可编程序控制器编程元件简介

1.PLC编程元件

PLC内部有许多具有不同功能的编程元件，如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等，它们不是物理意义上的实物继电器，而是由电子电路和存储器组成的虚拟器件，其图形符号和文字符号与传统继电器符号也不同，所以又称为软元件或软继电器。每个软元件都有无数对常开/常闭触点，供PLC内部编程使用。

不同厂家不同型号的PLC，编程元件的数量和种类有所不同。三菱系列PLC的图形符号和文字符号如图5－10所示。

图5－10　三菱系列PLC的图形符号和文字符号

（a）图形符号；（b）常开触点；（c）常闭触点

2.输入继电器（X）

输入继电器是PLC专门用来接收外界输入信号的内部虚拟继电器。通常是借助输入接口组件完成的，输入接口组件能接受被控设备的信号，如按钮、行程开关和各种传感器信号等。它在PLC内部与输入端子相连，有无数的常开触点和常闭触点，可在PLC编程时随意使用。输入继电器不能用程序驱动，只能由输入信号驱动。

FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点输入继电器，其编号为X000～X267。其编程编号规则可以表示为：

X000－X007　X010－X017……X070－X077　X100－X107　X110－X117……X170－X177……

3.输出继电器（Y）

输出继电器是PLC专门用来将程序执行的结果信号经输出接口电路及输出端子，送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，有无数的常开触点与常闭触点，可在PLC编程时随意使用。输出继电器只能由程序驱动。输出接口组件通常用于控制接触器、电磁阀、信号灯等。

FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点输出继电器，其编号为Y000～Y267。其编程编号规则可以表示为：

Y000－Y007　Y010－Y017……Y070－Y077　Y100－Y107　Y110－Y117……Y170－Y177……

1）输入、输出继电器控制梯形图举例：分配I/O地址，绘制PLC的I/O接线图

一个输入设备原则上占用PLC一个输入点（I），一个输出设备原则上占用PLC一个输出点（O）。如图5－11 I/O接线图。

特别注意时间继电器、中间继电器转化为PLC梯形图时，其触点和线圈是PLC内部调用的，在I/O接线图中并不画出来，地址分配如下：

停止按钮SB1—X000；启动按钮SB2—X001；热继电器FR触点—X002；接触器KM—Y000。

将选择的I/O设备和分配好的I/O地址一一对应连接，形成PLC的I/O接线图，如图5－11所示。

图5－11　电动机启－保－停控制的I/O接线图和梯形图

（a）I/O接线图；（b）对应的梯形图

2）I/O接线图中输入信号为常闭触点的处理方法

PLC输入端口可以与输入设备不同类型的触点连接，但不同的触点状态设计出的梯形图程序不一样。

（1）实际教学中PLC的输入触点经常使用常开触点，便于进行原理分析。但在实际控制中，停止按钮、限位开关及热继电器等要使用常闭触点，以提高安全保障。

（2）PLC外部的输入触点既可以接常开触点，也可以接常闭触点。接常闭触点时，梯形图中的触点状态与继电器、接触器控制图中的状态相反。

（3）为了节省成本，应尽量少占用PLC的I/O点，通常将FR常闭触点串接在其他常闭输入或负载输出回路中，如图5－12所示。

图5－12　不同触点状态的接线图与梯形图程序比较

为了更好地理解输入继电器和输出继电器的应用，通过例题5－1和例题5－2进行分析和说明。

例题5－1　输入继电器和输出继电器的应用

设计某台电动机的两地控制。其控制要求：按下甲地的启动按钮SB1或乙地的启动按钮SB2均可以启动电动机；按下甲地的停止按钮SB3或乙地的停止按钮SB4均可以停止电动机运行，如例题5－1图所示。

例题5－1图　电动机两地控制PLC的接线图和梯形图

例题5－2　输入继电器和输出继电器的应用

三相电动机的正反转PLC控制线路设计

例题5－2图（a）所示为正反转继电器－接触器控制线路图，例题5－2图（b）所示为相同的PLC控制系统的外部接线图，例题5－2（c）图所示为正反转控制梯形图，其中KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。

例题5－2（a）图　正反转继电器－接触器控制线路图

在PLC梯形图中，用两个启动－保持－停止程序分别来控制电动机的正转和反转。按下正向启动按钮SB2，X000变为ON，X000常开触点接通，Y000线圈得电并且保持，使得接触器KM1线圈通电，电动机开始正转运行。按下停止按钮SB1，X002变为ON，其常闭触点断开，Y000线圈失电，电动机停止运转。同理，按下反向启动按钮SB3后电动机开始反向运行。

例题5－2（b）图　I/O接线图

例题5－2（c）图　正反转控制梯形图

PLC正反转

4.辅助继电器M

辅助继电器不能直接对外输入、输出，但经常用做状态暂存、中间运算等作用。其常开和常闭触点可以无限次在程序中调用，但不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器进行。

辅助继电器用字母M表示，并采用十进制地址编号。辅助继电器按用途分为以下几类。

（1）通用辅助继电器M000～M499（500点）。

（2）断电保持辅助继电器M500～M1023（524点），断电保持辅助继电器用于保存停电前的状态，并在运行时再现该状态的情形。停电保持由内装的后备电池支持。

（3）特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）。PLC内部有很多特殊辅助继电器。这些特殊辅助继电器各具有特定的功能，一般分为两大类。

图5－13　特殊辅助继电器波形图

一类是只能运用其特殊辅助继电器的触点，这类继电器的线圈由PLC自动驱动，用户只能利用触点进行编程。M8000：当PLC处于RUN（运行）时，其线圈一直得电；M8001：当线圈处于STOP（停止）时，其线圈一直得电；M8002：当PLC开始运行的第一个扫描周期其得电；M8003：当PLC开始运行的第一个扫描周期其失电；M8004：当PLC有错误时，其线圈得电；M8005：当PLC锂电池电压下降到规定值时，其线圈得电；M8011：产生周期为10 ms的脉冲；M8012：产生周期为100 ms的脉冲；M8013：产生周期为1 ms的脉冲；M8014：产生周期为1 min的脉冲。M8000、M8002、M8012波形图如图5－13所示。

另一类是可驱动线圈的特殊辅助继电器，用户驱动线圈后，PLC做特定动作。例如，M8033指PLC停止时输出保持，M8034功能是PLC禁止全部输出，M8039功能是PLC定时扫描等。

辅助继电器的应用：设计路灯的控制程序。

要求：每晚7点由工作人员按下按钮（X000），点亮路灯Y000，次日凌晨X001停止。特别注意的是，如果夜间出现意外停电，则要求恢复来电后继续点亮路灯。

如图5－14为路灯的控制程序，其中M500是断电保持型辅助继电器。出现意外停电时，Y0断电路灯熄灭。由于M500能保存停电前的状态，并在运行时再现该状态的情形，所以恢复来电时，M500能使Y0继续接通，点亮路灯。

图5－14　路灯的控制程序

5.通用定时器T

定时器在PLC中的作用相当于通电延时型时间继电器，它有一个设定值寄存器（字）、一个当前值寄存器（字）、一个线圈及无数个触点（位）。通常在一个PLC中有几十至数百个定时器，可用于定时操作，起延时接通或断开电路作用。

在PLC内部，定时器是通过对内部某一时钟脉冲进行计数来完成定时。常用计时脉冲有3类，即1 ms、10 ms和100 ms。不同的计时脉冲，其计时精度不同。用户需要定时操作时，可通过设定脉冲的数量来完成，用常数K设定（1～32 767），也可用数据寄存器D设定。

FX2N系列PLC的定时器采用十进制编号，如FX2N系列的定时器编号为T000～T255。

通用定时器的地址范围为T000～T245，有两种计时脉冲，分别是100 ms和10 ms，其对应的设定值分别为0.1～3 276.7 s和0.01～327.67 s。

通用定时器的地址编号和设定值如下：

100 ms定时器T000到T199（200点）设定值1～32 767，设定定时范围0.1到3 276.7 s

10 ms定时器T200到T245（46点）设定值1～32 767，设定定时范围0.01到327.67 s

1）通用定时器的用法

现以图5－15的梯形图程序为例，说明通用定时器工作原理和工作过程。当驱动线圈信号X000接通时，定时器T000的当前值对100 ms脉冲开始计数，达到设定值30个脉冲时，T000的输出触点动作使输出继电器Y000接通并保持，即输出是在驱动线圈后的3 s（100 ms×30＝3 s）时动作。当驱动线圈的信号X000断开或发生停电时，通用定时器T0复位（触点复位、当前值清0），输出继电器Y000断开。当X000第二次接通时T000又开始重新定时，因还没到达设定值时X000就断开了，因此T000触点不会动作，Y000也就不会接通。

图5－15　通用定时器的用法(www.xing528.com)

（a）梯形图；（b）指令表；（c）输入/输出波形图

2）振荡电路

如图5－16为用定时器组成的振荡电路梯形图及输入/输出波形图。当输入X000接通时，输出Y000以1 s周期闪烁变化（如果Y000接指示灯，则灯光灭0.5 s亮0.5 s，交替进行），如图5－16（b）所示。改变T000、T001的设定值，可以调整Y000的输出脉冲宽度。

图5－16　通用定时器组成的振荡电路梯形图及输入/输出波形图

（a）梯形图；（b）输入/输出波形图

3）定时器的自复位电路

图5－17定时器的自复位电路要分析前后3个扫描周期才能真正理解它的自复位工作过程。定时器的自复位电路用于循环定时。其工作过程分析如下：X000接通1 s时，T0常开触点动作使Y000接通，常闭触点在第二个扫描周期中使T000线圈断开，Y000跟着断开；第三个扫描周期T000线圈重新开始定时，重复前面的过程。

例题5－3　定时器的应用

设计三台电动机顺序启动的PLC控制电路。控制要求：当按下启动按钮SB1，第一台电动机启动，同时开始计时，10 s第二台电动机启动，再过10 s第三台电动机启动。按下停止按钮SB，三台电动机都停止。

图5－17　通用定时器自复位电路

（a）梯形图；（b）输入/输出波形图

例题5－3图　三台电动机顺序启动的PLC控制电路

6.积算定时器（T246～T255）

积算定时器也叫保持型定时器，如图5－18所示，积算定时器与通用定时器的区别在于：线圈的驱动信号X000断开或停电时，积算定时器不复位，当前值保持，当驱动信号X000再次被接通或恢复来电时积算定时器累计计时。当前值达到设定值时，输出触点动作。需要注意的是，必须要用复位信号才能对积算定时器复位。当复位信号X001接通时，积算定时器处于复位状态，输出触点复位，当前的值清0。

图5－18　积算定时器基本用法

（a）梯形图；（b）输入/输出波形图；（c）指令表

积算定时器也有两种计时脉冲，分别是1 ms和100 ms，对应的设定范围分别为0.001～32.767 s和0.1～3 276.7 s。设定值均为1～32 767。

积算定时器的地址编号和设定定时范围如下：

1 ms积算定时器T246～T249（4点）　设定值0.001到32.767 s

100 ms积算定时器T250～T255（6点）　设定值0.1到3 276.7 s

积算定时器应用：合上开关K1（X000），红灯（Y000）亮1 s灭1 s，累计点亮30 min自行关闭系统。

如图5－19为其梯形图程序。该程序中红灯间歇点亮，其点亮的累计时间要用积算定时器计时。当X000断开时积算定时器复位。

图5－19　积算定时器应用实例

7.计数器C

计数器主要记录脉冲个数或根据脉冲个数设定某一时间，计数值通过编程来设定。FX系列PLC的计数器也采用十进制编号，如FX2N系列的低速计数器编号为C000～C234。计数器的设定值也与定时器的设定值一样，既可用常数K设定，也可用数据寄存器D设定。例如，指定为D10，而D10中的内容为123，则与设定K123等效。

1）FX系列PLC的计数器C

计数器是PLC的重要内部元件，在CPU执行扫描操作时对内部元件（X、Y、M、S、T、C）的信号进行计数。计数器同定时器一样，也有一个设定值寄存器（字）、一个当前值寄存器（字）、一个线圈及无数个常开/常闭触点（位）。当计数次数达到其设定值时，计数器触点动作，用于控制系统完成相应功能。

2）16位低速计数器

通常情况下，PLC的计数器分为加计数器和减计数器，FX系列的16位计数器都是加计数器。其地址编号如下：

（1）通用加计数器：C000～C099（100点）；设定值区间为K1～K32 767。

（2）停电保持加计数器：C100～C199（100点）；设定区间为K1～K32 767。

停电保持计数器的特点是在外界停电后能保持当前计数值不变，恢复来电时能累计数。

从图5－20中可看出16位通用加计数器的计数原理：当复位信号X000断开时，计数信号X001每接通一次（上升沿到来），加计数器的当前值加1，当前值达到设定值时，计数器触点运作且不再计数。当复位信号接通时计数器处于复位状态，此时，当前值清0，触点复位，并且不计数。

3）32位加/减计数器、通用计数器的自复位电路

（1）32位加/减计数器。

FX系列的低速计数器除了前面已讲解的16位计数器外，还有32位通用加/减双向计数器（地址编号C200～C219，共20点）及32位停电保持加/减双向计数器（地址编号C220～C234，共15点），设定值为－2 147 483 648～2 147 483 647。

图5－20　通用型16位加计数器计数过程

加/减计数器的设定值可正可负，计数过程中当前值可加可减，分别用特殊辅助继电器M8200～M8234指定计数方向，对应的特殊辅助继电器M断开时为加计数，接通时为减计数。如图5－21，用X001通过M8200控制双向计数器C200的计数方向。当X001＝1时，M8200＝1，计数器C200处于减计数状态；当X001＝0时，M8200＝0，计数器C200处于加计数状态。无论是加计数状态还是减计数状态，当前值大于等于设定值时，计数器输出触点动作；当前值小于设定值时，计数器输出触点复位。

需要注意的是，只要双向计数器不处于复位状态，无论当前值是否达到设定值，其当前值始终随计数信号的变化而变化，如图5－21所示。

图5－21　32位加/减计数器计数原理图

与通用计数器一样，当复位信号到来时，双向计数器就处于复位状态。此时，当前值清0，触点复位，并且不计数。

进/出库物品的统计监控程序设计：仓库的货物每天既有进库的，也有出库的，为了实现对进出仓库的货物都能计数统计，可以对图5－21的程序做一些修改，修改后的程序如图5－22所示。当货物需要出库时将X002合上，接通M8200和M8201，使C200、C201处于减计数方式。货物进库时将X002断开，使C200、C201处于加计数方式。无论处于何种方式，其当前值始终随计数信号的变化而变化，准确反映了库存货物的数量。

（2）通用计数器的自复位电路——主要用于循环计数。

如图5－23的程序，C000对计数脉冲X004进行计数，计到第3次的时候，C000的常开触点动作使Y000接通。而在CPU的第二轮扫描中，由于C000的另一常开触点也动作使其线圈复位，后面的常开触点也跟着复位，因此在第二个扫描周期中Y000又断开。在第三个扫描周期中，由于C000常开触点复位解除了线圈的复位状态，因此使C000又处于计数状态，重新开始下一轮计数。

图5－22　进/出库物品的统计监控程序

图5－23　通用计数器的自复位电路

（a）梯形图；（b）波形图

与定时器自复位电路一样，计数器的自复位电路也要分析前后3个扫描周期，才能真正理解它的自复位工作过程。计数器的自复位电路主要用于循环计数。定时器计数器的自复位电路在实际中应用非常广泛，要深刻理解才能熟练应用。

时钟电路程序设计：如图5－24为时钟电路程序。采用特殊辅助继电器M8013作为秒脉冲并送入C000进行计数。C000每计60次（1 min）向C001发出一个计数信号，C001计60次（1 h）向C002发出一个计数信号。C000、C001分别计60次（00～59），C002计24次（00～23）。

图5－24　时钟电路程序

8.状态元件S

在FX系列PLC中每一个状态或者步用一个状态元件表示。S000为初始步，也称为准备步，表示初始准备是否到位；其他为工作步。

状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程序控制器的软元件之一。FX2N共有1 000个状态元件，其元件类别、元件编号、数量、用途及特点见表5－5。

表5－5　FX2N的状态元件

注：①状态的编号必须在指定范围内选择。
②各状态元件的触点在PLC内部可自由使用，次数不限。
③在不用步进顺控指令时，状态元件可作为辅助继电器在程序中使用。
④通过参数设置，可改变一般状态元件和掉电保持状态元件的地址分配。

9.数据寄存器D

用来存储PLC仅需输入/输出处理、模拟量控制、位置量控制时的数据和参数。数据寄存器为16位，最高位是符号位。可采用两个寄存器合并起来存放32位数据，最高位为符号位。

1）通用数据寄存器：D000～D199

通用数据寄存器在PLC由RUN（运行）到STOP（停止）时，其数据全部清0。

如果将特殊继电器M8033置1，则PLC由RUN到STOP时，数据可以保持。

2）断电保持数据寄存器：D200～D511

断电保持数据寄存器只要不被改写，原有数据就不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，都不会改变寄存器的内容。