化、一體式結(jié)構(gòu)，可控制I/O點數(shù)相對少，適合簡單小型的應用環(huán)境，經(jīng)濟又實惠，一塊FX系列PLC就能組建控制回路。三菱FX系列PLC常用的型號系列有三菱FX2N系列、三菱FX3U系列、三菱FX3G系列、三菱FX5U系列等。三菱FX2N系列PLC被視為是FX1N的升級版，是FX系列PLC家族中較為先進的系列。FX2N系列PLC具備如下特點：最大范圍地包容了標準特點，程序執(zhí)行更快，全面補充了通信功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊。其豐富的擴展模塊，同時也擴展了FX系列的應用范圍。三菱FX3U系列PLC是第三代微型可編程控制器。它內(nèi)置高達64?KB大容量的RAM存儲器，內(nèi)置業(yè)界最高水平的高速處理功能，基本指令處理速度可達0.065?μs/指令，能控制規(guī)模為16~384(包括CC-LINKI/O)點，內(nèi)置獨立3軸100?kHz定位功能(晶體管輸出型)，基本單元左側(cè)均可以連接功能強大、簡便易用的適配器。它由基本單元、擴展單元、擴展模塊、擴展電源單元、特殊單元、特殊模塊、功能擴展板、特殊適配器、存儲器盒、顯示模塊構(gòu)成。相比FX之前的產(chǎn)品而言，基本性能得到大幅提升，擴展性也變得十分強大，被視為三菱FX2N系列的升級版。三菱FX3G系列PLC內(nèi)置大容量程序存儲器，最高存儲容量為32?K步，標準模式時基本指令處理速度可達0.21?μs/指令，加之大幅擴充的軟元件數(shù)量，使用戶可以更加自由地編輯程序并進行數(shù)據(jù)處理。另外，浮點數(shù)運算和中斷處理方面，F(xiàn)X3G同樣表現(xiàn)超群。FX3G系列PLC在競爭愈發(fā)激烈的當代工業(yè)領(lǐng)域，可充分滿足不同行業(yè)客戶系統(tǒng)要求，具有高度靈活性。三菱FX5U系列PLC內(nèi)置模擬量輸入/輸出功能。FX5U內(nèi)置12位2ch模擬量輸入和1ch模擬量輸出。FX5U內(nèi)置RS485端口(帶MODBUS功能)和Ethernet端口。在功能上FX5U內(nèi)置SD存儲卡。SD卡可以非常方便地進行程序的升級和設(shè)備的批量生產(chǎn)，提高工作效率。FX5U設(shè)有RUN、STOP、RESET開關(guān)，在FX3U的基礎(chǔ)上新增了RESET功能。在無需關(guān)閉主電源的情況下就可以重新啟動，使調(diào)試更加高效。高速系統(tǒng)總線、通信速度約為FX3U的150倍，內(nèi)置4軸脈沖輸出。FX3U最大脈沖輸出頻率為100?kp/s(pulsepersecond，每秒的脈沖數(shù))，內(nèi)置最多可控制3軸。FX5U最大脈沖輸出頻率為200?kp/s，內(nèi)置最多控制4軸。先進的運動控制功能，搭載簡易運動控制模塊，可輕松實現(xiàn)高度同步控制、凸輪控制、速度扭矩控制。圖4-1為三菱各型號PLC的外形。4.2三菱FX系列PLC的命名方法三菱FX系列PLC的型號表示如圖4-2所示，代碼表示如下：系列序號：代表PLC的型號，型號有0、0S、0N、1S、2、2C、2N、2NC、3SA、3GA、3U、5U等。I/O點數(shù)：代表PLC輸入、輸出點數(shù)之和。48表示有48個輸入、輸出點。單元類型：M代表基本型；E代表輸入/輸出混合擴展單元及擴展模塊；EX代表輸入專用擴展模塊；EY代表輸出專用擴展模塊。輸出形式：R代表繼電器輸出；T代表晶體管輸出；S代表晶閘管輸出。特殊品種：D代表DC電源輸入；A1代表AC電源輸入；H代表大電流輸出擴展模塊；V代表立式端子排的擴展模塊；C代表接插口輸入/輸出方法；F代表輸入濾波器1ms的擴展模塊；L代表TTL輸入擴展模塊；S代表獨立端子(無公共端)擴展模塊。4.3三菱FX系列PLC的結(jié)構(gòu)組成三菱FX系列PLC主機面板結(jié)構(gòu)如圖4-3所示(以FX3U-32M為例)。圖中：①4個安裝孔；②電源、輸入信號用的裝卸式端子；③面板蓋子；④輸入指示燈；⑤輸出指示燈；⑥輸出信號用的裝卸式端子；⑦程序?qū)懭肟诩肮ぷ鳡顟B(tài)切換撥鈕；⑧導軌裝卸卡子；⑨I/O端子標記。三菱FX系列PLC主機(以FX3U-32M為例)一般都有外部端子部分、指示部分和接口部分，各部分的組成及功能如下：(1)外部端子部分。外部端子包括PLC電源端子(L、N、)，直流24?V電源端子(24＋、COM)、輸入端子(X)、輸出端子(Y)等。主要完成電源、輸入信號和輸出信號的連接。其中24＋、COM是PLC提供的直流24?V電源，用于為傳感器提供電源。為了減少接線，其正極在PLC內(nèi)部已經(jīng)與輸入回路連接。當某輸入點需要加入輸入信號時，只需將COM通過輸入設(shè)備接至對應的輸入點，一旦COM與對應點接通，該點就為ON，此時對應輸入指示燈就點亮。(2)指示部分。指示部分包括各I/O點的狀態(tài)指示、PLC電源(POWER)指示、PLC運行(RUN)指示、用戶程序存儲器后備電池(BATT)狀態(tài)指示及程序出錯(PROG-E)、CPU出錯(CPU-E)指示等，用于反映I/O點及PLC機器的狀態(tài)。(3)接口指示。接口部分主要包括編程器、擴展單元、擴展模塊、特殊模塊及存儲卡盒等外部設(shè)備的接口，其作用是完成基本單元同上述外部設(shè)備的連接。在編程器接口旁邊，還設(shè)置了一個PLC運行模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，它有RUN和STOP兩個運行模式。RUN模式表示PLC正處于運行狀態(tài)；STOP模式表示PLC處于停止狀態(tài)，此時，PLC可進行用戶程序的輸入、在線編輯等。4.4三菱FX系列PLC的軟元件4.4.1輸入繼電器X輸入繼電器X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。PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它有無數(shù)的常開觸點和常閉觸點，這些動合、動斷觸點可在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X采用八進制編號，例如X000～X007、X010～X017、X020～X027。輸入繼電器X可以理解為一個開關(guān)觸點，只要此觸點開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化(0變成1或1變成0)，PLC就可以根據(jù)程序的變化做出相應的處理。4.4.2輸出繼電器YPLC的輸出端子是向外部負載輸出信號的窗口。輸出繼電器Y的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，其余常開、常閉觸點供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開、常閉觸點使用次數(shù)不限。各基本單元都是八進制輸出，例如Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027等。它們一般位于機器的下端。驅(qū)動外部負載的電源由用戶提供。4.4.3輔助繼電器M輔助繼電器M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)動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內(nèi)部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數(shù)共同組成的編號來表示。輔助繼電器分為通用輔助繼電器、斷電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。1.通用輔助繼電器(M0～M499)FX3U系列共有500點通用(一般用)輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當電源再次接通時，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)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中用作輔助運算、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～M7679)FX3U系列有M500～M7679共7180點斷電保持輔助繼電器。它與通用輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，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)，是因為電源中斷時用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(M8000～M8511)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。FX3U系列中有512點特殊輔助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類：(1)觸點型：其線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監(jiān)視器(在PLC運行中接通)，M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖(僅在運行開始時瞬間接通)，M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014：分別是產(chǎn)生周期為10?ms、100?ms、1?s和1?min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器，它們的占空比為50%，即一個周期內(nèi)它們的觸點接通與周期時間之比為50%。M8000、M8002、M8012的波形圖如圖4-4所示。(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停止時其輸出映像存儲器和數(shù)據(jù)寄存器的值不變。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。M8040：若使其線圈得電，則PLC禁止轉(zhuǎn)移。M8041：若使其線圈得電，則PLC傳送開始。輔助繼電器編號及功能見表4-1。注：①非停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為停電保持區(qū)域。②停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為非停電保持區(qū)域。③不能通過參數(shù)進行更改停電保持的特性。4.4.4狀態(tài)器S狀態(tài)器用來記錄系統(tǒng)運行中的狀態(tài)，是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后面章節(jié)敘述的步進順控指令STL配合應用。狀態(tài)器有四種類型：通用狀態(tài)器S0～S499共500點(其中初始狀態(tài)器S0～S9共10點)，這些狀態(tài)器還可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，更改為停電保持(電池保持)區(qū)域；停電保持用狀態(tài)器S500～S899共400點，這些狀態(tài)器也可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，更改為非停電保持區(qū)域；固定停電保持專用狀態(tài)器S1000～S4095共3096點，這些狀態(tài)器不能通過參數(shù)進行更改停電保持的特性；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。在使用狀態(tài)器時應注意：(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；(2)狀態(tài)器不與步進順控指令STL配合使用時，可作為輔助繼電器M使用；(3)?FX3U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。狀態(tài)器編號及功能見表4-2。注：①非停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為停電保持區(qū)域。②停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為非停電保持區(qū)域。③不能通過參數(shù)進行更改停電保持的特性。4.4.5定時器TPLC中的定時器T相當于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開常閉延時觸點。定時器中有一個設(shè)定值寄存器(一個字長)、一個當前值寄存器(一個字長)和一個用來存儲其輸出觸點的映像寄存器(一個二進制位)，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。8個連續(xù)的二進制位組成一個字節(jié)(Byte)，16個連續(xù)的二進制位組成一個字(Word)，兩個連續(xù)的字元件組成一個雙字(DoubleWord)。定時器的當前值和設(shè)定值均為有符號字，最高位(第15位)為符號位，正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1。有符號字可以表達的最大正整數(shù)為32767。FX3U系列中定時器時可分為通用定時器和累計定時器兩種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖進行累計而實現(xiàn)定時的，時鐘脈沖有周期為100?ms、10?ms、1?ms三種，當所計數(shù)達到設(shè)定值時觸點動作。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是不具備斷電保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。通用定時器有脈沖周期為100?ms、10?ms和1?ms三種。(1)?100?ms通用定時器(T0～T199)共200點，其中T192～T199為子程序和中斷服務程序?qū)Ｓ枚〞r器。這類定時器是對100?ms時鐘累計計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.1～3276.7?s。(2)?10?ms通用定時器(T200～T245)共46點，這類定時器是對10?ms時鐘累計計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.01～327.67?s。(3)?1?ms通用定時器(T256～T511)共256點，這是FX3U在FX2N的基礎(chǔ)上新增的定時器，這類定時器是對1ms時鐘累計計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.001～32.767?s。下面舉例說明通用定時器的工作原理。如圖4-5所示，當輸入X0接通時，定時器T200從0開始對10?ms時鐘脈沖進行累計計數(shù)。當計數(shù)值小于設(shè)定值K123時，定時器的常開觸點不動作；當計數(shù)值與設(shè)定值K123相等時，定時器的常開觸點接通并輸出Y0，經(jīng)過的時間為123?×?0.01?s?=?1.23?s。X0斷開后定時器復位，時鐘脈沖計數(shù)值變?yōu)?，其常開觸點斷開，Y0也隨之無輸出。若外部電源斷電，定時器也將復位。2.累計定時器累計定時器具有計數(shù)累計功能(也稱積算定時器)。在定時過程中如果斷電或定時器線圈OFF，累計定時器將保持當前的計數(shù)值(當前值)，通電或定時器線圈ON后繼續(xù)累計，即其當前值具有保持功能。只有將累計定時器復位，當前值才變?yōu)?。累計定時器有脈沖周期為1?ms和100?ms兩種。(1)?1?ms累計定時器(T246～T249)共4點，是對1?ms時鐘脈沖進行累計計數(shù)的，設(shè)定值為1～32767，所以其定時的時間范圍為0.001～32.767?s。(2)?100?ms累計定時器(T250～T255)共6點，是對100?ms時鐘脈沖進行累計計數(shù)的，設(shè)定值為1～32767，所以其定時的時間范圍為0.1～3276.7?s。累計定時器的工作原理如圖4-6所示。當X0接通時，T250當前值計數(shù)器開始累計100?ms的時鐘脈沖的個數(shù)。X0經(jīng)t0時間后斷開，而T250尚未計數(shù)到設(shè)定值K414，其計數(shù)的當前值保留。當X0再次接通，T250從保留的當前值開始繼續(xù)累計，經(jīng)過t1時間，當前值達到K414時，定時器的觸點動作。累計的時間為t0+t1=0.1×414=41.4?s。累計定時器使用RST指令進行復位。當復位輸入X1接通時，定時器才復位，當前值變?yōu)?，觸點也跟隨復位。PLC在工作過程中一般不宜斷電，所以對于通用型定時器，定時器的復位方式通常選用斷開驅(qū)動條件或用復位指令(RST)進行復位。對于累計型定時器，只能采用復位指令進行復位。定時器編號及功能見表4-3。4.4.6計數(shù)器CFX3U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)行掃描操作時對內(nèi)部信號(如X、Y、M、S、T等)進行計數(shù)。內(nèi)部輸入信號的接通和斷開時間應比PLC的掃描周期稍長。(1)?16位增計數(shù)器(C0～C199)共200點，其中C0～C99為通用型，C100～C199共100點為斷電保持型(斷電保持型即斷電后能保持當前值，等通電后繼續(xù)計數(shù))。這類計數(shù)器為遞加計數(shù)，應用前先對其設(shè)置一設(shè)定值，當輸入信號(上升沿)個數(shù)累加到設(shè)定值時，計數(shù)器觸點動作，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開。計數(shù)器的設(shè)定值為1～32767(16位二進制)，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4-7所示，X010為復位信號，當X010為ON時C0復位。X011是計數(shù)輸入，每當X011接通一次計數(shù)器，當前值增加1(注意X010斷開，計數(shù)器不會復位)。當計數(shù)器計數(shù)當前值為設(shè)定值K10時，計數(shù)器C0的輸出觸點動作，Y000被接通。此后即使輸入X011再接通，計數(shù)器的當前值也保持不變。當復位輸入X010接通時，執(zhí)行RST復位指令，計數(shù)器復位，輸出觸點也復位，Y000被斷開。(2)?32位增/減計數(shù)器(C200～C234)共有35點32位增/減計數(shù)器，其中C200～C219(共20點)為通用型，C220～C234(共15點)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現(xiàn)增/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)。該類計數(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，對32位計數(shù)器要用編號緊連在一起的兩個數(shù)據(jù)計數(shù)器。如圖4-8所示，X012用來控制M8200，X012閉合時為減計數(shù)方式。X014為計數(shù)輸入，C200的設(shè)定值為5(可正、可負)。設(shè)置C200為增計數(shù)方式(M8200為OFF)，當X014計數(shù)輸入累加由4→5時，計數(shù)器的輸出觸點動作。當前值大于5時，計數(shù)器仍為ON狀態(tài)。只有當前值由5→4時，計數(shù)器才變?yōu)镺FF。只要當前值小于4，輸出則保持為OFF狀態(tài)。復位輸入X013接通時，計數(shù)器的當前值為0，輸出觸點也隨之復位。內(nèi)部計數(shù)器編號及功能見表4-4。2.高速計數(shù)器(C235～C255)高速計數(shù)器與內(nèi)部計數(shù)器相比，除允許輸入頻率高之外，應用也更為靈活，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。FX3U有C235～C255共21點高速計數(shù)器。適合用來作為高速計數(shù)器輸入的PLC輸入端口有X0～X7。X0～X7不能重復使用，即某一個輸入端已被某個高速計數(shù)器占用，它就不能再用于其他高速計數(shù)器。高速計數(shù)器可分為三類，即單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器(C235～C245)、單相雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器(C246～C250)和雙相高速計數(shù)器(C251～C255)，其觸點動作與32位增/減計數(shù)器相同，可進行增或減計數(shù)(取決于M8235～M8245的狀態(tài))。需要注意的是，高速計數(shù)器的計數(shù)頻率較高，它們的輸入信號的頻率受兩方面的限制。一是全部高速計數(shù)器的處理時間。因為它們采用中斷方式，所以計數(shù)器用得越少，則計數(shù)頻率就越高。二是輸入端的響應速度，其中X0、X2、X3最高頻率為10?kHz，X1、X4、X5最高頻率為7?kHz。4.4.7指針N、P、I在FX系列中，指針用來指示分支指令的跳轉(zhuǎn)目標和中斷程序的入口標號，分為分支用指針、輸入中斷用指針及定時中斷用指針和記數(shù)中斷用指針。1.分支用指針(P0～P127)FX3U有P0～P127共128點分支用指針。分支用指針用來指示跳轉(zhuǎn)指令(CJ)的跳轉(zhuǎn)目標或子程序調(diào)用指令(CALL)調(diào)用子程序的入口地址。如圖4-9所示，當X1常開觸點接通時，執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令CJP0，PLC跳到標號為P0處之后的程序去執(zhí)行。2.中斷指針(I0□□～I8□□)中斷指針是用來指示某一中斷程序的入口位置。執(zhí)行中斷后遇到IRET(中斷返回)指令，則返回主程序。中斷指針有以下三種類型：(1)輸入中斷用指針(I00□～I50□)：共6點，它是用來指示由特定輸入端的輸入信號而產(chǎn)生中斷的中斷服務程序的入口位置，這類中斷不受PLC掃描周期的影響，可以及時處理外界信息。輸入中斷用指針的編號格式如圖4-10所示。例如：I101為當輸入X1從OFF→ON變化時，執(zhí)行以I101為標號后面的中斷程序，并根據(jù)IRET指令返回。(2)定時器中斷用指針(I6□□～I8□□)：共3點，是用來指示周期定時中斷的中斷服務程序的入口位置，這類中斷的作用是PLC以指定的周期定時執(zhí)行中斷服務程序，定時循環(huán)處理某些任務。處理的時間也不受PLC掃描周期的限制?！酢醣硎径〞r范圍，可在10～99?ms中選取。