- 机械电气控制与三菱PLC应用详解
- 黄志坚编著
- 3478字
- 2020-08-27 20:30:20
1.4 Q系列PLC
Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上经数年发展起来的中、大型PLC系列产品。
Q系列PLC采用模块化的结构形式，系列产品的组成与规模灵活可变，最大I/O点数可以达到4096点；最大程序存储器容量可达252KB，采用扩展存储器后可以达到32MB；基本指令的处理速度可以达到34ns；其性能水平居世界领先地位，可以适用于各种中等复杂机械、自动生产线的控制场合。
Q系列PLC的基本组成包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。根据控制系统需要的不同，系列产品有多种电源模块、CPU模块、基板、I/O模块供用户选择。通过扩展基板与I/O模块可以增加I/O点数，通过扩展存储器卡可增加程序存储器的容量，通过各种特殊功能模块可提高PLC的性能，扩大PLC的应用范围。
Q系列PLC可以实现多CPU模块在同一基板上的安装，CPU模块间可以通过自动刷新来进行定期通信或通过特殊指令进行瞬时通信，以提高系统的处理速度。特殊设计的过程控制CPU模块与高分辨率的模拟量I/O模块，可以满足各类过程控制的需要。最大可以控制32位的高速运动控制CPU模块，可以满足各种运动控制的需要。计算机信息处理CPU可以对各种信息进行控制与处理，从而实现顺序控制与信息处理的一体化，以构成最佳系统。利用冗余CPU、冗余通信模块与冗余电源模块等，可以构成连续、不停机工作的冗余系统。
Q系列PLC配备有各种类型的网络通信模块，可以组成最快速度达100Mbit/s的工业以太网（Ethernet）、25Mbit/s的MELSEC NET/H局域网、10Mbit/s的CC-Link现场总线网与CC-Link/LT执行传感器网，强大的网络通信功能，为构成工业自动化系统提供了可能。
1.4.1 Q系列PLC的结构与特点
Q系列PLC的CPU可以分为基本型、高性能型、过程控制型、运动控制型、计算机型、冗余型等多种系列产品，以适合不同的控制要求。其中，基本型、高性能型、过程控制型为常用控制系列产品；运动控制型、计算机型、冗余型一般用于特殊的控制场合。
基本型CPU包括Q00J、Q00、Q01共三种基本型号。其中，Q00J型CPU是指包括CPU模块、电源模块、主基板（5插槽）为一体的CPU模块，结构紧凑、功能精简，可以安装最多2级的扩展基板、最多16块的I/O模块和智能模块，最大I/O点数为256点，程序存储器容量为8KB，可以适用于小规模控制系统；Q00/Q01型CPU是安装在主基板上的单个CPU模块，功能最强，可以安装最多4级的扩展基板、最多24块的I/O模块和智能功能模块，最大I/O点数为1024点，程序存储器容量为14KB，是一种为中、小规模控制系统时设计的常用PLC产品。
基本型Q00J/Q00/Q01三种CPU模块的性能参数见表1-16。
表1-16 Q系列PLC基本型CPU模块的性能参数
由表1-16可见，Q00J型CPU模块属于Q系列PLC中的特殊结构，其特点是一体化的结构，不需要对独立模块进行安装连接，但在需要时可以通过扩展电缆连接Q52B、Q55B（不带电源模块扩展基板）或Q63B、Q65B、Q68B、Q612B（带电源模块扩展基板）扩展基板进行I/O扩展。
1.4.2 Q系列PLC机架与接口模块
（1）机架（基板）
机架分为主机架和扩展机架。
①主机架 主基板负担着把电源模块产生的DC 5V提供给插在主基板上的CPU模块、输入输出模块和智能功能模块的任务，另外还具有在CPU模块、I/O模块和智能模块之间进行控制数据交换的作用。
主机架型号见表1-17。主机架技术参数见表1-18和表1-19。
表1-17 主机架型号
a.可选附件见表1-18。要把Q3□SB、Q3□B、Q6□B、Q00J CPU安装到DIN导轨上，须另购DIN导轨安装用适配器。另外，QA1S6□B可以直接安装在DIN导轨上，而QA65B不能直接安装在DIN导轨上。
表1-18 安装用适配器
b.扩展电缆见表1-19。
表1-19 扩展电缆型号
②扩展机架 扩展基板负担着把电源模块产生的DC 5V提供给插在扩展基板上的I/O模块和智能功能模块的任务，另外还具有在CPU模块、I/O模块和智能模块之间进行控制数据交换的作用。
a.型号。
Q63B——3槽，可装电源模块，用于装Q系列模块。
Q65B——5槽，可装电源模块，用于装Q系列模块。
Q68B——8槽，可装电源模块，用于装Q系列模块。
Q612B——12槽，可装电源模块，用于装Q系列模块。
Q52B——2槽，不可装电源模块，用于装Q系列模块。
Q55B——5槽，不可装电源模块，用于装Q系列模块。
b.技术参数。带有电源模块的扩展基板见表1-20。不带电源模块的扩展基板见表1-21。
表1-20 带有电源模块的扩展基板
表1-21 不带电源模块的扩展基板
（2）接口模块
接口模块既能实现网络的通信及连接，又能实现对站之间的控制和监控，还能实时地发现问题、解决问题。接口模块包括以下几种。
1）FL-NET模块 FL-NET模块是由工厂自动化（FA）公共推广协会（JOP）标准化了的公共FA网络模块，用于生产系统中不同控制模块和计算机之间相互连接，实现控制和监控功能。
特点：①实现多厂商支持。可以连接不同厂商的PLC，并对不同PLC的控制软元件和其他软元件进行控制和监控。②可提高网速。网速可由10Mbit/s增加到100Mbit/s～1Gbit/s。③用于大型网络。最多可连接254个设备（站）模块。
型号：①QJ71FL71-T-F01。FL-NET（OPCN-2）版本1.00规格，与10BASE5/10BASE-T兼容；②QJ71FL71-B2-F01。FL-NET（OPCN-2）版本1.00规格，与10BASE2兼容；③QJ71FL71-B5-F01。FL-NET（OPCN-2）版本2.00规格，与10BASE5/10BASE-T兼容。
FL-NET模块性能说明见表1-22。
表1-22 FL-NET模块性能说明
①最多有12个模块可以连接到中心Hub，需要4个连接步骤。
②关于循环数据区与软元件区间的发送时间。
③循环数据区与软元件区间的传输延迟时间：a.最小传输延迟时间（ms）为“SM1”+令牌保持时间+“SM2”；b.最大传输延迟时间（ms）为“SM1”+（刷新循环×4）+“SM2”。SM1为传送顺序扫描（包括刷新）时间；SM2为接收顺序扫描（包括刷新）时间。
④带碰撞检测的载波侦听多址访问。
⑤用户数据协议，网络间协议。
2）Profibus模块 Profibus模块是支持Profibus协议的网络模块，可分为主站模块和从站模块两种。
主站模块：主要指QJ71PB92D Profibus，QJ71PB92D性能规格见表1-23。
表1-23 QJ71PB92D性能规格
①传输速度控制在±0.3%以内。
②使用中继能够延长的传输距离（m/网络），传输距离（m/网络）=（中继数+1）×传输距离（m/段）。
③当存在出错信息的最大数据长度超出32B的从站时，最大站、最大从站、连接节数会比上述值小。
这是由于QJ71PB92D能够接收从站故障信息的最大数据长度，会随着参数中设定的从站最小站号及最大站号的变化而变化。
从站模块：主要指QJ71PB93D Profibus，QJ71PB93D性能规格见表1-24。
表1-24 QJ71PB93D性能规格
①传输速度控制在±0.3%以内。
②出厂设置为“126”，I/O数据通信时，站数须设置在0～125之内。
3）CC-Link模块 CC-Link模块所构成的CC-Link网络是一种开放式的现场总线。它能同时处理控制和信息数据。通过简单的总线将工业设备连接成为设备层的网络，同时还可以方便地连接到其他网络上。
4）以太网模块 以太网模块用于个人计算机或者工作站等上位系统与Q系列PLC之间用TCP/IP（传输控制协议/网际协议）、UDP/IP进行PLC数据的收集或变更、CPU模块的运行监视、状态控制和任意数据的接收。
1.4.3 Q系列PLC的CPU模块与电源模块
（1）CPU模块
Q系列PLC的CPU模块分为三种型号。
1）Q00J型CPU模块 采用Q00J型CPU的Q系列PLC的系统构成如图1-34所示。
图1-34 Q00J型PLC的系统构成
Q00J型PLC进行扩展连接时应注意以下几点。
①Q00J型CPU包括CPU、带电源的5槽主基板，不需要选用Q3系列主基板，对于I/O点数较少的PLC系统，只需要选择必要的I/O模块便可以成套使用。
②Q00J型CPU需要增加扩展时，应根据扩展基板的需要，决定是否选用相应的电源模块，对于Q6系列扩展基板，需要配套电源模块；对于Q5系列扩展基板，则不需要配套电源模块。
③Q00J型CPU最大可以连接的扩展基板数量为2级，但系统采用触摸屏后，扩展基板只能连接1组，如图1-35所示。
图1-35 Q00J系列PLC的扩展连接
2）Q00/Q01型CPU模块
采用Q00/Q01型CPU的Q系列PLC的系统构成如图1-36所示。
图1-36 Q00/Q01型PLC的系统构成
Q00/Q01型CPU与Q00J型CPU在硬件配置上的区别如下。
①Q00/Q01型CPU为独立模块，因此必须配置用于安装CPU模块的Q3系列主基板与安装于主基板的电源模块方能工作。
②Q00/Q01型CPU的扩展能力要强于Q00J型CPU。它的最大允许I/O点数可以达到1024点，最大扩展模块的数量可达24个，最大扩展级为4级，如图1-37所示。
图1-37 Q00型PLC的扩展连接
③当系统采用触摸屏（GOT）后，扩展基板比最大扩展级数少一级，由原来的最大级4级减小为3级，在基板上可安装的控制点数减少16点。采用Q00/Q01型的Q系列PLC的扩展连接如图1-37所示。
3）Q00J与Q00、Q01型CPU模块的区别与联系 Q01型CPU模块与Q00J型、Q00型CPU模块没有太大区别，三者的外部特性几乎相同，主要存在的区别是在运行速度和存储容量上，Q01型CPU的运算速度是Q00J、Q00型CPU的1.6倍，存储器容量是Q00J、Q00型CPU的1.75倍。
（2）电源模块
Q00J、Q00、Q01型PLC有独立的电源模块，Q00J型PLC是CPU与电源模块一体化的结构，而Q00与Q01型PLC是模块式结构。电源模块可以用于Q00J型扩展基板以及配套Q00/Q01型CPU的PLC主基板、扩展基板。电源模块对外部电源的要求与电源模块的型号有关，电源模块的选择取决于系统的I/O点数、扩展基板的型号及扩展模块的数量。用于Q系列基本型PLC的电源模块主要有以下几种规格。
①Q6IP-A1。AC 100～120V输入，DC 5V/6A输出。
②Q61P-A2。AC 200～240V输入，DC 5V/6A输出。
③Q62P。AC 100～240V输入，DC 5V/3A、DC 24V/0.6A输出。
④Q63P。DC 24V输入，DC 5V/6A输出。
⑤Q64P。AC 100～120V/200～240V输入，DC 5V/8.5A输出。