FX2系列PLC编程元件详解

PLC内部有许多具有不同功能的器件，用于实现数据的传输、运算、处理和存储。为了把这些元件（如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器、状态寄存器、数据寄存器、变址寄存器等）与通常的物理器件区分开，将这些编程元件称为软器件，或者称为“软继电器”。每一个“软继电器”（元件）都有一个线圈和无数个“常开接点”和“常闭接点”供用户编程时使用。在实际使用时，按元件的功能给同一类元件进行了命名，如X表示输入继电器，T表示定时器等，而且每一个元件都有一个地址号。

（一）输入继电器（X0～X177）

输入继电器与PLC的输入端子相连，是PLC接收外部开关信号的接口。与输入端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开接点、常闭接点与传统的物理继电器表示方法一样，如图2-2左侧所示。这些常开接点、常闭接点在PLC内自由使用，且使用次数不限。FX2型PLC的输入继电器采用八进制地址编号，最多可达128点。

输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动。

图2-2　输入、输出继电器示意图

（二）输出继电器（Y0～Y177）

输出继电器的外部输出接点连接到PLC的输出端子上，是PLC用来传送信号到外部负载的元件，如图2-2右侧所示。每一个输出继电器只有一个外部输出的常开接点，而内部的软接点，无论常开还是常闭，都可以无限次的自由使用。输出继电器的地址编号也采用八进制，即Y0～Y177，最多可达128点。

扩展单元和扩展模块的输入/输出元件号接着其紧靠的单元开始按八进制编号。

输入、输出虽然各自最多可达128点，但总的点数不能超过128点。

（三）辅助继电器（M）

PLC内部由很多辅助继电器，作为中间继电器用于状态暂存、移位等运算，其常开、常闭接点可以无限次的使用。但是，这些接点不能直接驱动外部负载，外部负载只能由输出继电器的外部接点驱动。

辅助继电器的地址编号用十进制表示（除了输入、输出继电器外，其它所有软元件均按十进制编号）。

（1）通用辅助继电器M0～M499（500点）。

系统上电后，其线圈处于OFF状态，即常开接点断开，常闭接点闭合。

（2）断电保持辅助继电器M500～M1023（524点）。

若PLC在运行中发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成为OFF状态，上电后，这些继电器不能再现停电时的状态。但是，一些控制系统要求保持断电时的状态，并在再次上电时再现出来。断电保持辅助继电器就是用于这样的场合，断电保持是由PLC的内装锂电池支持的。

（3）特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）。

PLC内部有许多特殊辅助继电器，各自具有特定的功能，可以分为以下两类。

1）只能使用其接点的特殊辅助继电器，其线圈由PLC自动驱动，用户只可以使用其接点。例如：

M8000为运行监控用，PLC运行时接通。

M8002为初始脉冲，只在PLC开始运行时瞬间接通。

M8012为100ms脉冲，每100ms产生一脉冲。

2）可驱动线圈型特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC作特定动作。例如：

M8030为BATTLED（锂电池欠压指示灯），当锂电池电压跌落时，M8030动作，指示灯亮，表示应该更换锂电池了。

M8033为PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。

M8034为禁止全部输出特殊辅助继电器。

M8039为定时扫描特殊辅助继电器。

注：未定义的特殊辅助继电器不可在程序中使用。

FX2系列的特殊软元件见附录。

（四）状态元件（S）

状态元件S是步进顺控程序中的重要软元件，与步进顺控指令STL组合使用。S元件有以下5种类型。

（1）初始状态S0～S9（10点）。

（2）回零S10～S19（10点）。

（3）通用S20～S499（480点）。

（4）保持S500～S899（400点）。

（5）报警S900～S999（100点），可用于外部故障诊断输出。

状态元件的常开、常闭接点在PLC中可以自由使用，且使用次数不限。不需步进顺控时，状态元件S可以作为辅助继电器在程序中使用。

（五）定时器（T）

定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字长，16位），一个当前值寄存器（一个字长）以及无数个接点（1位）。对于每一个定时器，其寄存器和接点使用同一地址编号名称，但使用场合不一样，其所指也不同。通常在一个PLC中有几十至数百个定时器，可以用于定时操作。

1.定时器的动作及地址编号

在PLC内定时器是根据内部时钟脉冲累计计时的，时钟脉冲有1、10、100ms三档，当所计的时间到达设定值时，其输出接点动作。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可将数据寄存器D的内容作为设定值。所使用的数据寄存器D应有断电保持功能。定时器的地址编号及其设定值和动作如下。

（1）常规定时器T0～T199（200点），时钟脉冲为100ms，设定值为1～32767（下同），定时时间为0.1～3276.7s。

（2）常规定时器T200～T245（46点），时钟脉冲为10ms，定时时间为0.01～327.67s。

图2-3是常规定时器的工作原理图，当驱动输入X0接通时，定时器T200的当前值计数器对10ms时钟脉冲进行累计计数，当此计数值与设定值K123（即十进制数123）相等时，定时器动作，其常开接点接通，即输出接点是在线圈被驱动后的123×0.01s=1.23s时动作。当驱动输入X0断开或发生停电时，计数器及输出接点复位。

注：在子程序或中断程序中，若使用T192～T199，则在执行END指令时计时值会变动。当达到设定值后在执行线圈指令或END指令时，输出接点接通。其它定时器在子程序中不能正确定时。

（3）积算定时器T246～T249（4点），时钟脉冲为1ms，定时时间为0.001～32.767s。

（4）积算定时器T250～T255（6点），时钟脉冲为100ms，定时时间为0.1～3276.7s。

图2-4是积算定时器的工作原理图，它与常规定时器的不同之处是，在计数中途若驱动输入X1断开或断电，当前值可保持。当X1再次接通或恢复供电时，计数继续进行，当累计时间为345×0.1s=34.5s时，输出接点动作。

当复位输入X2接通时，计数器及输出接点复位。

上述两类定时器的详细动作如图2-5所示。

2.接点的动作时序与定时精度

定时器在其线圈被驱动后开始计时，到达设定值后，在执行第一个线圈指令时，其输出接点动作，动作时序如图2-6所示。因此，从驱动定时器线圈到其接点动作，其计时精度时间为t=T+T0-a，其中T为定时设定时间（s），T0为扫描周期（s），a为定时器的时钟周期（1、10、100ms的定时器分别对应为0.001、0.01、0.1s）。

图2-3　常规定时器工作原理

图2-4　积算定时器工作原理

图2-5　常规定时器、积算定时器的动作时序

（a）非积算定时器；（b）积算定时器

图2-6　接点动作时序示意图

如果编程时定时器接点指令写在线圈指令之前，在最坏的情况下，定时器的输出接点动作误差为+2T0。

当定时器的设定值为零时，在下一扫描周期执行线圈指令时输出接点动作。另外，1ms定时器在执行线圈指令后，以中断方式对1ms时钟脉冲计数。

（六）计数器（C）

1.内部信号计数器

内部信号计数器在执行扫描操作时对内部元件（如X、Y、M、S、T和C）的信号进行计数，其接通时间和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。

（1）16位增计数器，设定值为1～32767，有如下两种类型：

通用：C0～C99（100点）。

断电保持：C100～C199（100点）。

图2-7为增计数器的动作过程。X11是计数输入，X11每接通一次，计数器当前值增1。当计数器的当前值为10，即计数输入达到10次时，计数器C0的输出接点接通（ON）。之后即使X11再接通，计数器的当前值也保持不变。当复位输入X10接通时，执行RST复位指令，使计数器当前值复位为0，输出接点也断开（OFF）。计数器的设定值，除了可由常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器来设定，如指定D50，若D50的内容为123，则与直接设定123等效。

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图2-7　增计数器的动作过程

（2）32位双向计数器，设定值为-2147483648～+2147483647，也有如下两种类型：

通用：C200～C219（20点）。

断电保持：C220～C234（15点）。

双向计数器的计数方向（增计数或减计数）由特殊辅助继电器M8200～M8234设定：当特定的M接通（ON）时，对应的C为减计数器；当M断开（OFF）时，C为增计数器。可以直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为设定值。间接设定时，要使用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。

图2-8为增计数和减计数的动作过程，其中X14作为计数输入，驱动C200线圈进行计数操作。当计数器的当前值由-6—→-5（增加）时，其接点接通（置1）；由-5—→-6（减少）时，其接点断开（置0）。当复位输入X13接通时，计数器的当前值则为0，输出接点也复位。

图2-8　增计数、减计数的动作过程

2.高速计数器

高速计数器共21点，地址编号为C235～C255。但PLC可用于高速计数器输入的输入端子只有6点（X0～X5）。如果这6个输入端的一个已被某个高速计数器占用，它就不能再用于其它高速计数器（或其它用途）。也就是说，由于只有6个高速计数输入端，最多只能有6个高速计数器同时工作。

高速计数器的选择并不是任意的，它取决于所需计数器的类型及高速输入端子。高速计数器的类型如下：

1相无启动/复位端子C235～C240。

1相带启动/复位端子C241～C245。

1相2输入（双向）C246～C250。

2相输入（A-B相型）C251～C255。

上面所列的均为32位增/减高速计数器。表2-11给出了各个高速计数器对应输入端子的名称。

X6、X7也是高速输入，但只能用作启动信号而不能用于高速计数。不同类型的计数器可以同时使用，但它们的输入却不可公用。

高速计数器是按中断原则运行的，因而它独立于扫描周期，选定计数器的线圈应以连续方式驱动，以表示这个计数器及其有关输入连续有效，其它高速处理不能再使用其输入端子。图2-9表示高速计数器的输入，当X20接通时，选中高速计数器C235，由表2-11可知，C235对应的计数器输入端为X0，所以计数脉冲应连接到PLC的输入端X0而不是X20。当X20断开时，线圈C235断开，同时C236接通，选中计数器C236，其计数脉冲输入端为X1。

注意：不要用计数器输入端接点作计数器线圈的驱动接点。

表2-11　高速计数器（X0、X2、X3：最高10kHz；X1、X4、X5：最高7kHz）

注　U——增计数输入；D——减计数输入；A——A相输入；B——B相输入；R——复位输入；S——启动输入。

图2-9　高速计数器输入

图2-10　C235、C245计数器

下面分别对4类高速计数器加以说明。

（1）1相1输入无启动/复位端高速计数器（C235～C240）。

计数方式及接点动作与前述32位普通计数器相同。作为增计数器时，当计数值达到设定值，接点动作并保持；作减计数器时，达到计数值则复位。1相1输入高速计数器的计数方向取决于其对应标志M8×××（×××为对应的计数器地址号），每个计数器各有一个计数输入端。在图2-10（a）中，X10接通，方向标志M8235置位，C235作减计数；反之作增计数。当X12接通，C235被选中，由表2-11知，C235对X0输入的脉冲信号（OFF→ON）计数。当X11接通，C235复位为0，其接点断开。

（2）1相带启动/复位高速计数器（C241～C245）。

其计数方式与C235～C240类似。C241～C245各有一个计数输入和复位输入，C244和C245还另有一个启动输入。在图2-10（b）中，当M8245为ON时，C245作减计数；M8245为OFF时，C245作增计数。当X14接通，C245像普通32位计数器一样复位。另由表2-11知，C245还可以通过外部输入X3复位，通过外部输入端X7启动。X7接通，C245开始计数；X7断开，C245停止计数。当X15选通C245时，对输入端X2的脉冲计数。

需要说明的是，用寄存器D0设置C245，实际上是用了D1和D0，因为计数器是32位。另外，外部启动X7和复位X3会立即得到响应，而不受程序扫描周期的影响。

（3）1相2输入（双向）高速计数器（C246～C250）。

这些计数器有2个输入端，一个增计数，一个减计数。有的还具有复位和启动输入。现以C246为例说明其动作过程，如图2-11所示。X10接通，C246像普通计数器一样复位。查表2-11知，X0和X1分别是C246的增/减计数端。当X11接通时，选中C246，X0、X1的输入才有效，X0由OFF→ON时使C246增1；X1由OFF→ON时使C246减1。

图2-11　C246计数器

图2-12　C250计数器

图2-12是以C250为例说明带复位和启动端的1相2输入高速计数器的动作过程。查表2-11知，X5、X7为C250的复位和启动输入端，因而C250可由外部复位，而不必一定要用RST指令。X13接通时，选通C250，启动输入X7接通时C250开始计数，X7断开时停止计数。增计数输入为X3，减计数输入为X4。计数方向可由对应的M8×××决定（×××表示计数器的地址号），M为ON时表示减计数，为OFF表示增计数。

图2-13　C251、C255计数器

（4）2相输入（A—B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相信号为ON时，B相输入信号由OFF→ON时为增计数，而B相输入信号由ON→OFF时为减计数。图2-13是以C251和C255为例说明此类计数器的计数过程。X11接通时，C251对输入端X0（A相）、X1（B相）的ON/OFF事件计数。选通信号X13接通时，一旦X7接通，C255立即开始计数，计数输入端为X3（A相）和X4（B相）。X5接通时，C255复位。若在程序中编入虚线所示指令，则X12接通时也能使C255复位。

（5）计数频率。

计数器最高计数频率受两个因素限制。一是各个输入端的响应速度，主要是受硬件的影响，各输入端的最高频率见表2-11。二是全部高速计数器的处理时间，这是高速计数器计数频率受限制的主要因素。因为高速计数器采用中断方式，故计数器用的越少，则可计数频率就越高。如果某些计数器用比较低的频率计数，则其它计数器就可用较高的频率计数。同时工作的各个高速计数器的最大信号频率之总和应低于20kHz。

（七）指针（P/I）

1.分支指令用指针P0～P63（64点）

用于指定分支指令（如CJ、CALL等）的跳转目标。编程时编号不能重复使用。

P63表示跳转至END指令步。

2.中断用指针I0□□～I8□□（9点）

例如，I001表示输入X0从OFF→ON时，执行由该指针作为标号后面的中断程序，并由IRET指令返回。

例如，I610为每隔10ms就执行标号I610后面的中断程序，并由IRET返回。

中断指针必须编在FEND指令后面作为标号。中断嵌套级不多于2级。

（八）数据寄存器（D）

当PLC进行模拟量控制、位置量控制、数据I/O时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。每个数据寄存器都是16位，可用两个合起来存放32位数，最高位为符号位。

1.通用数据寄存器D0～D199（200点）

PLC由RUN—→STOP时数据清0。但是，当特殊辅助继电器M8033置1，PLC由RUN→STOP时数据保持。

2.断电保持数据寄存器D200～D511（312点）

无论电源接通与否，PLC运行与否，都不会改变寄存器中的数据，直到被指令改写。在两台PLC作点对点通信时，D490～D509用作通信。

3.特殊数据寄存器D8000～D8255（256点）

这些数据寄存器作监视PLC运行用，参见附录。

4.文件数据寄存器D1000～D2999（2000点）

专门用于存储大量的数据，如数据采集、统计计算、多组扩展等。

（九）变址寄存器（V/Z）

V、Z都是16位寄存器，也可合并处理32位数据（Z为低字），用于修改PLC元件的地址编号。

如图2-14所示为FX2型PLC存储器分配图，其中的数据存储器分为A、B、C三类，电源ON/OFF及PLCRUN/STOP对这三类存储器的影响见表2-12。

图2-14　FX2型PLC存储器分配图

表2-12　电源及PLCRUN/STOP对存储器的影响