2. PLC基础与FX5U硬件认识
PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化系统的核心控制设备。要真正用好三菱FX5U，不能只停留在“会写梯形图”的层面，还必须理解它“怎么工作、由什么组成、如何选型、怎样接线”。本节围绕PLC工作原理、FX5U系列型号、CPU模块、I/O模块、电源与扩展模块的选型与接线展开，为后续编程与工程实施打下硬件基础。
一、PLC工作原理：循环扫描与刷新
PLC采用“循环扫描”方式工作，一个完整周期称为扫描周期，通常由五个阶段组成：内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新。其中最关键的是输入采样、程序执行、输出刷新三个环节。
PLC并非“输入一变，输出立刻变”，而是按周期批量处理：先一次性读取所有输入点的状态到输入映像区，再逐条执行用户程序，最后把输出映像区的结果一次性送到输出端子。因此，输入信号必须保持足够长的时间，才能被稳定采集；输出响应也存在一个扫描周期的延迟。
二、FX5U系列型号与CPU模块
FX5U是三菱电机推出的新一代紧凑型PLC，属于iQ-F系列。它内置以太网口、RS-485通信、高速计数、定位等功能，编程软件为GX Works3，支持梯形图、ST、FBD/LD等多种编程语言。
FX5U常见CPU型号按I/O点数与输出类型区分，例如FX5U-32MR/ES、FX5U-64MT/ES、FX5U-80MT/ES等。型号命名规则如下：
- FX5U：系列名称，iQ-F系列紧凑型PLC。
- 32/64/80：本体I/O点数，分别为32点、64点、80点。
- M/T：M表示继电器输出，T表示晶体管输出。
- R/ES：R表示AC电源，ES表示DC电源（部分型号）。
CPU模块是整个系统的“大脑”，负责程序存储、逻辑运算、通信管理和I/O刷新。FX5U CPU模块内置：
- 程序存储器：标准内置约64K步，可扩展。
- 内置以太网：支持Modbus TCP、SLMP、Socket通信。
- 内置RS-485：支持Modbus RTU、变频器通信、CC-Link IE Field Basic等。
- 高速计数器：最多8通道，适合编码器、流量计等高速脉冲输入。
- 定位功能：最多4轴脉冲输出，可直接驱动步进/伺服驱动器。
三、I/O模块与扩展模块
当CPU本体I/O点数不足或需要特殊功能时，可通过扩展总线连接I/O模块和功能模块。FX5U支持左侧扩展和右侧扩展，常见模块包括：
| 模块类型 | 典型型号 | 作用 | 选型要点 |
|---|---|---|---|
| 数字量输入模块 | FX5-16EX/ES | 扩展16点DC输入 | 确认漏型/源型接法 |
| 数字量输出模块 | FX5-16EYR/ES | 扩展16点继电器输出 | 注意负载电流与寿命 |
| 模拟量输入模块 | FX5-4AD | 采集4通道电压/电流 | 分辨率、量程、滤波 |
| 模拟量输出模块 | FX5-4DA | 输出4通道电压/电流 | 负载阻抗匹配 |
| 通信模块 | FX5-485ADP | 扩展RS-485通信 | 波特率、协议、终端电阻 |
| 高速计数模块 | FX5-4HC | 4通道高速计数 | 频率、计数模式 |
扩展模块通过扩展电缆与CPU连接，GX Works3中会自动识别模块并分配I/O地址。需要注意的是，扩展模块数量受电源容量和总线驱动能力限制，不能无限级联。
四、电源与接线要点
FX5U CPU模块通常由AC 100~240V或DC 24V供电，具体取决于型号。接线时必须区分主电源、输入电源和输出负载电源。以下是一个典型的DC输入、继电器输出接线示例：
AC 220V L → CPU L
AC 220V N → CPU N
PE → 接地端子
DC 24V + → S/S（漏型公共端）
按钮一端 → X0
按钮另一端 → DC 24V -
Y0 → 接触器线圈A1
接触器线圈A2 → DC 24V -
COM0 → DC 24V -五、案例与复盘：小型分拣站硬件配置
某小型分拣站需要控制传送带、气缸推料和光电检测，I/O需求为：输入12点（光电、限位、按钮），输出8点（电机接触器、气缸电磁阀、指示灯）。若选用FX5U-32MR/ES，本体16入16出，点数足够，无需扩展。但若后续增加编码器测速和模拟量压力检测，则应改为FX5U-32MT/ES，并扩展FX5-4AD和高速计数模块。
复盘要点：选型不是“越大越好”，而是按当前需求加20%余量；输出类型要匹配负载特性；电源容量要核算扩展模块总功耗；接线后必须用GX Works3的“模块配置”和“I/O诊断”确认地址与状态。只有硬件选型、接线、软件配置三者一致，系统才能稳定运行。