1.1.6 FX3U系列PLC硬件
本书以三菱FX3U系列小型PLC为主要讲授对象。FX3U是三菱公司第三代微型可编程控制器，它是FX2N的升级换代产品，它继承了FX2N的诸多优点，指令与FX2N基本相同，内置了高速处理及定位等功能，其运行速度、容量、性能、功能都比FX2N有较大的提升，输入/输出最多可扩展到256点，如果包括CC-Link的远程I/O在内，可实现的最大输入/输出控制点数为384点。除了可以使用FX2N丰富的扩展设备，还可以通过功能扩展板以及特殊适配器，实现强大的扩展性，从而适应各行各业的功能需求。
三菱FX3U系列PLC硬件主要由基本单元、扩展单元和扩展模块、功能扩展板、显示模块、特殊适配器、特殊功能模块存储器、编程设备和电源组成。
1.基本单元
FX3U系列PLC的基本单元包括CPU、输入/输出电路、电源和存储器。在PLC控制系统中，CPU相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，根据用户程序执行处理和运算，最后再刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。
以FX3U-48MR型号为例，基本单元如图1-6所示。基本单元通过导轨固定卡口固定于导轨上，上方为数字量输入接线端子（输入端子排盖板里）和供电电源接线端子（输入端子排盖板里）；下方为数字量输出接线端子（输出端子排盖板里）；左下方为RUN/STOP切换开关、RS-422通信端口；正面有多种CPU运行及状态（指示灯）LED（主要有电源指示灯、输入/输出点状态指示灯，工作状态指示灯RUN、STOP和ERROR等）；左侧有插针式连接器，便于连接扩展模块。存储器盒安装在上盖板下方（在图中黑色盖板的下方）。使用FX3U-7DM（显示模块）时，将这个盖板换成FX3U-7DM附带的盖板。
图1-6 基本单元
写入程序以及停止运行时，置为STOP模式（RUN/STOP切换开关拨动到下方）。PLC运行时，置为RUN模式（RUN/STOP切换开关拨动到上方）。
打开端子排盖板的状态如图1-7所示，此时可以看到电源端子、输入（X）端子、输出（Y）端子及端子名称。
图1-7 打开端子排盖板的状态
（1）PLC的型号
三菱FX3U系列PLC基本单元的型号含义如下。
三菱FX3U系列PLC基本单元的输出类型及工作电源主要有以下几种。
1）R/ES：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/继电器输出。
2）T/ES：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（漏型）输出。
3）T/ESS：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（源型）输出。
4）S/ES：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶闸管（SSR）输出。
5）R/DS：DC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/继电器输出。
6）T/DS：DC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（漏型）输出。
7）T/DSS：DC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（源型）输出。
8）R/UA1：AC电源/AC 100V输入/继电器输出。
三菱FX3U系列PLC的基本单元合计点数目前主要有16点、32点、48点、64点、80点和128点等，而且输入和输出点均为合计点数的一半。如果在工程项目使用中需要大量输入/输出点，可通过输入/输出扩展单元来增加输入/输出点数；如果只需要增加少部分的输入/输出点数，可通过增加输入/输出模块便可。
（2）PLC的状态指示灯
PLC提供4个指示灯，来表示PLC的当前工作状态，其含义如表1-1所示。
表1-1 PLC的状态指示灯含义
（3）RUN/STOP切换开关与通信接口
模式转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将RUN/STOP切换开关拨到RUN位置，则PLC的运行指示灯（RUN）点亮，表示PLC正处于运行状态；将RUN/STOP切换开关拨到STOP位置，则PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC正处于停止状态。
通信接口用来连接编程设备（如手持编程器、计算机等）或通信设备（如上位机、触摸屏等），通信线与PLC连接时务必注意通信线接口内的“针”（一般接口上都会标出位置对齐的标记）与PLC上的接口正确对应后，将通信线接口插入PLC的通信接口，以免损坏接口。
（4）PLC的电源端子、输入端子与输出端子
PLC的电源端子、输入端子与输出端子如图1-8所示。
1）电源端子：AC电源型为[L]、[N]和[
]端子，通过这部分端子外接PLC的外部电源（AC 220V）。DC电源型为[⊕]、[Ө]端子。
2）输入公共端子S/S：在外接按钮、开关和传感器等外部信号元件时必须接的一个公共端子，第一代和第二代FX系列PLC没有此端子。
3）+24V电源端子：AC电源型为[0V]、[24V]端子。DC电源型中没有此端子。
4）X□端子：为输入（IN）继电器的接线端子，是将外部信号引入PLC的必经通道。
5）[.]端子：带有[.]符号的端子表示该端子未被使用，不具有任何功能。
6）COM端子：标有COM1等字样的端子为PLC输出公共端子，是在PLC连接负载（如接触器、电磁阀和指示灯等）时必须连接的一个端子，设置有多个COM端子的目的是为了满足不同电压类型和等级的负载需要，对于共用一个公共端子的同一组输出（同一组输出的输出接线端子数量不一定相同，接线时请务必注意），必须用同一个电压类型和同一电压等级。在负载使用相同电压类型和等级时，可将每一组的COM端子用导线相连接。
7）Y□端子：为输出（OUT）继电器的接线端子，是将PLC指令执行结果传递到负载侧的必经通道。
图1-8 PLC电源端子、输入端子与输出端子
2.扩展单元和扩展模块
它们安装在基本单元的右边，FX3U系列PLC可以使用FX2N/FX2NC，和FX3U的扩展单元、扩展模块和特殊功能模块。有开关量输入/输出扩展单元的扩展模块、模拟量输入/输出模块、网络通信模块、高速计数器模块和定位模块等。
输入/输出扩展单元内置了电源回路和输入/输出，用于扩展输入/输出的产品。而输入/输出扩展模块只内置了输入、输出、输入/输出。目前FX3U系列PLC的输入/输出扩展单元和扩展模块仍采用FX2N系列的。
（1）三菱FX2N系列PLC扩展单元
其型号含义如下：
三菱FX2N系列PLC输入/输出扩展单元的输出类型及工作电源主要有以下几种。
1）R：AC电源/DC 24V（漏型）输入/继电器输出。
2）R-ES：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/继电器输出。
3）T：AC电源/DC 24V（漏型）输入/晶体管（漏型）输出。
4）T-ESS：AC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（源型）输出。
5）S：AC电源/DC 24V（漏型）输入/晶闸管（SSR）输出。
6）R-DS：DC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/继电器输出。
7）R-D：DC电源/DC 24V（漏型）输入/继电器输出。
8）T-DSS：DC电源/DC 24V（漏型/源型）输入/晶体管（源型）输出。
9）T-D：DC电源/DC 24V（漏型）输入/晶体管（漏型）输出。
10）R-UA1：AC电源/AC 100V输入/继电器输出。
三菱FX2N系列PLC的输入/输出扩展单元合计点数主要有32点和48点两种，如FX2N-32ER-ES、FX2N-48ET等。
（2）三菱FX2N系列PCL输入/输出扩展模块
其型号含义如下：
三菱FX2N系列PLC输入/输出扩展模块的输入/输出类型主要有以下几种。
1）ER：DC 24V（漏型）输入/继电器输出/端子排。
2）ER-ES：DC 24V（漏型/源型）输入/继电器输出/端子排。
3）X：DC 24V（漏型）输入/端子排。
4）X-C：DC 24V（漏型）输入/连接器。
5）X-ES：DC 24V（漏型/源型）输入/端子排。
6）XL-C：DC 5V输入/连接器。
7）X-UA1：AC 100V输入/端子排。
8）YR：继电器输出/端子排。
9）YR-ES：继电器输出/端子排。
10）YT：晶体管（漏型）输出/端子排。
11）YT-H：晶体管（漏型）输出/端子排。
12）YT-C：晶体管（漏型）输出/连接器。
13）YT-ESS：晶体管（源型）输出/端子排。
14）YS：晶闸管（SSR）输出/端子排。
三菱FX2N系列PLC的输入/输出扩展模块合计点数主要有8点和16点两种，如FX2N-8ER-ES、FX2N-16EX和FX2N-16EYR等。
3.功能扩展板
安装在基本单元内的功能扩展板价格便宜，不需要外部的安装空间。功能扩展板主要有以下几种：4点开关量输入板、2点开关量晶体管输出板、2路模拟量输入板、1路模拟量输出板、8点模拟量电位器板；RS-232C、RS-485、RS-422C通信板和FX3U的USB通信板等。
4.显示模块
显示模块FX3U-7DM价格比较便宜，可以显示4行，每行16个字符或8个汉字，可以直接安装在基本单元上，使用专用的支架也可以安装到电器柜上。它们可以显示实时时钟的当前时间和错误信息，通过它们可以对定时器、计数器和数据寄存器等进行监视，通过简单操作，可以修改PLC的软元件值。
5.特殊适配器
特殊适配器安装在基本单元的左边。有模拟量输入（如FX3U-4AD-ADP）、模拟量输出（如FX3U-4DA-ADP）、热电阻/热电偶温度传感器输入（如FX3U-4AD-PT/TC-ADP）、脉冲输入（如FX3U-4HSX-ADP）、脉冲输出（如FX3U-4HSY-ADP）、数据采集、MODBUS通信和以太网通信等特殊适配器。
6.存储器
PLC的程序分为操作系统和用户程序。操作系统使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。操作系统由PLC生产厂家设计并固化在只读存储器（ROM）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节（Byte，简称为B）为单位。
PLC常用以下几种存储器。
（1）随机存取存储器（RAM）
用户程序和编程软件可以读出RAM中的数据，也可以改写RAM中的数据。RAM具有易失性，RAM芯片的电源中断后，储存的信息将会丢失。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断PLC的外部电源后，可以用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据。锂电池使用年限为1～3年，需要更换锂电池时，由PLC发出信号通知用户。
（2）只读存储器（ROM）
ROM只能读出内容，不能写入信息。它具有非易失性，它在电源中断后，仍能保存存储器的内容。ROM用来存放PLC的操作系统。
（3）电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）
E2PROM具有非易失性，掉电后它保存的数据不会丢失。PLC运行时可以读写它，它兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点，但是写入数据所需的时间比RAM长得多，改写的次数有限制。PLC用E2PROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。
7.编程设备
编程设备用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。早期使用的手持编程器（如FX-20P）已基本上被编程软件替代。
FX系列编程软件主要有SWOPC-FXGP/WIN-C、GX Developer和GX Works2等，FX3U系列PLC目前主要使用后两种软件，可以在计算机上的屏幕上直接生成和编辑用户程序。程序被正确编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
8.电源
FX3U系列PLC使用交流220V电源或直流24V电源，可以为输入电路和外部的传感器提供直流24V电源，驱动PLC负载的电源一般由用户提供。
当PLC的扩展电源容量不足时，FX3U系列PLC可以使用FX3U-1PSU-5V，其输入电压为AC 100～240V，它还可以输出DC 24V、0.3A的电流。