1.4 三菱Q系列PLC的硬件结构及系统构成

Q系列PLC是三菱公司从原来的A系列基础上发展起来中、大型PLC系列产品。该系列产品采用模块化的结构形式构成，其基本组成部分包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。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扩大程序存储器的存储容量；通过各种特殊功能模块可增加某些特殊功能，以扩大应用范围。通过配置各种类型的网络通信模块可组成不同的网络。

1.4.1 三菱Q系列PLC硬件系统的基本组成

Q系列PLC的基本组成如图1-35所示，主要包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。根据系统的需要，系列产品有多种电源模块、CPU模块、基板、I/O模块可供用户选择。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以增加程序存储器容量，通过各种特殊功能模块可以提高PLC的性能，扩大PLC的应用范围

1. 基板

基板又称为基架，其外形如图1-36所示，用于安装CPU模块、电源模块、输入/输出模块、智能功能模块的基座。基板上布置有模块间相互连接、传送PLC内部信号的控制总线。只要是模块式PLC系统，就必须配置基板以便安装各类模块。

Q系列PLC的基板分为主基板和扩展基板两类，其中主基板可以安装CPU模块及其他模块，而扩展基板可用于安装除CPU模块外的其他模块。扩展模块又分为需要电源模块和不需要电源模块两类。

Q00J型PLC的CPU模块自带主基板，但需要扩展I/O点或功能模块时，扩展基板以及扩展基板上的电源模块则需要另行选择。Q00/01型PLC必须选择主基板以及主基板电源，扩展基板根据系统实际需要进行选用。

Q系列PLC的主基板的型号有Q32SB、Q33SB、Q35SB、Q33B、Q35B、Q38B、Q312B等。扩展基板用于安装PLC的扩展模块，以增加系统的I/O点数。Q系列PLC的扩展基板可分为“需要电源模块”和“不需要电源模块”两类，其型号有：Q52B、Q55B、Q63B、Q65B、Q68B、Q612B等。

扩展基板可以使用扩展电缆直接连接，这样对于分散的系统就不需要网络、适配器及组态软件。在PLC系统中，使用“不需要电源模块”的扩展基板时，可以进一步减少安装面板。

2. 电源模块

电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，它是为安装在基板上的PLC和各模块提供直流电源的模块。电源模块对外部电源的要求与电源模块的型号有关，电源模块的选择决定于系统的I/O点数、扩展基板的型号及扩展模块的数量。

Q系列PLC的电源模块主要有以下几种规格：

（1）Q61P-A1，输入电压范围AC100～120V，输出电压DC5V，输出电流6A；

（2）Q61P-A2，输入电压范围AC200～240V，输出电压DC5V，输出电流6A；

（3）Q61P，输入电压范围AC100～240V，输出电压DC5V，输出电流6A；

（4）Q62P，输入电压范围AC200～240V，输出电压DC5V/24V，输出电流3A/0.6A；

（5）Q63P，输入电压范围DC24V，输出电压DC5V，输出电流6A；

（6）Q64P，输入电压范围AC100～120V/AC200～240V，输出电压DC5V，输出电流8.5A；

（7）Q64PN，输入电压范围AC100～240V，输出电压DC5V，输出电流8.5A；

（8）Q61SP，输入电压范围AC100～120V，输出电压DC5V，输出电流6A，超薄型电源。

在Q32SB、QS33SB和Q35SB主基板上，只能使用Q61SP超薄型电源模块。

3. CPU模块

按照不同的性能，Q系列PLC的CPU模块分为基本型、高性能型、过程控制型、运动控制型、计算机型、冗余型等多种类型。不同类型的产品，其适用的领域也不相同，其中基本型、高性能型、过程控制型的系列产品一般在常用的控制领域中使用；运动控制型、计算机型、冗余型的系列产品一般适用于特殊控制领域。

基本型QCPU模块共有3种基本型号：Q00J、Q00、Q01。其中Q00J的结构紧凑、功能精简，最大I/O点数为256点，程序存储器容量为8KB，适用于小规模控制系统；Q00的最大I/O点数为1024点，最大扩展模块的数量可达24个，最大扩展级为4级，程序存储器容量为8KB；Q01在基本型Q系列PLC中功能最强，最大I/O点数可达1024点，程序存储器容量为14KB，是一种为中、小规模控制系统而设计的常用PLC产品。

高性能模式QCPU是可以进行大容量高速处理的模块，它适合构筑高性能的系统设备。三菱Q系列高性能型PLC的CPU模块主要有Q02、Q02H、Q06H、Q12H、Q25H共5种基本型号。其中Q25H型的功能最强，最大I/O点数为4096点，程序存储器容量为252KB，适用于大中规模控制系统的要求。

Q系列过程控制CPU包括Q12PH、Q25PH等型号，用于小型DCS（Distributed Control System）系统的控制。过程控制CPU构成的PLC系统，其PLC软件平台与通用的PLC软件平台（GX Developer）不同，Q系列过程控制PLC使用PX Developer软件平台。过程控制CPU使用过程控制专用编程语言FBD（Function Block Diagram，功能块图）进行编程，该语言将反复使用的梯形图块转换成通用部件，然后在顺控程序中通过调用该部件的方式进行使用。过程控制CPU增强了PID（Proportional Integral Derivative，即比例-积分-微分）调节功能，可以实现PID自动计量、测试，对回路进行高速PID运算与控制，通过自动调谐还可以实现控制对象参数的自动调整。

Q系列运动控制CPU包括Q172、Q173两种基本型号，分别用于8轴与32轴的运动控制。运动控制CPU具备多种运动控制编程语言，使用运动控制软件平台（MT）编程、调试、监控。系统可以实现点定位、回原点、直线插补、圆弧插补、螺旋线插补，还可以进行速度、位置的同步控制。位置控制的最小周期达0.88ms，具有S形加速、高速振动控制等功能。

Q系列冗余CPU包括Q12PRH、Q25PRH两种型号，冗余系统用于对控制系统可靠性要求极高，不允许控制系统出现停机的控制场合。在“冗余”系统中，备用系统始终处于待机状态，只要工作控制系统发生故障，备用系统就可以立即投入工作，成为工作控制系统，以保证控制系统的连续运行。因此，称为热备双冗余系统。

4. I/O模块

Q系列I/O模块是可配用高功能、高性能的Q系列CPU模块的总线的输入输出模块。CPU不带固定I/O点，所以需要根据I/O点数、规格安装各种I/O模块。输入模块型号有QX10、QX28、QX40、QX40-S1、QX41、QX41-S1、QX42、QX42-S1、QX50、QX70、QX71、QX72、QX80、QX81、QX82、QX82-S1；输出模块型号有QY10、QY18A、QY22、QY40P、QY41P、QY42P、QY50、QY68A、QY70、QY71、QY80、QY81P；输入/输出模块型号有QH42P、QX48Y57、QX41Y41P。

5. 网络/信息处理模块

在生产现场，为了在生产和有效质量管理的同时，达到省力、省配线、设备小型化、降低成本的目的，建立一个网络控制系统十分重要。Q系列PLC用于网络连接的特殊功能模块，根据不同的网络层次，主要分为以下3类。

（1）信息网络（Ethernet）

信息网络是生产现场最高级别的网络，通过高速、大量数据信息传输，如文档、报表、图形以及语言、图像等，实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成。信息网络主要由以太网构成，以太网模块主要有QJ71E71-100、QJ71E71和QJ71E71-B2。其中QJ71E71-100用于10BASE-T/100BASE-TX以太网连接；QJ71E71用于10BASE-T/100BASE5以太网连接；QJ71E71-B2用于10BASE2以太网连接。

（2）控制网络（MELSEC NET/H）

控制网络是生产现场中间级别的网络，承上启下，上连以太网下接现场总线。控制网络只完成网络数据之间的交换和搬运，不做任何处理，是上下层网络之间的交通枢纽。根据不同的网络拓扑结构与传输介质MELSEC NET/H网络连接模块，主要有QJ71BR11/QJ72BR15、QJ71LP21-25/QJ71LP21S-25/QJ72LP25-25、QJ71LP21G/QJ72LP25G、QJ71LP21GE/QJ72LP25GE，它们的具体说明如表1-17所示。

（3）现场网络（CC-Link、CC-Link/LT）

现场网络是生产现场最低级别的网络，它将PLC、控制装置、驱动设备互连构成网络，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产设备。根据现场总线的不同层次，CC-Link网络连接模块主要有Q61BT11N和Q61BCL12。其中，Q61BT11N用于CC-Link网络连接；Q61BCL12用于CC-Link/LT网络连接。

6. 特殊功能模块

模块可以直接安装在PLC的基板上，也可以与PLC基本单元的扩展接口进行连接，以构成PLC系统的整体，这样的模块称为特殊功能模块。特殊功能模块根据不同的用途，其内部组成与功能相差很大。目前，PLC的特殊功能模块大致可以分为A/D和D/A转换类、温度测量与控制类、脉冲计数与位置控制类、网络通信类等。

A/D转换功能模块的作用是将来自过程控制的传感器输入信号，如电压、电流等连续变化的物理量（即模拟量）直接转换成一定位数的数字量信号，以供PLC进行运算与处理。其型号主要有Q68ADV、Q62AD-DGH、Q66AD-DG、Q68ADI、Q64AD、Q64AD-GH、Q68AD-G。

D/A转换功能模块的作用是将PLC内部的数字量转换成电压、电流等连续变化的物理量（即模拟量）输出。它可以用于变频器、伺服驱动器等控制装置的速度、位置控制输入，也可以用作外部仪表的显示。其型号主要有Q68DAVN、Q68DAIN、Q62DAN、Q62DA-FG、Q64DAN、Q66DA-G。

温度测量与控制类功能模块包括温度测量与温度控制两类。根据测量输入点数、测量精度、检测元件类型的不同，有多种规格可供用户选择。温度调节模块有Q64TCRT、Q64TCRTBW、Q64TCTT、Q64TCTTBW；温度输入模块有Q64RD、Q64RD-G、Q64TD、Q64TDV-GH、Q68TD-G-H01。

脉冲计数与位置控制类功能模块包括脉冲计数、位置控制两类。脉冲计数功能模块用于速度、位置等控制系统的转速、位置测量，对来自编码器、计数开关等的输入脉冲信号进行计数，主要模块有QD62、QD62D、QD62E、QD63P6、QD64D2。位置控制功能模块可以实现自动定位控制，Q系列的定位模块有QD75P1、QD75P2、QD75P4、QD70P4、QD70P8、QD75D1、QD75D2、QD75D4、QD70D4、QD70D8、QD75M1、QD75M2、QD75M4、QD75MH1、QD75MH2、QD75MH4、QD72P3C3。

1.4.2 三菱Q系列基本型PLC系统构成与应用形式

1. Q系列基本型PLC系统的构成与扩展

针对以小规模系统为对象的简单紧凑的系统的控制，基本模式QCPU是最适合的模块。三菱Q系列基本型QCPU模块主要有Q00J、Q00、Q01 3种基本型号。在此以Q00J为例，讲述Q系列基本型PLC系统的构成与扩展。

Q00J型CPU是指CPU模块、电源模块、主基板（5个插槽）一体的CPU模块，其系统构成如图1-37所示。Q00J型CPU模块一般不需对主基板、电源模块进行单独订货，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。扩展基板最多可连接2级、最多可以安装16块输入、输出模块和智能功能模块等，扩展连接如图1-38所示。主基板和扩展基板上可以控制的输入输出点数为256点。Q00J系列PLC进行扩展连接时需注意以下几点。

（1）扩展电缆的总延长距离控制在13.2m以内。

（2）扩展电缆不能与主电路高电压、大电流的电线捆扎在一起，也不要靠近。

（3）扩展级数的设置采用升序，避免同一编号的重复使用。

（4）Q00J型CPU包括了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模块就可以成套使用。

（5）Q00J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。

（6）扩展基板上可以安装I/O模块数量（或特殊模块的数量）受到最大I/O点数（256点）与最大允许安装的I/O模块数（16个）两方面的限制。当超过256点时，扩展基板的空余插槽上不可以再安装I/O模块；同样，扩展模块达到最大允许安装的16个后，即使I/O点数未满256点，也不能再增加I/O模块，否则安装时将会出错。

（7）Q00J型CPU最大可以连接的扩展基板数量为2组（2级），但是，当系统采用GOT（触摸屏）连接总线时，每扩展1级就占用1个插槽。

（8）Q00J系列PLC将GOT作为16点的智能功能模块进行处理，因此可以安装在基板上，每台GOT将进行控制的点数减少16点。

（9）Q00J系列PLC不可连接总线延长接插件（A9GT-QCNB）。通常将总线延长接插件连接到扩展基板上。

2. Q系列基本型PLC系统的应用形式

基本模式QCPU可以实现对小规模系统的最适合的成本性能，其应用形式如图1-39所示。

1.4.3 三菱Q系列高性能型PLC系统构成与应用形式

1. Q系列高性能型PLC系统构成与扩展

高性能型Q系列PLC与基本型PLC在系统构成上的主要区别在于它可以使用AIS系列扩展基板。因此，在扩展基板的选择，电源模块的选择，I/O模块、功能模块的选择上比基本型的范围更广。高性能型Q系列PLC的基本系统构成如图1-40所示，其外围设备构成如图1-41所示。高性能型Q系列PLC的扩展连接如图1-42所示。

高性能型Q系列PLC的扩展基板时需注意以下事项。

（1）扩展基板单元最多可使用7级。

（2）不要使用总扩展长度超过13.2m的扩展电缆。

（3）当使用扩展电缆时，不要将它与主回路（高压及大电流）导线绑在一起，也不要使它们相互间靠得太近。

（4）当设置扩展级的号码时，按升序进行设置，以便两个扩展基板单元不会同时被设成相同的号码。

（5）当混合使用Q6□B和QA1S6□B型扩展基板单元时，首先连接Q6□B型，然后再连接QA1S6□B型。在设置扩展级的号码时，从Q6□B开始按顺序设置。

（6）连接扩展电缆时，从基板单元扩展电缆接头的OUT端，到下一级扩展基板单元的IN端。

（7）如果安装的模块数≥65，会发生出错。

2. Q系列高性能型PLC系统的应用形式

高性能模式QCPU是可以进行大容量高速处理的模块，它适合构筑高性能的系统设备。高性能型QCPU通过AnS/A系列对应的扩展基板（QA1S6B、QA6B），可以使用AnS/A系列的I/O模块及特殊功能模块，其应用形式如图1-43所示。

1.4.4 三菱Q系列过程控制PLC系统构成与应用形式

1. 三菱Q系列过程控制PLC系统的构成与扩展

Q系列过程控制型QCPU模块包括Q12PH、Q25PH两种型号，可以用于小型DCS系统的控制。在系统构成上，过程控制Q系列PLC一般不使用Q3□B超薄型主基板与A1S系列扩展基板。因此，在扩展基板、电源模块、I/O模块、功能模块的选择上比高性能型PLC的范围小。过程控制Q系列PLC的基本系统构成如图1-44所示，与外围设备构成如图1-45所示。

2. 三菱Q系列过程控制PLC系统的应用形式

与高性能型Q系列PLC相比，过程控制QCPU在高性能模式QCPU的基础上增加了与过程控制相对应的52条指令；通过采用2个自由度的PID控制方式，以达到目标值变动、外部干扰变动两方面的应答方式；可以在线更换Q系列的I/O模块、功能版本C的A/D变换模块、D/A变换模块、温度输入模块、温度调节模块、脉冲输入模块等；若安装MELSECNET/H远程主站，可以构筑MELSECNET/H多重远程I/O系统。过程控制QCPU的应用如图1-46所示。