深入了解1.7.2版本的内部继电器机制

FP-X提供的继电器有输入继电器X、输出继电器Y、内部继电器R（分为通用和专用两种）、定时器T、计数器C、数据寄存器DT（分为通用和专用两种）和索引寄存器IX/IY等，这些都属于“软继电器”。这些编程用的继电器的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题，触点没有数量限制，没有机械磨损和电蚀等问题。在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。

1.输入继电器

输入继电器（X）是PLC接受外部开关量输入信号的窗口。PLC将外部输入信号的状态读入并存储在对应的输入映像寄存器中，即输入继电器中。外部输入回路接通时，对应的映像寄存器为ON（“1”状态），表示该输入继电器的常开触点闭合，常闭触点断开。输入继电器的状态只取决于外部输入信号，不能由用户通过程序来控制。因此，在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。

PLC内部与输入端子连接的输入继电器是用光耦合器隔离的电子继电器，编号与接线端子编号一致，如图1-4所示。每一个输入继电器都有一个“等效线圈”和无数个常开/常闭触点。线圈的吸合或释放只取决于PLC外部所连接的开关信号的状态，而不能通过程序控制。内部的常开和常闭两种触点供编程时随时使用，使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。

图1-4是直流输入电路和内部电路的示意图。PLC外部的点画线框内是NPN型晶体管集电极开路输出的电子传感器（如接近开关）的示意图。图1-5是交流输入电路的示意图。

图1-4 直流输入电路和内部电路示意图

当图1-4中的外接触点闭合或图中的NPN型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极（24V端子）、内部电路、X0的输入端子和外部的触点或晶体管，从0V端子（即COM端/公共端）流回24V电源的负极，使光耦合器中两个反向并联的发光二极管中的一个发光，光敏晶体管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字1；外接触点断开或NPN型晶体管处于截止的状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏晶体管截止，CPU在输入阶段读入的是数字0。

FP_-X系列PLC各单元都采用十六进制的地址，地址范围是X0～X109F，输入为X0～XF、X10～X1F、X20～X2F等。输入继电器既可单个使用，形式如X1、X35等，也可由16个组成一个字单元使用，形式如WX1、WX5等。

图1-5 交流输入电路

输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的干扰输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为10～20ms（信号上升沿）和20～50ms（信号下降沿），输入电流约为5～10mA。FP-X系列PLC的输入特性见表1-5所示。

表1-5 FP-X系列PLC（C14R/C30R/C60R控制单元）的输入特性①

①以上规格为额定输入电压DC 24V，使用环境温度为25℃。

2.输出继电器

输出继电器（Y）是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。

PLC的输出继电器是向外部负载输出信号的通道，也是通过光耦合器隔离后接外部负载的。输出继电器的线圈由程序控制，其外部输出主触点接到PLC的输出端子上，供驱动外部负载使用，其余的常开触点/常闭触点供内部程序使用。在程序中，输出继电器的常开触点/常闭触点的使用次数不限，但线圈一般只能用一次。

输出接口电路一般由计算机输出接口和隔离电路、功率放大电路等部分组成。PLC的输出元件有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出，分别如图1-6、图1-7和图1-8所示。前者属接点型输出，后两种是无触点输出。用户可根据执行部件的需要来选择。

图1-6 继电器输出电路

图1-7 晶体管输出电路

图1-8 双向晶闸管输出电路

FP-X系列PLC的输出继电器各单元都是十六进制，地址范围是Y0～Y109F，如Y0～YF、Y10～Y1F、Y20～Y2F等。输出继电器既可以单个使用，形式如Y1、Y27等，也可以由16个组成一个字单元使用，形式如WY0、WY4等。FP-X系列PLC的8级扩展如图1-9所示，其输入/输出继电器地址（元件编号）分配见表1-6和表1-7。在编程时一定要注意相应的输入/输出继电器的地址分配，正确地使用编程元件。继电器输出型、晶体管输出型和双向晶闸管输出型的PLC相应的输出特性分别见表1-8、表1-9和表1-10。

表1-6 FP-X系列PLC的输入/输出继电器地址（元件编号）分配

图1-9 FP-X系列PLC的8级扩展

表1-7 FP-X系列PLC的I/O继电器分配

表1-8 继电器输出型FP-X系列PLC的输出特性

表1-9 晶体管输出型FP-X系列PLC的输出特性

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表1-10 双向晶闸管输出型PLC的输出特性（仅指E8双向晶闸管输出）

3.内部继电器

PLC中有很多的内部继电器（R），其线圈与输出继电器一样，由PLC中各种软元件的触点来驱动。内部继电器也称为中间继电器，没有向外的任何联系，只供内部编程使用。其电子常开触点/常闭触点的使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。FP-X系列PLC中的内部继电器分为通用内部继电器和特殊内部继电器两类。

（1）通用内部继电器

FP-X系列PLC中提供了很多通用内部继电器，地址按十六进制编号，地址编号范围是R0～R255F，字地址范围是WR0～WR255。这类继电器的触点和线圈在程序中都可使用，但线圈只能用一次，对应的常开触点和常闭触点可以无限制地重复使用。通用内部继电器既可单个使用（形式如R9、R3B等），也可以由16个组成一个字单元使用（形式如WR3、WR14等）。

PLC中的各种存储单元根据存储特性分为两种类型：一种是保持型的，即保存在关断电源之前或从运行模式切换到编程模式之前的状态值，在系统重新启动时恢复运行；另一种是非保持型的，即在从运行模式切换到编程模式或关断电源后即被复位。

对于FP-X系列PLC，系统寄存器保持型或非保持型的设定（NO.5～NO.8，NO.10，NO.12，NO.14）。通过系统寄存器NO.5中的设定值指定计数器的起始编号，对定时器/计数器的数量进行设定。

（2）特殊内部继电器

特殊内部继电器也叫专用内部继电器，每一个都有专门的用途，见表1-11。这类继电器只能单个使用，且只能使用触点，不能使用线圈，地址范围是R9000～903F，共64个。

表1-11 特殊内部继电器一览表

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4.定时器

PLC内的定时器（T）根据时钟脉冲累积计时，当所计时间达到设定值时，对应的触点动作，时钟脉冲有10ms（TMR）、100ms（TMX）和1s（TMY）3种。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（DT）或其他字单元的内容作为设定值。在默认设置下，FP-X系列地址范围是T0～T99，设定值范围是K1～K32767，K表示十进制数。

每个定时器只有一个输入，有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器SV，另一个是经过值（当前值）寄存器EV，编号与对应的定时器一致，如SV3是定时器T3的设定值寄存器，EV7是定时器T7的当前值寄存器。编程时，设定值由用户确定。与常规定时器一样，线圈通电时，定时器的当前值开始减计数计时，在当前值计到0时，相应的常开触点/常闭触点动作，触点常开的闭合，触点常闭的断开。线圈断电时自动复位，所有的触点释放，不保存中间数值，当前值又变为设定值。需要注意的是，PLC中的定时器没有常规的时间继电器一样的瞬动触点。

5.计数器

FP-X中的计数器（C）是16位减法计数器，有两个输入，一个用于计数，一个用于复位。每个计数器也有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器SV，另一个是经过值（当前值）寄存器EV，编号与对应的计数器一致。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，在当前值减到0时停止计数，同时触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。当复位控制信号的上升沿到来时，计数器复位，触点断开，设定值又写入当前值存储单元，重新进入计数状态。

在系统寄存器5与6的设定值相同时，定时器为非保持型而计数器为保持型，如果在计数过程中系统断电，计数器的当前值能自动保存下来，系统上电运行时计数器接着断电时的当前值继续计数，定时器则被复位。

6.数据寄存器

FP-X中的数据寄存器（DT）不能使用线圈或触点，而是以字存储单元的形式使用，用于存放各种数据。FP-X中每一个数据寄存器都是一个字存储单元，都是16位（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32位数据（最高位为正、负符号位）。数据寄存器分为通用和专用两种。

（1）通用数据寄存器

通用数据寄存器用于存放各种数据，只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。默认状态下各个单元的数据均为0。14点和16点的FP1主机有256个单元，地址范围是DT0～DT255；24点和40点的FP1主机有1660个单元，地址范围是DT0～DT1659；56点和72点的主机有6144个单元，地址范围是DT0～DT6143。

对于FP-X系列PLC，系统寄存器6用于设定数据寄存器作为保持型或非保持型。如果在系统寄存器6中用一个数字指定了保持型继电器的起点，则在该点之前的继电器将为非保持型，余下的继电器为保持型，即系统寄存器6中的设定值是保持型数据寄存器的起始编号。

（2）专用数据寄存器

专用数据寄存器也叫特殊数据寄存器，与特殊内部继电器类似，每一个都有专门的用途，见表1-12。这类存储单元只能以字的形式使用，地址范围是DT90000～DT90169。

FP-X在采用主机加扩展的方式使用时，扩展模块的输入/输出继电器的地址分配有一定的规律，在编程使用时需要特别注意。另外还有些寄存器是作为系统设置用的，称为系统寄存器，这些寄存器的设置通过编程器或编程软件来修改，可参阅FP-X系列PLC的编程手册。

上面对FP-X的继电器资源作了简要的介绍，具体的应用在后续章节中再结合指令详细讨论。实际上，对于任意一种PLC，不论是为了学习还是实际使用，熟练掌握其所提供的继电器的种类、数量和各自的特性都非常重要，因为这是学习和使用PLC的重要基础，是学习指令系统的前提条件。

表1-12 部分特殊数据寄存器功能表

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