1.4 三菱FX系列PLC的基本组成

三菱公司的可编程序控制器分为F系列（F、F1、12）、FX系列（FX0、FX0N、FX0S、FXlS、FX1N、FX2、FX2N、FX2C、FX2NC）、A系列（A1、A2、A3）和Q系列。FX系列是三菱公司近年推出的小型PLC，功能较强，性价比较高，应用比较广泛，如图1-13所示。

三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相等，相互之间的连接不需要使用基板，仅通过扁平电缆即可连接，紧密拼装后组成一个整体的长方体。FX系列PLC具有丰富的软硬件资源、强大的功能和很高的运行速度，可用于要求很高的机电一体化控制系统。而其具有的各种扩展单元和扩展模块可以根据现场系统功能的需要组成不同的控制系统。

1.4.1 CPU模块与存储器

CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。

PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。

用户程序由用户设计，它决定了PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字（16位二进制数）为单位，三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步（Step，即字）。小型PLC的用户程序存储器容量在1K字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数兆字。

PLC常用以下几种存储器。

1）随机存取存储器（RAM）

用户可以用编程器读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又称为读/写存储器。它是易失性的存储器，电源断开后，存储的信息将会丢失。

RAM的工作速度高，价格低，改写方便。为了在关断PLC外部电源后，保存RAM中的用户程序和某些数据（如计数器的计数值），为RAM配备了一个锂电池。现在部分PLC仍用RAM来储存用户程序。

锂电池可以用2～5年，使用寿命与环境温度有关。需要更换锂电池时，PLC面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时有一个内部标志位M8005变为1状态，可以用它的动合触点来接通控制屏面板上的指示灯或声光报警器，通知用户及时更换锂电池。

2）只读存储器（ROM）

ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放PLC的系统程序。

3）可电擦除的EPROM（EEPROM或E2PROM）

它是非易失性的，但是可以用编程器对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点。但是写入信息所需的时间比RAM长得多，EEPROM用来存放用户程序。有的PLC将EEPROM作为基本配置，有的PLC将EEPROM作为可选件。

1.4.2 开关量输入模块

图1-14是FX1S和FXlN系列PLC的输入电路和内部电路的示意图。PLC可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供DC 24V电源。图中PLC外部的虚线框内是传感器的输出电路，S/S是PLC内各输入电路的公共端子。

当图1-14中左边的外接触点接通或图中的NPN型晶体管饱和导通时，电流经DC 24 V电源的正极（24 V端子）、S/S端子、内部电路X0等输入端子和外部的触点或晶体管，从0 V端子流回24 V电源的负极，使光耦合器中两个反并联的发光二极管中的一个点亮，光敏晶体管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字“外接触点断开或NPN晶体管处于截止状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏晶体管截止，CPU在输入阶段读入的是数字0。

当图1-14中右边的外接触点接通，或图中的PNP型晶体管饱和导通时，电流经DC 24 V电源的正极（24 V端子）、外部的触点或晶体管、X0等输入端子、内部电路和S/S端子，从0 V端子流回24 V电源的负极，使光耦合器中的发光二极管点亮，光敏晶体管饱和导通。

输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路的延迟时间约为10 ms，X0～X7 有内置的数字滤波器，可以用特殊数据寄存器D8020在0～15 ms之间调节它们的滤波时间。输入电流为5～10 mA。

图1-15是FX1N PLC的基本单元直流输入电路的示意图，COM是各输入信号的公共点，可以用外接的触点或NPN集电极开路晶体管提供输入信号。

FX系列PLC有交流输入型的扩展模块FX2N-48ER-UAl/UL，外接的输入电压额定值为AC 110 V；另外还有用于输入TTL电平的扩展模块FX2N-16EXC-L，输入回路电压为DC 5 V。

1.4.3 开关量输出模块

输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的典型值为0.3～2 A，负载电源由外部现场提供。

FX系列PLC的输出点分为若干组，每一组各输出点的公共点名称为COM0、COM1等，某些组可能只有一点。各组可以分别使用各自的不同类型的电源。如果几组公用一个电源，应将它们的公共点连接到一起。

图1-16是继电器型输出电路。内部电路使继电器的线圈通电，它的动合触点闭合，使外部负载得电工作。继电器同时起隔离和功率放大的作用，每一路只给用户提供一对动合触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧，以减轻它对CPU的干扰。继电器型输出电路的滞后时间一般在10 ms左右。

图1-17是FXlN系列PLC的晶体管集电极输出电路，各组的公共点接外接直流电源的负极。输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护晶体管，晶体管输出电路的延迟时间小于1 ms。场效应晶体管输出电路的结构与晶体管输出电路基本上相同。

除了上述两种输出电路外，还有双向晶闸管输出电路，它采用光敏晶闸管实现隔离。双向晶闸管由关断变为导通的延迟时间小于1 ms，由导通变为关断的最大延迟时间小于10 ms。

除了输入模块和输出模块，还有一种既有输入电路又有输出电路的模块，输入/输出的点数一般相同，这种模块使用户确定PLC的硬件配置更为方便。