电气CAD教程-项目六

三菱FX3UPLC电气设计综合实例项目六一、三菱FX3UPLC介绍目录二、电源与接地接线图三、输入回路接线图四、输出回路接线图五、通信与扩展模块接线图六、端子排列布置图一、三菱FX3UPLC介绍（一）PLC介绍1、PLC的优点（1）品种齐全，功能强大，通用性强PLC不仅集成了逻辑运算、定时、计数及顺序控制等核心功能，还具有数字量与模拟量输入输出接口、功率驱动模块，以及人机对话、自检、记录、显示、报警及通信功能。其显著特点是通用性强，通过配置不同的外围元器件，即可构成多样化的控制系统，用户无须自行设计或制造专用硬件装置。因此，尽管PLC的品种繁多，但没有任何一台是专为特定控制对象定制的。凭借其强大的功能组合与灵活的配置能力，PLC的控制范围可覆盖从单台机械设备、整条生产线直至整个生产流程。一、三菱FX3UPLC介绍（一）PLC介绍1、PLC的优点（2）可靠性高，抗干扰能力强为有效适应工业生产环境中多粉尘、高噪声、温差大、强电磁干扰等特殊情况，PLC在设计和制造过程中对硬件采用了屏蔽、滤波、电源隔离、调整、保护、模块式结构等一系列抗干扰措施。一般情况下，PLC平均故障间隔时间可以达到几十万小时甚至上千万小时。当PLC被集成到完整的控制系统后，其平均故障间隔时间可以达到5万小时甚至更长时间。（3）编程便捷，友好性高PLC普遍采用继电器控制形式的“梯形图编程方式”，该编程方式延续了传统控制电路直观明了的优势，又契合了工业企业电气技术人员的读图习惯，易于被用户掌握和应用。一、三菱FX3UPLC介绍（一）PLC介绍1、PLC的优点（4）安装、调试和维修流程简单PLC将传统电气控制柜中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等硬件替换为软件功能，大大减少了安装和接线的工作量，提高了工程准确性。PLC的用户程序一般可以在实验室进行模拟调试，减少了现场的调试工作量。（5）体积较小，性价比高PLC应用了微电子技术，产品结构紧凑、体积小、质量轻、功耗低。它的抗干扰能力强，因此容易安装在设备的内部，以实现机电一体化。当前，以PLC作为控制器的数控设备和机器人已经成为典型的智能控制设备。一、三菱FX3UPLC介绍（一）PLC介绍2、三菱FX3UPLC的技术优势（1）容量、速度、功能优势三菱FX3UPLC内置64KB的大容量RAM（随机存储器）内存，程序存储容量大幅提升至16000步，其基本命令的执行速度缩短至0.065μs，还大幅度增加了内部软元件的数量，确保在高速处理的同时拥有足够的资源进行数据存储、状态跟踪和逻辑控制。同时，其接线端子中配置有S/S端子。通过S/S端子，可以将PLC灵活转换为漏型输入或源型输入。一、三菱FX3UPLC介绍（一）PLC介绍2、三菱FX3UPLC的技术优势（2）集成多种功能①人机交互。三菱FX3U内置了高性能的显示模块。能够显示4行共16个半角字符；还可以进行软元件的监控和测试、时钟的设定、存储器卡盒与内置RAM之间程序的传送和比较。此外，该显示模块还可以从本体上取出来，安装到控制柜的操作面板上。②通信功能。三菱FX3U内置编程口可以以115.2kbit/s的速度高速通信，可以同时使用3个通信端口。③模拟量适配器。三菱FX3U包括模拟量输入适配器、模拟量输出适配器、温度输入适配器等。这些适配器不占用系统点数，使用非常方便，可以连接到基本单元的左侧。④定位控制。三菱FX3U内置3轴独立且达到100kHz的定位功能（晶体管输出型），并增加了新的位置控制命令。通过高速输出适配器，还可以实现4轴、最高200kHz的定位控制。一、三菱FX3UPLC介绍（二）三菱FX3UPLC基本单元的概貌1、基本单元外形和面板结构（1）基本单元外形三菱FX3UPLC的基本单元共有15种，其中FX3U-16M系列的外形如图1所示，FX3U-48M系列的外形如图2所示，FX3U-128M系列的外形如图3所示。图1图2图3一、三菱FX3UPLC介绍（二）三菱FX3UPLC基本单元的概貌1、基本单元外形和面板结构（2）基本单元面板结构以FX3U-16MR/ES(-A)为例，它的面板结构如图所示。一、三菱FX3UPLC介绍（二）三菱FX3UPLC基本单元的概貌2、基本单元的型号（1）型号符号组成基本单元的型号符号组成如图所示。（2）输入输出总点数三菱FX3UPLC基本单元的点数有5种，分别是16、32、48、80、128。（3）单元属性基本单元的符号是M，扩展单元和扩展模块的符号是E。二、电源与接地接线图（一）电源类型三菱PLC按工作电源可以分为两种，第一种是只能用交流电源工作的PLC，交流电压范围为AC100～240V；第二种是只能用直流电源工作的PLC，直流电压为DC24V。二、电源与接地接线图（二）电源与接地的接线1、电源连接注意事项（1）对于使用交流电源的PLC，基本单元内部配有开关式稳压电源，交流电压的波动为−15%～+10%，PLC都可以正常工作，不需要采取稳压措施，只需将50Hz、220V的交流电源连接到PLC的L、N端子。（2）对于电源中存在的常规干扰，三菱FX3UPLC本身具有足够的抑制能力。如果干扰特别严重，可以安装一个1∶1的隔离变压器，以减少干扰。二、电源与接地接线图（二）电源与接地的接线2、接线图绘制对于AC电源、DC输入PLC的工作电源（AC100～240V，国内一般情况下是AC220V），相线和零线分别连接到面板左上角的L、N端子，地线连接到接地端子，如图所示。二、电源与接地接线图（二）电源与接地的接线2、接线图绘制对于DC电源、DC输入PLC的工作电源（DC24V），电源的正极和负极分别连接到面板左上角的“+”端子和“−”端子，注意不能接反，地线连接到接地端子，如图所示。三、输入回路接线图（一）漏型输入单元接线图在PLC输入电路中，漏型输入为典型接线方式，即将S/S端子接24V端子，控制元件K（如按钮等）一端接输入端子X0，另一端接0V端子，形成完整电路。其因X0端子处电流呈“漏出”特征而得名。电路的工作原理是：当控制元件K闭合时，输入电流从S/S端子流入，光电耦合器中左边的一只发光二极管（LED）导通。24V端子→S/S端子→发光二极管→R1→X0端子→控制元件K→0V端子发光二极管发光，于是光敏晶体管导通，经放大整形电路T处理后输出低电平信号至数据处理单元，输入指示灯LED点亮，表示输入信号有效。控制元件K断开时，发光二极管截止，光敏晶体管截止，放大整形电路T输出高电平信号，LED熄灭，表示输入信号无效。三、输入回路接线图（一）漏型输入单元接线图从电路设计看，光电耦合器作为核心组件，具有双重功能：一是通过光传输实现电气隔离，提升PLC抗干扰能力；二是完成电平转换，将外部24V高电平转换为内部5V低电平，确保信号兼容与系统稳定，保障输入信号可靠检测及PLC系统安全运行。AC电源、漏型输入单元内部接口电路接线图如图所示。三、输入回路接线图（一）漏型输入单元接线图DC电源、漏型输入单元内部接口电路接线图如图6-9所示。控制元件K的一端连接到输入端子X0，另一端连接到外部DC24V电源的“−”端子。光电耦合器右边的电路与上一页所示的电路相同。三、输入回路接线图（一）漏型输入单元接线图漏型输入单元外部接线图如图所示。三、输入回路接线图（二）源型输入单元接线图源型输入是指将S/S端子接0V端子，控制元件K一端接输入端子X0，另一端接24V端子。当K导通时，输入电流自24V端子出发，经K后从X0端子流入PLC内部，在光电耦合器中通过右侧发光二极管，再经S/S和0V端子流向PLC外部。此时X0端子呈现“源”的特征。AC电源、源型输入单元内部接口电路接线图如图所示。三、输入回路接线图（二）源型输入单元接线图DC电源、源型输入单元内部接口电路接线图如图所示。控制元件K的一端连接到输入端子X0，另一端经过熔断器连接到外部DC24V电源的“+”端子。三、输入回路接线图（二）源型输入单元接线图源型输入单元外部接线图如图所示。三、输入回路接线图（三）AC100V输入单元的接口电路接线图控制元件K的一端连接到输入端子X0，另一端经过AC100～120V电源和熔断器连接到COM端子，AC100V输入单元的接口电路接线图如图所示。四、输出回路接线图（一）继电器输出型接口电路接线图继电器输出型接口电路中，其内部电路与实际继电器线圈相连，继电器的常开触点则接入PLC的输出端，通过继电器实现内部电路与外部电路的隔离。当PLC内部输出电路输出高电平信号时，输出继电器通电吸合，其常开触点闭合，外部负载通过该闭合触点接通电源。与此同时，LED点亮，表示有输出信号。继电器输出型接口电路接线图如图所示。四、输出回路接线图（一）继电器输出型接口电路接线图继电器输出方式具有广泛的适用性，既能连接交流负载，也能连接直流负载。这意味着图中的负载既可接入交流电源，也可接入直流电源。然而，继电器动作速度相对较低，仅适用于低速控制场景。四、输出回路接线图（一）继电器输出型接口电路接线图在采用继电器输出时，继电器触点的使用寿命与负载性质紧密相关。对于感性负载，在断电瞬间触点间会产生较高的反向电动势，引发电弧放电现象，进而导致触点烧蚀。为延长继电器触点使用寿命，针对直流感性负载，应并联反向偏置二极管；对于交流感性负载，则应并联RC高压吸收电路。四、输出回路接线图（二）晶体管漏型输出型接口电路接线图晶体管漏型输出型接口电路要求负载电源必须为直流电源。漏型输出是指将直流负载电源的负极连接至公共端子COM，即负公共端，正极经熔断器、外部负载连接至输出端子Y。在公共端子COM处，输出电流从PLC内部流向外部，如图中带箭头的虚线所示，呈现出电流“漏出”的特征，也可理解为负载电流从输出端子Y的外部流向内部。四、输出回路接线图（二）晶体管漏型输出型接口电路接线图在相关电路图中，输出单元的内部电路与外部电路通过光电耦合器实现隔离与绝缘。当PLC内部输出电路输出高电平信号时，光电耦合器VLC中发光二极管通电发光，使VLC中的晶体管导通，进而接通输出晶体管VT的基极回路，使VT导通，外部负载通过VT接通电源。同时，LED点亮，提示有输出信号。晶体管漏型输出型接口电路接线图如图所示。四、输出回路接线图（三）晶体管源型输出型接口电路接线图源型输出是指将直流负载电源的正极连接至+V端子，负极经熔断器、外部负载连接至输出端子Y。在+V端子处，输出电流从PLC外部流向内部，如同“源”一般，如图中带箭头的虚线所示。晶体管源型输出型接口电路具备高速响应特性，适用于高速控制场合，如步进电动机的控制。在输出端内部已并联反向击穿二极管，用于对输出晶体管进行过压保护。晶体管源型输出型接口电路接线图如图所示。四、输出回路接线图（四）晶闸管输出型接口电路接线图晶闸管输出型接口电路的负载电源必须为交流电源，内部电路与外部电路通过光电耦合器实现隔离与绝缘。在图中，当PLC内部输出电路输出高电平信号时，光电耦合器VLC中的发光二极管通电发光，触发双向二极管导通，进而使输出晶闸管被触发并饱和导通，外部负载接通电源。同时，LED点亮，提示有输出信号。四、输出回路接线图（四）晶闸管输出型接口电路接线图晶闸管输出型接口电路适用于高速控制场合。在输出端内部已并联RC高压吸收电路和压敏电阻U，用于对输出晶闸管进行过压保护。晶闸管输出型接口电路接线图如图所示。从图可知，三菱FX3UPLC输出单元内部未设置熔断器，因此必须在负载电源上串联小型断路器或熔断器，以实现短路保护功能。五、通信与扩展模块接线图（一）通信1、通信的基础知识通信是指PLC与计算机，或其他相关设备之间实现信息交互与传递的过程。此类信息以数字“0”“1”为基本构成元素，依据特定规则编码，形成单个数据或数据组，具体涵盖PLC控制程序以及工艺参数等内容。PLC与计算机之间的通信操作，主要涉及PLC程序的写入与读取，以及在程序运行阶段对程序状态的监视和部分调试工作。在数据通信领域，存在两种基础通信方式，即并行通信与串行通信。并行通信以Byte为数据传输单位，除配置8根或16根数据线以及一根公共线外，还需设置用于数据通信联络的控制线。虽然并行通信需要大量信号线，但各数据位可同时进行传输，因此具备较高的传输速度。并行通信通常应用于短距离数据传输场景，如PLC内部集成电路元件之间、主机与扩展单元之间、主机与扩展模块之间以及短距离智能模块之间的数据通信。五、通信与扩展模块接线图（一）通信1、通信的基础知识串行通信则以bit为数据传输单位，每次仅传输1bit数据。串行通信所需信号线较少，两三根线即可满足通信需求，因而适用于长距离数据传输场景。串行通信的连接模式包含单工、半双工和全双工3种。单工模式仅允许数据沿固定方向单向传输，通信两端分别固定为发送端和接收端，且传输方向不可变更。半双工模式支持数据在两个方向上传输，但在特定时刻，数据的接收和发送方向是确定的。全双工模式则可实现双向同时通信，通信两端可同时具备发送和接收功能。在工业自动控制领域，串行通信是常用的通信方式，PLC和计算机均配备通用串行通信接口。五、通信与扩展模块接线图（一）通信2、通信的接线方式（1）RS-232C的接线方式RS-232C是一种在低速率串行通信中的单端标准，以非平衡数据传输的方式工作，它属于全双工模式，以一根信号线相对于接地信号线的电压来表示逻辑状态，可以独立地发送数据及接收数据。RS-232C的典型连接方式如图所示。五、通信与扩展模块接线图（一）通信2、通信的接线方式（2）RS-422A的接线方式RS-422A采用平衡驱动与差分接收架构，不需要接地信号线。平衡驱动器等效为两个单端驱动器，输入同相而输出反相。接收器差分输入使共模信号自然抵消。实际传输中，外部干扰以共模形式耦合至信号线，中间相连的两根线共模干扰幅值相位相同。差分接收器抗共模干扰能力强，共模抑制比足够时，可精准提取有效信号，消除外部共模干扰对通信质量的影响。RS-422A的典型连接方式如图所示。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图1、AC电源、DC24V漏型·源型输入（负公共端）接线图在AC电源、DC24V漏型·源型输入通用型配置中，若采用漏型输入（负公共端）模式，需遵循以下基本单元与同类型扩展单元及扩展模块的电源连接步骤。步骤1：当基本单元与输入输出扩展单元共用同一交流电源时，应将二者的L端子与L端子连接、N端子与N端子连接，再接入AC100～240V标准电源。步骤2：基本单元与输入输出扩展单元的接地端必须相连，并做好接地。步骤3：将输入输出扩展模块的S/S端子与基本单元的S/S端子连接。步骤4：基本单元与输入输出扩展单元中的0V端子作为输入单元的负公共端，必须相连。步骤5：在基本单元和输入输出扩展单元中，S/S端子均与24V端子相连，但严禁将两个单元的S/S端子直接并联，也不能将24V端子直接并联。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图1、AC电源、DC24V漏型·源型输入（负公共端）接线图五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图2、AC电源、DC24V漏型·源型输入（正公共端）接线图在AC电源、DC24V漏型·源型输入通用型配置中，当采用源型输入（正公共端）模式，基本单元与同类型扩展单元以及扩展模块的电源连接需遵循以下连接步骤。步骤1：当基本单元与输入输出扩展单元共用同一交流电源时，应将二者的L端子与L端子连接、N端子与N端子连接，再接入AC100～240V标准电源。步骤2：基本单元与输入输出扩展单元的接地端必须相连，并做好接地。步骤3：将输入输出扩展模块的S/S端子与基本单元的S/S端子连接。步骤4：基本单元与输入输出扩展单元中的24V端子是各自的输入正公共端，不要连接在一起。步骤5：在基本单元和输入输出扩展单元中，S/S端子均与0V端子相连，两个单元中的S/S、0V端子都并联在一起。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图2、AC电源、DC24V漏型·源型输入（正公共端）接线图AC电源、DC24V漏型·源型输入（正公共端）接线图如图所示。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图3、DC电源、DC24V漏型·源型输入（负公共端）接线图在DC电源、DC24V漏型·源型输入通用型配置中，当采用漏型输入（负公共端）模式时，基本单元与同类型扩展单元及扩展模块的电源连接需遵循以下步骤。步骤1：基本单元与输入输出扩展单元共用同一DC电源，正端子与正端子连接，负端子与负端子连接，再接入DC24V电源。步骤2：基本单元与输入输出扩展单元的接地端必须相连，并做好接地。步骤3：基本单元与输入输出扩展单元中的0V端子作为输入单元的负公共端，不进行相连。步骤4：在基本单元和输入输出扩展单元中，S/S端子均与DC24V电源的正端子连接。步骤5：输入输出扩展模块的S/S端子与基本单元的S/S端子进行连接，同时严禁在24V端子和0V端子上进行额外接线。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图3、DC电源、DC24V漏型·源型输入（负公共端）接线图DC电源、DC24V漏型·源型输入（负公共端）接线图如图所示。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图4、DC电源、DC24V漏型·源型输入（正公共端）接线图在DC电源、DC24V漏型·源型输入通用型配置中，采用源型输入（正公共端）模式时，基本单元与同类型扩展单元以及扩展模块的电源连接步骤与负公共端的基本相同，只是在基本单元和输入输出扩展单元中，S/S端子均与DC24V电源的负端子连接。DC电源、DC24V漏型·源型输入（正公共端）接线图如图所示。五、通信与扩展模块接线图（二）扩展模块接线图5、AC电源、AC输入型基本单元、扩展单元与AC输入型输入输出扩展模块的电源接线图AC电源、AC输入型基本单元、扩展单元与AC输入型输入输出扩展模块的电源连接需遵循以下步骤。步骤1：当基本单元与输入输出扩展单元共用同一交流电源时，应将