1.3 三菱FX2N PLC的硬件结构

FX2N系列PLC是日本三菱电机推出的小型整体式可编程控制器，其I/O端子除了可以作为基本的数字量输入/输出外，还可以适用于多个基本组件间的连接，以实现模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化需求的PLC。

1.3.1 基本单元

1. 基本单元的分类及性能

根据输入/输出点数的不同，FX2N系列PLC有16/32/48/64/80/128共6种型号，如表1-10所示；根据PLC电源的不同，可以分为AC电源输入与DC电源输入两种基本类型；根据输出类型，可以分为继电器输出、晶体管输出、双向晶闸管（可控硅）输出3种类型。此外，对于AC电源型，PLC还可以使用AC输入。FX2N基本单元的性能如表1-11所示。

注：表中➢表示ms。

2. 达式基本单元的I/O

三菱FX2N PLC基本单元的I/O包括输入端子和输出端子。FX2N PLC类型不同，其I/O端子也不尽相同。

（1）输入端子及其器件的连接

PLC的输入端子主要连接开关、按钮及各种传感器的输入信号。FX2N系列PLC基本单元的输入规格如表1-12所示，表中X□□0、X□□7表示X010、X020、X030、X007、X017、X027、X037等。

AC电源、DC输入型FX2N PLC基本单元的输入端子如图1-16所示，其输入端子与输入器件的连接如图1-17所示。

DC电源、DC输入型FX2N PLC基本单元的输入端子如图1-18所示，其输入端子与输入器件的连接如图1-19所示。基本单元上连接器的扩展模块的输入，应将其连接到基本单元的COM端子，而扩展单元上连接的扩展模块的输入，应将其连接到扩展单元的COM端子。

AC电源、AC输入型FX2N系列PLC基本单元的输入端子如图1-20所示，其输入端子与输入器件的连接如图1-21所示。

（2）输出端子

PLC的输出端子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机外的专用电源供电，PLC内部只是提供一组开关接点。FX2N系列PLC基本单元的输出规格如表1-13所示。

AC电源、DC输入型FX2N系列PLC基本单元的输出端子如图1-22所示，对于16点型继电器及晶闸管输出（FX2N-16MR、FX2N-16MT），每个点是独立的。FX2N PLC基本单元的继电器输出端子与负载的连接如图1-23所示。连接直流性电感负载时，应并联耐反向电压为负载电压5～10倍以上、正向电流超过负载电流的续流二极管。如果没有续流二极管，会显示降低触点的寿命。连接交流性电感负载时，应设置与负载并联的浪涌吸收器，以减少噪音的发生。若连接同时置ON会有危险的正反转用接触器负载，除了用程序在PLC中做互锁以外，还应在PLC的外部进行互锁。

DC电源、DC输入型FX2N系列PLC基本单元的输出端子如图1-24所示。FX2N系列PLC基本单元的晶闸管输出端子与负载的连接如图1-25所示，若连接氖光灯或者0.4V/AC 100V、1.6V/AC 200V以下的微电流负载，应并联浪涌吸收器。

AC电源、AC输入型FX2N系列PLC基本单元的输出端子如图1-26所示。FX2N系列PLC基本单元的晶体管输出端子与负载的连接如图1-27所示。

1.3.2 I/O扩展单元

所谓I/O（Input/Output，即输入/输出）扩展单元是指单元本身带有内部电源的I/O扩展组件，用于增加I/O点数的装置。I/O扩展单元无CPU，必须与基本单元一起使用。三菱FX2N PLC的基本单元可以连接的I/O扩展单元不能超过8台。

1. I/O扩展单元规格及外形结构

FX2N I/O扩展单元有32点和48点输入/输出扩展2种基本规格，如表1-14所示。其中，48点I/O扩展单元可以使用AC电源或DC电源输入，32点I/O扩展单元一般只能使用AC电源输入。I/O扩展单元的输出有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出3种类型。

FX2N系列PLC的I/O扩展单元由外部端子部分和指示部分等组成，其外形结构如图1-28所示。

（1）外部端子部分。外部端子包括PLC电源端子（L、N、）、直流24V电源端子（24+、COM）、输入端子（X）、输出端子（Y）等。

（2）指示部分。指示部分包括各I/O点的状态指示、PLC电源（POWER）指示。

2. I/O扩展单元的输入与输出

（1）输入端子

FX2N I/O扩展单元的输入规格与FX2N PLC基本单元的输入规格相同，FX2N I/O扩展单元的输入端子如图1-29所示。

（2）输出端子

FX2N I/O扩展单元的输出规格与FX2N PLC基本单元的输出规格相同，FX2N I/O扩展单元的输出端子如图1-30所示。

1.3.3 I/O扩展模块

所谓I/O扩展模块是指自身不带电源，需要由基本单元或扩展单元提供模块内部控制电源的I/O扩展组件，用来增加I/O点数及改变I/O比例。I/O扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。三菱FX2N PLC选择I/O扩展单元或扩展模块时，PLC系统的I/O总数不能超过256点，且最大输入/输出点数不超过184点。

1. 可使用的I/O扩展模块及外形结构

FX2N的I/O扩展模块的规格较多，有AC输入型、DC输入型，输出可以是继电器、晶体管、双向晶闸管等。FX2N系列PLC除了可以使用本系列的I/O扩展模块外，还可以使用部分FX0N的I/O扩展模块，如表1-15所示。

FX2N系列PLC的I/O扩展模块由外部端子部分、扩展电缆和指示部分等组成，其外形结构如图1-31所示。

2. I/O扩展单元（模块）的电源配线

I/O扩展单元本身带有内部电源，而I/O扩展模块本身不带内部电源，这两者必须与FX2N PLC基本单元配合才能使用。由于FX2N PLC基本单元的供电通常有AC电源输入与DC电源输入两种情况，所以I/O扩展单元（模块）与FX2N PLC基本单元连接时，应注意其电源配线方式。

图1-32所示为FX2N PLC基本单元接有I/O扩展单元（模块）时，AC电源、DC输入的配线情况；图1-33所示为FX2N PLC基本单元接有I/O扩展单元（模块）时，DC电源、DC输入的配线情况；图1-34所示为FX2N PLC基本单元接有I/O扩展单元（模块）时，AC电源、AC输入的配线情况。图1-32、图1-33中的扩展模块所需的24V电源由基本单元或由带有内部电源的扩展单元提供。图1-34所示AC电源、AC输入型的基本单元以及扩展单元没有内置DC 24V电源，因此连接DC输入型的扩展模块时，需要对其进行外部供电。

FX2N PLC基本单元接有I/O扩展单元（模块）时，基本单元和扩展模块最好使用同一电源。若使用外部电源，扩展模块应与基本单元同时通电，或者比基本单元先通电。切断电源时，确认整个系统的安全性后，同时断开PLC的电源。

1.3.4 FX2N PLC的编程元件

PLC用于工业控制，其实质是用程序表达控制过程中事物和事物之间的逻辑或控制关系。在PLC的内部具有能设置各种功能、能方便地代表控制过程中各种事物的元器件，这些元器件就是编程元件。

PLC的编程元件从物理实质上来说，它们是电子电路及存储器，考虑到工程技术人员的习惯，常用继电器电路中类似器件名称命名，称为输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器C等。为了区别于通常的硬器件，人们将这些编程元件又称为“软元件”或“软继电器”等。

三菱FX系列PLC编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号。编程元件有3种类型。

第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态寄存器S都是位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为0或1，0表示继电器失电；1表示继电器得电。

第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。

第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。

1. 继电器类编程元件

继电器类的编程元件主要包括输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S。

（1）输入继电器X和输出继电器Y

输入继电器X是PLC中用来专门存储系统输入信号的内部虚拟继电器。它又被称为输入的映像区，它可以有无数个常开触点和常闭触点，在PLC编程中可以随意使用。PLC输入接口的一个接线点对应一个输入继电器X，它是PLC接收外部信号的窗口。PLC通过光耦合器，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器内。在梯形图和指令表中都不能看到和使用输入继电器的线圈，只能看到和使用其常开或常闭触点。当外部输入电路接通时，对应的映像寄存器为ON，表示该输入继电器常开触点闭合，常闭触点断开。输入继电器X的状态不能用程序驱动，只能用输入信号驱动。

输出继电器Y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。PLC输出接口的一个接线点对应一个输出继电器Y，输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器将PLC输出的信号送给输出模块，再由输出模块驱动外部负载。输出继电器是唯一具有外部触点的继电器。输出继电器的内部常开、常闭触点可以作为其他元件的工作条件，并可以无限制地使用。

三菱FX系列PLC的输入继电器和输出继电器元件由字母和八进制数字表示，其编号与接线端子的编号一致。输入继电器的编号为X000～X007、X010～X017、X020～X027……输出继电器编号为Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027……

表1-16所示为FX2N系列PLC的输入继电器和输出继电器元件分配情况。FX2N系列PLC带扩展时，输入继电器最多可达184点，输出继电器最多也可达184点，但是输入继电器和输出继电器点数之和不得超过256点，如接入特殊单元或特殊模块时，每个占8点，应从256点中扣除。

（2）辅助继电器M

辅助继电器M相当于继电—接触器控制系统中的中间继电器，它用来存储中间状态或其他控制信息，不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈。

辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由PLC内各编程元件的触点驱动。辅助继电器的常开和常闭触点使用次数不限，在PLC内可以自由使用。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器执行。

在三菱FX2N系列PLC中除了输入继电器X和输出继电器Y采用八进制外，其他编程元件均采用十进制。辅助继电器分为通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器三类。

1）通用辅助继电器

通用辅助继电器的元件编号为M0～M499，共500点。它和普通的中间继电器一样，PLC运行时如果通用辅助继电器的线圈得电，当电源突然中断时，线圈失电，若电源再次接通，线圈仍失电。

2）断电保持辅助继电器

断电保持辅助继电器具有停电保持功能，PLC运行时如果断电保持辅助继电器线圈得电，当电源突然中断时，断电保持辅助继电器仍能保持断电前的状态。断电保持辅助继电器主要是利用PLC内装的备用电池或EEPROM进行停电保持。

断电保持辅助继电器的元件编号为M500～M3071，其中M500～M1023共524点，可以通过参数设定将其改为通用辅助继电器；M1024～M3071共2048点，为专用断电保持辅助继电器。M2800～M3071用于上升沿、下降沿指令的接点时，有一种特殊性，这将在后面说明。

3）特殊辅助继电器

特殊辅助继电器的元件编号为M8000～M8255，共有256点，但其中有些元件编号没有定义，不能使用。特殊辅助继电器用来表示PLC的某些特定状态，提供时钟脉冲和标志（如进行、借位标志等）、设定PLC的运行方式、步进顺控、禁止中断、设定计数器进行加或减计数等。

特殊辅助继电器各自有特殊的功能，一般分为两大类。一类是只能利用其触点，其线圈由PLC自动驱动。例如，M8000（运行监视）、M8002（初始脉冲）、M8013（1s时钟脉冲）。另一类是可驱动线圈型的特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC做特定的动作。例如，M8033指定PLC停止时输出保持，M8034是指禁止全部输出，M8039是指定时扫描。特殊辅助继电器的功能和定义请见附录2。

（3）状态继电器S

三菱FX2N系列PLC内拥有许多状态寄存器，状态寄存器在PLC内提供了无数的常开、常闭触点供用户编程使用。通常情况下，状态寄存器与步进控制指令配合使用，完成对某一工序的步进顺序动作控制。当状态寄存器不用于步进控制指令时，可作为辅助继电器使用，其使用方法和辅助继电器相同。

状态继电器的元件编号为S0～S999，共1000点。它分为通用型、保持型和报警型3种类型。

1）通用型状态继电器。状态继电器S0～S499，共500点，属于通用型状态继电器。通用型状态继电器没有断电保持功能，可用于初始化状态。其中，S0～S9共10点用于初始状态，S10～S19共10点用于回零状态。

2）失电保持型状态继电器。状态继电器S500～S899，共400点，属于失电保持型状态继电器，在失电时能保持原来状态不变。

3）报警型状态继电器。状态继电器S900～S999，共100点，属于报警型状态继电器。这100点状态断电器又属于失电保持型，它们和应用指令ANS（信号报警器置位）、ANR（信号报警器复位）等配合可以组成各种故障诊断电路，并发出报警信号。

利用外部设备进行参数设定，可以改变其状态继电器失电保持的范围。例如，将原始的S500～S899改为S200～S999，则S0～S199为通用型状态继电器，S200～S999为失电型状态继电器。

2. 定时计数类编程元件

（1）定时器T

PLC中的定时器T相当于继电—接触器中的时间继电器，它是PLC内部累计时间增量的重要编程元件，主要用于延时控制。

FX系列PLC给用户提供了256个定时器，其编号范围为T0～T255。其中，通电延时型定时器246个，积算型定时器10个。每个定时器的设定值在K0～K32767之间，通常设定值由程序或外部根据需要设定，若定时器的当前值大于或等于设定值，定时器位被置1，其常开触点闭合，常闭触点断开。用于存储定时器累计的时基增量值（1～32767）。FX系列PLC定时器的时基有3种：1ms、10ms、100ms。

（2）计数器C

计数器用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数，其结构与定时器类似，通常设定值在程序中赋予，有时也可根据需求而在外部进行设定。

计数器可用常数K作设定值，也可用数据寄存器（D）的内容作为设定值。如果计数器输入端信号由OFF变为ON时，计数器以加1或减1的方式进行计数，当计数值加到设定值或计数器减为“0”时，计数器线圈得电，其相应触点动作。

三菱FX系列PLC提供了两类计数器：内部计数器和高速计数器。内部计数器是PLC在执行扫描操作时对内部信号X、Y、M、S、T、C等进行计数的计数器，要求输入信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期时间要长；高速计数器的响应速度快，因此对于频率较高的计数就必须采用高速计数器。

3. 寄存器类编程元件

数据寄存器在PLC中专门用来存储数据的软元件、供数据传送、数据比较、数据运算等操作。数据寄存器都是16位，最高位为正负符号位，可存放16位二进制数，也可将两个数据寄存器组合存放32位二进制数，最高位为正负符号位。最高位为“0”时，表示正数；最低位为“1”时，表示负数。数据寄存器主要有通用数据寄存器、停电保持型数据寄存器、停电保持专用型数据寄存器、特殊寄存器和变址寄存器。

（1）通用数据寄存器D

通用数据寄存器（D0～D199，共200点）是用来存储数值数据的编程元件，一旦写入数据，在未写入其他数据之前，寄存器中的数据是不会变化的。但是，如果PLC停止或突然停电，所有数据被清“0”。假设特殊寄存器M8033为ON，PLC从运行状态进入停止状态时，通用数据寄存器的值保持不变。

（2）停电保持型数据寄存器D

停电保持型数据寄存器（D200～D511，共312点）具有断电保持功能，PLC从运行状态进入停止状态时，该寄存器中的内容保持不变。停电保持型数据寄存器的使用方法与通用数据寄存器相同，但也可以通过参数设定将其变为通用型非停电保持型。在并联通信中，D490～D509被作为通信占用。

（3）停电保持专用型数据寄存器D

停电保持专用型数据寄存器（D512～D7999，共7488点），其特点是不能通过参数设定改变其停电保持数据的特性。如果要改变停电保持的特性，可以在程序的起始步采用初始化脉冲（M8002）和复位（RST）或区间复位（ZRST）指令将其内容清除。

使用参数设定可以将D1000～D7999（共7000点）范围内的数据寄存器分为500点为一组的文件数据寄存器。文件寄存器是一种专用的数据寄存器，主要用于存储大容量的数据。FX2N系列PLC可通过FNC15（BMOV）指令将文件寄存器中的数据读到通用数据寄存器中。

（4）特殊数据寄存器D

特殊数据寄存器（D8000～D8255，共256点）的用途有两种：一种是只能读取或利用其中数据的数据寄存器，例如从PLC中读取锂电池的电压值；另一种是用来写入特定数据的数据寄存器，例如使用MOV传送指令向监视定时器时间的数据寄存器中写入设定时间，并用WDT监视定时器刷新指令（看门狗指令）对其刷新。

（5）变址寄存器V、Z

变址寄存器V、Z的元件号分别为V0～V7、Z0～Z7，共16点。变址寄存器与通用数据寄存器相同，可以用于数据的读与写操作，例如当Z0=12时，K15Z0相当于常数27（12+15=27），但是变址寄存器主要用于操作数地址的修改，例如当V2=10时，数据寄存器的元件号D3V2相当于D13（10+3=13）。

进行32位数据处理时，V0～V7、Z0～Z7需组合使用，可组成8个32位的变址寄存器，其中V为高16位，Z为低16位。例如V0和Z0可构成32位变址寄存器，V3和Z3也可构成32位变址寄存器。

4. 嵌套指针类编程元件

（1）嵌套层数N

嵌套层数用来指定嵌套的层数的编程元件，该指令与主控指令MC和MCR配合使用，在FX系列PLC中，该指令的范围为N0～N7。

（2）指针P、I

指针用于跳转、中断等程序的入口地址，与跳转、子程序、中断程序等指令一起使用。按用途可分为分支用指针P和中断用指针I两类。分支用指针P用来表示跳转指令CJ的跳转目标和子程序调用指令CALL调用的子程序入口地址。中断用指针I用来说明某一中断源的中断程序入口标号。中断用指针又分为6个输入中断用指针、3个定时器中断用指针和6个计数器中断用指针。

6个输入中断用指针为I00□、I10□、I20□、I30□、I40□、I50□（□=1时，为上升沿中断；□=0时，为下降沿中断）。这6个指针仅接收对应特定输入继电器X000～X005的触发信号（如I00□对应X000），才执行中断子程序，不受可编程控制器扫描周期的影响。由于输入采用中断处理速度快，在PLC控制中可以用于需要优先处理和短时脉冲处理的控制。

3个定时器中断用指针为I6□□、I7□□、I8□□（□□为中断间隔时间，范围为10～99ms）。该指针用于需要指定中断时间执行中断子程序，或需要不受PLC扫描周期影响的循环中断处理控制程序。例如，I635表示每隔35ms就执行标号为I635后面的中断程序一次，在中断返回指令处返回。

6个计数器中断用指针为I010、I020、I030、I040、I050、I060。这6个指针根据PLC内部的高速计数器的比较结果，执行中断子程序。用于优先控制使用高速计数器的计数结果。该指针的中断动作要与高速计数置位指令HSCS组合使用。

5. 常数类编程元件

常数是程序进行数值处理时必不可少的编程元件，分别用字母K、H和E表示。其中K表示十进制整数，可用于指定定时器或计数器的设定值或应用指令操作数中的数值；H表示十六进制整数，主要用于指定应用指令中操作的数值；E表示浮点数，主要用于指定的应用数操作数的数值。

FX2N系列PLC中浮点数指定范围为±1.175×10−38～±3.403×1038。在PLC程序中，浮点数可以指定使用“普通表示”和“指数表示”两种，其中普通表示就将设定数值直接表示，例如10.2315表示为E10.2315；指数表示就将设定数值以（数值）×10n指定，例如，2314表示为E2.314×103。