三菱FX系列PLC编程元件介绍

各种不同型号和档次的PLC具有不同数量和功能的内部资源，但构成PLC基本特征的内部逻辑编程软元件是类似的。

PLC是按照电气继电器控制电路的设计思想，借助于大规模集成电路和计算机技术开发的一种新型工业控制器。使用者可以不必考虑PC内部元器件的具体组成电路，可以将PC看成是由各种功能元器件组成的工业控制器，利用编程语言对这些元器件线圈、触点进行编程以达到控制要求，为此使用者必须熟悉和掌握这些元器件的功能、编号及其使用方法。每种元器件都用特定的字母来表示，如X表示输入继电器、Y表示输出继电器、M表示辅助继电器、T表示定时器、C表示计数器、S表示状态元件等，并对这些元器件给予规定的编号。现以FX2N系列小型PLC为例，介绍PLC的内部资源。

1.FX2N编程元件的分类及编号

FX2N系列PLC具有数十种编程元件，FX2N系列PLC编程元件的编号分为两部分，第一部分是代表功能的字母，如输入继电器用X表示，输出继电器用Y表示；第二部分为数字，为该类器件的序号，FX2N系列PLC中输入继电器和输出继电器的序号为八进制（它们的地址不是输入／输出点的数量），其余器件的序号为十进制。

2.输入继电器（X）

FX2N系列可编程序控制器采用八进制地址编号，输入继电器编号范围可以为X0～X267（共184点，包含可扩展单元、扩展模块后的点数）。

输入继电器与输入端相连，它是专门用来接受PLC外部开关信号的元件。PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为1，断开时为0）读入并存储在输入映像寄存器中。图2-36所示为输入继电器X1的等效电路。

图2-36 输入继电器X1的等效电路

说明：

1）输入继电器以八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可有184点输入继电器（X0～X267）。基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。例如，基本单元FX2N－64M的输入继电器编号为X000～X037（32点），如果接有扩展单元或扩展模块，则扩展的输入继电器从X040开始编号。

2）输入继电器必须由外部信号输入驱动，如开关、传感器等输入信号，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现其线圈。

3）可以有无数的常开触点和常闭触点，由于输入继电器（X）为输入映像寄存器中的状态，所以其触点的使用次数不限。

4）输入信号（ON、OFF）至少要维持一个扫描周期。

PLC的输入端是其内部输入继电器（X）从机外接受控制信号的端口，输入端与输入继电器之间是经过光电隔离的，每个输入端对应一个输入继电器。从使用上说，输入继电器的线圈只能由机外信号驱动，在反映机内器件逻辑关系的梯形图中并不出现。梯形图中常见的是输入继电器的常开、常闭触点。

3.输出继电器（Y）

输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备），输出继电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。图2-37所示为输出继电器Y0的等效电路。

图2-37 输出继电器Y0的等效电路

说明：

1）输出继电器以八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可有184点输出继电器（Y0～Y267）。与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。

2）输出继电器只能程序驱动，不能外部驱动。

3）输出模块的硬件继电器只有一个外部输出的常开触点，梯形图中输出继电器的常开触点和常闭触点可以多次使用。

PLC的输出端是输出继电器（Y）向机外负载输出信号的端口，输出继电器的触点分外部输出触点和内部触点两种。外部输出触点（继电器触点、晶闸管、晶体管等输出器件）接到PLC的输出端子上，且只有常开触点；内部触点和输入继电器触点一样，其常开、常闭触点可重复使用无数次。输出继电器和输出端子是一一对应的，它是PLC中惟一具有外部触点且能够驱动负载的继电器。

4.辅助继电器（M）

辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。

PLC内部有很多辅助继电器，辅助继电器与输出继电器一样只能用程序指令驱动，外部信号无法驱动它的常开、常闭触点，在PLC内部编程时可以无限次地自由使用。但是这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载必须由输出继电器的外部触点来驱动。辅助继电器是用软件实现，是一种内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器。

在逻辑运算中经常需要一些中间继电器作为辅助运算用，这些器件往往用作状态暂存、移位等运算。辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入／输出继电器才用八进制数）。另外，辅助继电器还具有一些特殊功能。下面是几种常见的辅助继电器。

（1）通用辅助继电器M0～M499（500点）

通用辅助继电器按十进制地址编号（在FX型PLC中除了输入／输出继电器外，其他所有器件都是十进制编号）。通用辅助继电器和输出继电器一样，在PLC运行时，如果电源突然断电，全部线圈的状态均变为OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。根据需要可通过程序设定，将M0～M499变为断电保持辅助继电器。

（2）断电保持辅助继电器M500～M3071（2572点）

FX2N系列有M500～M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用PLC中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中，M500～M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。

PLC在运行时若发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成为断开状态。上电后，除了PLC运行时被外部输入信号接通的以外，其他仍断开。不少控制系统要求保持断电瞬间状态。断电保持辅助继电器就是用于此场合的，断电保持是由PLC内装锂电池支持的。在PLC电源断开后，保持用辅助继电器具有保持断电前瞬间状态的功能，并在恢复供电后继续断电前的状态。

下面通过小车往复运动控制来说明断电保持辅助继电器的应用，如图2-38所示。

小车的正反向运动中，用M600、M601控制输出继电器驱动小车运动。X1、X0为限位输入信号。运行的过程是X0＝ON→M600＝ON→Y0＝ON→小车右行→停电→小车中途停止→上电（M600＝ON→Y0＝ON）再右行→X1＝ON→M600＝OFF、M601＝ON→Y1＝ON（左行）。可见由于M600和M601具有断电保持，所以在小车中途因停电停止后，一旦电源恢复，M600或M601仍记忆原来的状态，将由它们控制相应输出继电器，小车继续原方向运动。若不用断电保护辅助继电器，当小车中途断电后，再次得电，小车也不能运动。

（3）特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）

PLC内还有256个特殊辅助继电器，这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能。通常可分成触点型和线圈型两大类。

1）触点型。只能利用其触点的特殊辅助继电器。其线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：

①运行监视继电器：

M8000为运行监控用，PLC运行时M8000接通，如图2-39所示。

M8000——当PLC处于RUN时，其线圈一直得电；

M8001——当PLC处于STOP时，其线圈一直得电。

②初始化继电器：

M8002为仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器，如图2-40所示。

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。

用于对计数器、移位寄存器、状态寄存器等进行初始化。

③出错指示继电器：

M8004——当PLC有错误时，其线圈得电；

M8005——当PLC锂电池电压下降至规定值时，其线圈得电。

图2-38 断电保持辅助继电器的应用

图2-39 运行监视继电器

图2-40 初始化继电器

④时钟继电器：M8011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器，如图2-41所示。

图2-41 时钟继电器

M8011——产生周期为10ms脉冲；

M8012——产生周期为100ms脉冲；

M8013——产生周期为1s脉冲；

M8014——产生周期为1min脉冲。

M8000、M8002、M8012的波形图如图2-42所示。

⑤标志继电器：

M8020——零标志，当运算结果为0时，其线圈得电；

M8021——借位标志，减法运算的结果为负的最大值以下时，其线圈得电；

M8022——进位标志，加法运算或移位操作的结果发生进位时，其线圈得电。

2）可驱动线圈型特殊辅助继电器。用户程序驱动线圈后PLC执行特定的动作。例如：

M8030——为锂电池电压指示灯特殊辅助继电器，当锂电池电压跌落时，M8030动作，指示灯亮，提醒PLC维修人员赶快调换锂电池。

M8033——若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。

图2-42 M8000、M8002、M8012波形图

M8034——若使其线圈得电，则禁止全部输出特殊辅助继电器。

M8039——若使其线圈得电，为定时扫描特殊辅助继电器，PLC按D8039中指定的扫描时间工作。

需要说明的是，未定义的特殊辅助继电器可在用户程序中使用。辅助继电器的常开、常闭触点在PLC内可无限次地使用。

5.状态继电器（S）

状态继电器（S）是构成状态转移图的重要器件，用来记录系统运行中的状态，是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令STL配合应用。

（1）状态继电器软件有下面五种类型

1）初始状态继电器S0～S9，共10点；

2）回零状态继电器S10～S19，共10点；

3）通用状态继电器S20～S499，共480点；

4）保持状态继电器S500～S899，共400点；

5）报警用状态继电器S900～S999，共100点。这100个状态继电器可用作外部故障诊断输出。

如图2-43所示，我们用机械手动作简单介绍状态继电器（S）的作用。当起动信号X0有效时，机械手下降，到下降限位X1开始夹紧工件，夹紧到位信号X2为ON时，机械手上升到上限X3则停止。整个过程可分为三步，每一步都用一个状态继电器S20、S21、S22记录。每个状态器都有各自的置位和复位信号（如S21由X1置位，X2复位），并有各自要做的操作（驱动Y0、Y1、Y2）。从起动开始由上至下随着状态动作的转移，下一状态动作，则上面状态自动返回原状。

（2）使用状态继电器时应注意

1）状态继电器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；

2）状态继电器不与步进顺控指令STL配合使用时，可作为辅助继电器（M）使用；

3）FX2N系列PLC可通过程序设定将S0～S499设置为有断电保持功能的状态继电器。

S0～S499没有断电保持功能，但是用程序可以将它们设定为有断点保持功能的状态。状态继电器的常开、常闭触点在PLC内可以使用，且使用次数不限。不用步进顺控指令时，状态继电器（S）可以作辅助继电器（M）在程序中使用。此外，每一个状态继电器还提供一个步进触点，称为STL触点，用符号—［］—表示，在步进控制的梯形图中使用。不使用步进指令时，状态继电器也可当作辅助继电器使用。

6.定时器（T）

PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开、常闭延时触点供编程使用。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长）、一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映像寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。

FX2N系列中定时器可分为通用定时器、积算定时器两种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数K或数据寄存器（D）的内容来设置。(www.xing528.com)

定时器组成：初值寄存器（16位）、当前值寄存器（16位）、输出状态的映像寄存器（1位）。定时器元件号按十进制编号，设定时间由编程时设定系数K决定。

图2-43 状态继电器 （S）的作用

（1）通用定时器

通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。

1）100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7s。

2）10ms通用定时器（T200～T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67s。

（2）积算定时器

积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。

1）1ms积算定时器（T246～T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.001～32.767s。

2）100ms积算定时器（T250～T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.1～3276.7s。

除此之外，还有积算型定时器等。当定时器线圈得电时，定时器对相应的时钟脉冲（100ms、10ms、1ms）从0开始计数，当计数值等于设定值时，定时器的触点接通。若定时器线圈中途断电，则定时器的计数值复位，如图2-44所示。

图2-44 定时器计数

复位指令：如RST T250

积算定时器输入断开或发生断电时，当前值保持，只有复位接通时，计数器和触点复位，如图2-45所示。

7.计数器（C）

计数器主要用来记录脉冲的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。计数器元件号按十进制编号，计数器计数次数由编程时设定的系数K决定。它可提供无限对常开触点、常闭触点供编程使用。C0～C99为通用加计数器，计数范围为1～32767。C100～C199为停电保持加计数器，计数范围为1～32767。除此之外，还有可逆、加、减计数器等。计数器根据PLC的字长度分为16位和32位计数器；按计数信号频率的不同分为通用计数器和高速计数器。由于计数器具有加减计数功能，所以又分为递加和递减计数器。

16位加计数器是在执行扫描操作时对内部器件（X、Y、S、M、C等）的信号进行加计数的计数器，因此其接通时间和断开时间应比PLC扫描的周期稍长，通常其输入信号频率大约为几个扫描周期。

计数器从0开始计数，计数端每来一个脉冲计数值加1，当计数值与设定值相等时，计数器触点动作，如图2-46所示。RST端一接通，计数器立即复位。

图2-45 积算定时器

图2-46 计数器计数

（1）普通计数器（计数范围：1～32767）

16位加计数器。其设定值为1～32767，地址为C0～C199，其中C0～C99是普通型的，C100～C199是失电保护型的。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为1～32767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。

16位通用加法计数器：C0～C99（16位增计数器）；16位掉电保持计数器：C100～C199（16位增计数器）。

（2）双向计数器（计数范围：－2147483648～2147483647）

32位通用双向计数器：C200～C219，共20个；32位掉电保持计数器：C220～C234，共15个。

计数器的加减功能由内部辅助继电器M8200～M8234设定，特殊辅助继电器闭合（置1）时为递减计数，断开时为递加计数。两相输入计数器的两相输入是A和B信号，它们决定于计数器是加计数器还是减计数器。

1）设定值可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容。间接设定时，要用编号紧连在一起的两个数据寄存器。

2）C200～C234计数器的计数方向（加／减计数）由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。当M82XX接通（置1）时，对应的计数器C2XX为减法计数；当M82XX断开（置0）时为加法计数。

（3）高速计数器C235～C255（32位增／减计数器）

高速计数器与内部计数器相比除允许输入频率高之外，应用也更为灵活，高速计数器均有断电保持功能，通过参数设定也可变成非断电保持。FX2N有C235～C255共21点高速计数器。适合用来作为高速计数器输入的PLC输入端口有X0～X7。X0～X7不能重复使用，即某一个输入端已被某个高速计数器占用，他就不能再用于其他高速计数器，也不能用做它用。

高速计数器可分为三类：

1）单相单计数输入高速计数器（C235～C245）。其触点动作与32位增／减计数器相同，可进行增或减计数（取决于M8235～M8245的状态）。

图2-47a所示为无起动／复位端单相单计数输入高速计数器的应用。当X10断开，M8235为OFF，此时C235为增计数方式（反之为减计数）。由X12选中C235，输入信号来自于X12，C235对X12信号增计数，当前值达到1234时，C235常开触点接通，Y0得电。X11为复位信号，当X11接通时，C235复位。

图2-47b所示为带起动／复位端单相单计数输入高速计数器的应用。X11和X12分别为复位输入端和起动输入端。利用X10通过M8244可设定其增／减计数方式。当X11为接通，且X12也接通时，则开始计数，计数的输入信号来自于X12，C244的设定值由D0和D1指定。除了可用X11立即复位外，也可用梯形图中的X10复位。

图2-47 单相单计数输入高速计数器的应用

a）无起动／复位端 b）带起动／复位端

2）单相双计数输入高速计数器（C246～C250）。这类高速计数器具有两个输入端，一个为增计数输入端，另一个为减计数输入端。利用M8246～M8250的ON／OFF动作可监控C246～C250的增记数／减计数动作。

图2-48 单相双计数输入高速计数器

如图2-48所示，X10为复位信号，其有效（ON）则C248复位，当X11接通时，选中C248，输入来自X11。

3）双相高速计数器（C251～C255）。A相和B相信号决定计数器是增计数还是减计数。当A相为ON时，B相由OFF到ON，则为增计数；当A相为ON时，若B相由ON到OFF，则为减计数，如图2-49a所示。

如图2-49b所示，当X12接通时，C251计数开始，其输入来自X12（A相）和X12（B相）。只有当计数使当前值超过设定值，则Y2为ON。如果X11接通，则计数器复位。根据不同的计数方向，Y3为ON（增计数）或OFF（减计数），即用M8251～M8255，可监视C251～C255的加／减计数状态。

机械转轴上安装的光电编码器在电动机正转或反转时分别输出如下波形。双相输入型高速计数器可根据A、B相波形的相对相位自动进行增／减计数，如图2-50所示，即可测得转轴的转向和转数。

图2-49 双相高速计数器

a）时序图 b）梯形图

图2-50 A、B相正反转波形

a）正转时的增计数 b）反转时的减计数

计数方式：在A相接通时，若B相由断到通，则计数器做增计数；在A相接通时，若B相由通到断，则计数器做减计数。

如图2-51所示，当X12＝1时，C254进行增（减）计数；当X11接通时，C254复位。

注意：高速计数器的计数频率较高，它们的输入信号的频率受两方面的限制。一是全部高速计数器的处理时间。因它们采用中断方式，所以计数器用的越少，则可计数频率就越高。二是输入端的响应速度，如其中X0、X2、X3最高频率为10kHz，X1、X4、X5最高频率为7kHz。

图2-51 A、B相波形的相对相位自动进行增／减计数

8.数据寄存器（D）

用来存储PLC进行输入／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。可采用两个数据寄存器合并起来存放32位数据，最高位仍为符号位。

（1）通用数据寄存器：D0～D199

通用数据寄存器在PLC由RUN到STOP时，其数据全部清零。

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。

D200～D511（共312点）有断电保持功能，可以利用外部设备的参数设定改变通用数据寄存器与有断电保持功能数据寄存器的分配。这类数据寄存器只要不改写，其数据不会丢失，无论电源接通与否或PLC运行与否都不会改变寄存器的内容，但可用指令清除它们的内容。请注意，用PLC外围设备的参数设定，可以改变D200～D511的掉电保持性，而专用型掉电保持数据寄存器改为一般用途时，可在程序起步时采用后述的RST或ZRST指令，进行清零。可以清楚地看出，新型FX2N系列PLC比以前FX2系列PLC数据寄存器大大增加。

（3）文件寄存器：D1000～D7999

根据参数设定可以将D1000以上作为文件寄存器。文件寄存器实际上是存放大量数据的专用数据寄存器，用以生成用户数据区，如存放采集数据、统计计算数据、多组控制参数（如多种原料配方）等。文件寄存器占用用户程序存储器（RAM、EPROM、EEPROM）内的某一存储区间，以500点为一单位，有时把500点称为块。也就是说，通过参数设定，可以把D1000～D7999指定为1～14个块（一个块相当于500个文件寄存器）。D1000～D7999一部分设定为文件寄存器时，剩余部分仍为掉电保持型数据寄存器使用。

（4）特殊数据寄存器：D8000～D8255

共256点。特殊数据寄存器的作用是监控PLC的运行状态，如扫描时间、电池电压等。

当PLC运行中，可用后续的BMOV指令将文件寄存器的数据读到通用数据寄存器中，但不能用指令将数据写入文件寄存器。

（5）变址寄存器：V、Z

变址寄存器是一种特殊用途的数据寄存器，相当于微机中的变址寄存器，用于改变元件的编号（变址），通常用于修改器件的地址编号。例如V0＝5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D20＋5）。V和Z都是16位的寄存器，可以像其他数据寄存器一样进行读写，需要进行32位操作时，可将V、Z串联使用（Z为低位，V为高位）。

9.常数（K、H）

K是表示十进制整数的符号，主要用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值；H是表示十六进制数，主要用来表示应用功能指令的操作数值。十进制常数用K表示，如常数123表示为K123。十六进制常数则用H表示，如常数345表示为H159。PLC中的数据，全部是以二进制表示的，最高位是符号位，0表示正数，1表示负数，但一般的编程器往往只能检测到十进制数或十六进制数。

10.指针（P、I）

在FX系列中，P标号表示子程序跳转和调用，I标号表示中断服务程序的入口地址，分为分支用指针、输入中断指针、定时中断指针和记数中断指针。

（1）分支用指针（P0～P127）

FX2N有P0～P127共128点分支用指针，其中P63用于结束跳转。分支指针用来指示跳转指令（CJ）的跳转目标或子程序调用指令（CALL）调用子程序的入口地址。

跳转指令中使用格式为：CJP0～CJP127

子程序调用中使用格式为：CALL P0～CALL P127

如图2-52所示，当X1常开触点接通时，执行跳转指令CJP0，PLC跳到标号为P0处之后的程序去执行。

（2）END跳转用指针

它用来指定END跳转的特殊字殊。P63为END跳转指令的指针标号，它未变成编程标号时，表明程序会发生错误。

（3）中断用指针

输入用中断指针（I00□～I50□）共6点，它是用来指示由特定输入端的输入信号而产生中断的中断服务程序的入口位置，这类中断不受PLC扫描周期的影响，可以及时处理外界信息。输入号（0～5），对应输入X0～X5且每个只能用一次。

例如，I101为当输入X1从OFF→ON变化时，执行以I101为标号后面的中断程序，并根据IRET指令返回。

图2-52 分支用指针

定时器中断用指针（I6□□～I8□□）共3点，是用来指示周期定时中断的中断服务程序的入口位置，这类中断的作用是PLC以指定的周期定时执行中断服务程序，定时循环处理某些任务。处理的时间也不受PLC扫描周期的限制。表示定时范围，可在10～99ms中选取。

计数器中断用指针（I010～I060）共6点，它们用在PLC内置的高速计数器中。根据高速计数器的计数当前值与计数设定值的关系确定是否执行中断服务程序。它常用于利用高速计数器优先处理计数结果的场合。