《數(shù)控機床電器及PLC控制技術（第3版）》課件 第五章 PLC編程入門及指令系統(tǒng)

第五章PLC編程入門及指令系統(tǒng)5.1PLC概述隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品，為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC（ProgrammableLogicController，可編程序控制器）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。PLC的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產的所有領域得到了廣泛的使用，在其他領域（例如民用和家庭自動化）的應用也得到了迅速的發(fā)展。PLC的推廣應用在我國得到了迅猛的發(fā)展，它已經大量地應用在各種機械設備和生產過程的電氣控制裝置中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出了大批應用PLC改造設備的成果。了解PLC的工作原理，具備設計、調試和維護PLC控制系統(tǒng)的能力，已經成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術人員和工科學生的基本要求?！颈菊轮攸c】了解PLC（可編程序控制器）的工作原理、硬件結構、編程元件與指令系統(tǒng)；掌握梯形圖的設計方法；掌握PLC控制系統(tǒng)的設計和調試方法。5.1.1PLC的基本結構

PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖5-1），有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成某些特殊的任務。1.CPU模塊

CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。

2. I/O模塊輸入（1nput）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數(shù)字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等過來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號。開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模塊中，用光耦合器、光電晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內部電路和外部的I/O電路，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。3. 編程器編程器是PLC必不可少的重要外部設備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器中。編程器不僅能對程序進行寫入、讀出、修改，還能對PLC的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時也是用戶與PLC之間進行人機對話的界面。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調試和維護。使用編程軟件可以在計算機的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。

4. 電源

PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC5V，±12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關）提供24V直流電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。5.1.2PLC的物理結構根據(jù)硬件結構的不同，可以將PLC分為整體式PLC和模塊式PLC。1.整體式PLC整體式又叫做單元式或箱體式，CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個箱狀機殼內，結構非常緊湊。它的體積小、價格低，小型PLC一般采用整體式結構。三菱公司的FX1S系列PLC為整體式PLC。整體式PLC提供多種不同I/O點數(shù)的基本單元和擴展單元供用戶選用，基本單元內有CPU模塊、I/O模塊和電源，擴展單元內只有I/O模塊和電源，基本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點與輸出點的比例一般是固定的，有的PLC有全輸入型和全輸出型的擴展單元。選擇不同的基本單元和擴展單元，可以滿足用戶的不同要求。

FX系列的基本單元、擴展單元和擴展模塊的高度和深度相同，但是寬度不同。它們不用基板，各模塊可用底部自帶的卡子卡在DIN導軌上，兩個相鄰的單元或模塊之間用扁平電纜連接，安裝好后組成一個整齊的長方體。2. 模塊式PLC大、中型PLC（如西門子的S7-300和S7-400系列）一般采用模塊式結構。模塊式PLC用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由機架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者焊在機架的總線連接板上，有的廠家將機架稱為基板。PLC廠家備有不同槽數(shù)的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下所選用的模塊，可以增設一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用I/O擴展電纜相連，有的PLC需要通過接口模塊來連接各機架。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。有的模塊式PLC（如西門子的S7-300系列PLC）沒有機架，各模塊安裝在鋁質導軌上，相鄰的模塊之間用模塊下面的U形總線連接器連接。5.1.3PLC的工作原理1. 掃描工作方式

PLC有兩種基本的工作模式，即運行（RUN）模式與停止（STOP）模式。在運行模式，PLC通過反復執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作模式。除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段（如圖5-2）。PLC的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入/輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內部處理階段，PLC檢查CPU．模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些其它內部工作。在通信服務階段，PLC與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當PLC處于停止（STOP）模式時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行（RUN）模式時，還要完成另外三個階段的操作。圖5-2掃描過程在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通、斷開狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外部輸入電路接通時，對應的輸入映像寄存器為l狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入觸點電路斷開時，對應的輸入映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。某一編程元件對應的映像寄存器為l狀態(tài)時，稱該編程元件為ON；映像寄存器為0狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的0/1狀態(tài)讀進來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到對應的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為1狀態(tài)。信號經輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電”，對應的輸出映像寄存器為0狀態(tài)，在輸出處理階段之后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。2. 掃描周期PLC在RUN工作模式時，執(zhí)行一次圖5-2所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值約為1～l00ms。掃描周期與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。有的編程軟件或編程器可以提供掃描周期的當前值，有的還可以提供掃描周期的最大值和最小值。3. PLC的工作原理下面用一個簡單的例子來進一步說明PLC的掃描工作過程。圖5-3a）給出了PLC的外部接線圖和梯形圖，起動按鈕SB1停止按鈕SB2和熱繼電器FR的常開觸點分別接在編號為X0～X2的PLC的輸入端，交流接觸器KM的線圈接在編號為Y0的PLC的輸出端。圖5-3b）是這4個輸入/輸出變量對應的I/O映像寄存器。圖5-3c）是PLC的梯形圖，梯形圖是一種軟件，是PLC圖形化的程序。圖中的X0等是梯形圖中的編程元件，X0～X2是輸入繼電器，Y0是輸出繼電器。梯形圖中的編程元件X0與接在輸入端子X0的SBl的常開觸點和輸入映像寄存器X0相對應，編程元件Y0與輸出映像寄存器Y0和接在輸出端子Y0的PLC內部的輸出電路相對應。圖5-3PLC外部接線圖與梯形圖梯形圖以指令的形式儲存在PLC的用戶程序存儲器中，圖5-3中的梯形圖與下面的5條指令相對應，“；”之后是該指令的注釋。

LDX0：接在左側母線上的X0的常開觸點

ORY0；與X0的常開觸點并聯(lián)的Y0的常開觸點

ANIX1；與并聯(lián)電路串聯(lián)的X1的常閉觸點

ANIX2；串聯(lián)的X2的常閉觸點

OUTY0；Y0的線圈圖5-3中的梯形圖完成的邏輯運算為：Y0=（X0+Y0）·X1·X2。在輸入處理階段，CPU將SBl、SB2和FR的常開觸點的狀態(tài)讀入相應的輸入映像寄存器，外部觸點接通時存入寄存器的是二進制數(shù)l，反之存入0。執(zhí)行第l條指令時，從X0對應的輸入映像寄存器中取出二進制數(shù)并保存起來。執(zhí)行第2條指令時，取出Y0對應的輸出映像寄存器中的二進制數(shù)，與X0對應的二進制數(shù)相“或”（電路的并聯(lián)對應“或”運算）。執(zhí)行第3條或第4條指令時，分別取出X1或X2對應的輸入映像寄存器中的二進制數(shù)，因為是常閉觸點，取反后與前面的運算結果相“與”（電路的串聯(lián)對應“與”運算），然后存入運算結果寄存器。執(zhí)行第5條指令時，將運算結果寄存器中的二進制數(shù)送入Y0對應的輸出映像寄存器。在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數(shù)傳送給輸出模塊并鎖存起來，如果Y0對應的輸出映像寄存器存放的是二進制數(shù)1，外接的KM的線圈將通電，反之將斷電。如果讀入輸入映像寄存器X0～X2的均為二進制數(shù)0，在程序執(zhí)行階段，經過上述邏輯運算過程之后，運算結果仍為Y0=0，所以KM的線圈處于斷電狀態(tài)。按下起動按鈕SB1，X0變?yōu)閘狀態(tài)，經邏輯運算后Y0變?yōu)?狀態(tài)，在輸出處理階段，將Y0對應的輸出映像寄存器中的1送到輸出模塊，PLC內Y0對應的物理繼電器的常開觸點接通，接觸器KM的線圈通電。4. 輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間這三部分組成。輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作時產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向晶閘管型輸出電路在負載通電時的滯后時間約為1ms，負載由通電到斷電時的最大滯后時間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms以下。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達兩個多掃描周期。PLC總的響應延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。要求輸入輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的PLC或采取其他措施。5.1.4PLC的特點1.編程方法簡單易學

梯形圖是使用得最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。

梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。2.功能強，性能價格比高一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和中小型交流接觸器。硬件配置確定后，通過修改用戶程序，就可以方便快速地適應工藝條件的變化。4. 可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，PLC被大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。5.系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序可以用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，如果掌握了正確的設計方法，設計梯形圖的時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多?？梢栽趯嶒炇夷M調試PLC的用戶程序，輸入信號用小開關來模擬，可通過PLC發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7.體積小，能耗低對于復雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器。小型PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的l/2～1/10。PLC控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)的少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少很多安裝接線工時，加上開關柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。5.1.5PLC的應用領域在發(fā)達的工業(yè)國家，PLC已經廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面：1.開關量邏輯控制PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。開關量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。2.運動控制PLC使用專用的指令或運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、3軸和多軸位置控制，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等場合。3.閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉換與D/A轉換，并對模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制?，F(xiàn)代的大中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序或專用的PID模塊來實現(xiàn)。其PID閉環(huán)控制功能已經廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。4.數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學運算（包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算、求反、循環(huán)、移位和浮點數(shù)運算等）、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。5.通信聯(lián)網(wǎng)

PLC的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC與其它智能控制設備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其它智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。必須指出，并不是所有的PLC都有上述全部功能，有些小型PLC只有上述的部分功能，但是價格較低。5.1.6PLC的主要生產廠家我國有不少的廠家研制和生產過PLC，但是還沒有出現(xiàn)有影響力和較大市場占有率的產品，目前我國使用的PLC幾乎都是國外品牌的產品。在全世界上百個PLC制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國Rockwell自動化公司所屬的A．B（Allen＆Bradly）公司、GE-Fanuc公司，德國的西門子（Siemens）公司和法國的施耐德（Schneider）自動化公司，日本的三菱公司和歐姆龍（OMRON）公司。這幾家公司控制著全世界80%以上的PLC市場，它們的系列產品有其技術廣度和深度，從微型PLC到有上萬個I/O（輸入，輸出）點的大型PLC應有盡有。與個人計算機相比，PLC在標準化方面作得較差，主要體現(xiàn)在PLC的軟、硬件體系結構是封閉的而不是開放的；絕大多數(shù)PLC使用專用的總線、專用通信網(wǎng)絡及協(xié)議；各種PLC產品的編程語言在表示方式、尋址方式和語法結構上都不一致，使得它們互不兼容。國際電工委員會的IEC6113l-3《可編程序控制器的編程軟件標準》為PLC編程的標準化鋪平了道路。不少廠家正在開發(fā)以PC（個人計算機）為硬件平臺、在Windows操作系統(tǒng)下、符合IEC61131-3國際標準的新一代開放體系結構的PLC。目前有的廠家已推出了符合或接近IEC61131-3標準的編程軟件，但是仍然有相當多的PLC產品的編程語言與IEC6113l-3有較大的差異。盡管如此，各種PLC產品在軟件上還是比較接近的，學好了一種PLC的編程語言，再學別的PLC就比較容易了。本章以三菱公司最新推出的FX1s，F(xiàn)X1N，F(xiàn)x2N和FX2NC系列小型PLC為主要講授對象。三菱的FX系列PLC以其極高的性能價格比，在國內占有很大的市場份額，F(xiàn)X系列的功能強、應用范圍廣，可滿足大多數(shù)用戶的需要。5.2FX系列PLC性能簡介5.2.1FX系列PLC的特點1.體積極小的微型PLCFX1S，F(xiàn)XIN和FX2N系列PLC的高度為90mm，深度為75mm（FX1S和FX1N系列）和87mm（FX2N和FX2NC系列），F(xiàn)XlS-14M（14個I/O點的基本單元）的底部尺寸僅為90mm×60mm，相當于一張卡片大小，很適合于在機電一體化產品中使用。內置的24VDC電源可作輸入回路的電源和傳感器的電源。2.先進美觀的外部結構三菱公司的FX系列PLC吸收了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點，它的基本單元、擴展單元和擴展模塊的高度和深度相同，寬度不同。它們之間用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體。3.提供多個子系列供用戶選用

FX1S，F(xiàn)X1N和FX2N的外觀、高度、深度差不多，但是性能和價格有很大的差別（見表5-1）。FX1S的功能簡單實用，價格便宜，可用于小型開關量控制系統(tǒng)，最多30個I/O點，有通信功能，可用于一般的緊湊型PLC不能應用的地方；FX1N最多可配置128個I/O點，可用于要求較高的中小型系統(tǒng)；FX2N的功能最強，可用于要求很高的系統(tǒng)。FX2NC的結構緊湊，基本單元有16點、32點、64點和96點4種，可擴展到256點，有很強的通信功能。由于不同的系統(tǒng)可以選用不同的子系列，避免了功能的浪費，使用戶能用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。4.靈活多變的系統(tǒng)配置FX系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可選不同的子系列外，還可以選用多種基本單元、擴展單元和擴展模塊，組成不同I/O點和不同功能的控制系統(tǒng)，各種配置都可以得到很高的性能價格比。FX系列的硬件配置就像模塊式PLC那樣靈活，因為它的基本單元采用整體式結構，又具有比模塊式PLC更高的性能價格比。每臺PLC可將一塊功能擴展板安裝在基本單元內，不需要外部的安裝空間，這種功能擴展板的價格非常便宜，功能擴展板有以下品種：4點開關量輸入板、2點開關量輸出板、2路模擬量輸入板、1路模擬量輸出板、8點模擬量調整板、RS–232C通信板、RS-485通信板和RS-422通信板。顯示模塊FX1N–5DM的價格便宜，可以直接安裝在FX1S和FX1N上，它可以顯示實時鐘的當前時間和錯誤信息，可對定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器等進行監(jiān)視，可對設定值進行修改。

FX系列還有許多特殊模塊，如模擬量輸入輸出模塊、熱電阻，熱電偶溫度傳感器用模擬量輸入模塊、溫度調節(jié)模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、定位控制器、可編程凸輪開關、CC–Link系統(tǒng)主站模塊、CC–Link接口模塊、MELSEC遠程I/O連接系統(tǒng)主站模塊、AS–i主站模塊、DeviceNet接口模塊、Profibus接口模塊、RS–232C通信接口模塊、RS–232C適配器、RS-485通信板適配器、RS–232C/RS-485轉換接口等。FX系列PLC還有多種規(guī)格的數(shù)據(jù)存取單元，可用來修改定時器、計數(shù)器的設定值和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)，也可以用來作監(jiān)控裝置，有的顯示字符，有的可以顯示畫面。5.功能強，使用方便

FX系列的體積雖小，卻具有很強的功能。它內置高速計數(shù)器，有輸入輸出刷新、中斷、輸入濾波時間調整、恒定掃描時間等功能，有高速計數(shù)器的專用比較指令。使用脈沖列輸出功能，可直接控制步進電動機或伺服電動機。脈沖寬度調制功能可用于溫度控制或照明燈的調光控制?？稍O置8位數(shù)字密碼，以防止別人對用戶程序的誤改寫或盜用，保護設計者的知識產權。FX系列的基本單元和擴展單元一般采用插接式的接線端子排，更換單元方便快捷。FX1S和FXlN系列PLC使用EEPROM，不需要定期更換鋰電池，成為幾乎不需要維護的電子控制裝置；FX2N系列使用帶后備電池的RAM。若采用可選的存儲器擴充卡盒，F(xiàn)X2N的用戶存儲器容量可擴充到16K步，可選用RAM、EPROM和EEPROM儲存器卡盒。FX1S和FX1N系列PLC有兩個內置的設置參數(shù)用的小電位器，F(xiàn)X2N和FXlN系列可選用有8點模擬設定功能的功能擴展板，可以用旋具來調節(jié)設定值。FX系列PLC可在線修改程序，通過調制解調器和電話線可實現(xiàn)遠程監(jiān)視和編程，元件注釋可儲存在程序儲存器中。持續(xù)掃描功能可用于定義掃描周期，可調節(jié)8點輸入濾波器的時間常數(shù)，面板上的運行/停止開關易于操作。5.2.2FX系列型號名稱的含義FX系列PLC型號名稱的含義如下：FX-（1）-（2）-（3）-（4）-（5）（1）子系列名稱，如1S，1N，2N等。（2）輸入輸出的總點數(shù)。（3）單元類型：M為基本單元，E為輸入輸出混合擴展單元與擴展模塊，EX為輸入專用擴展模塊，EY為輸出專用擴展模塊。（4）輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為雙向晶閘管輸出。（5）電源和輸入、輸出類型等特性。D和DS為DC24V電源：DSS為DC24V電源，源晶體管輸出ES為交流電源；ESS為交流電源，源晶體管輸出；UAl為AC電源，AC輸入。例如FXlN–60MT–D屬于FX1N系列，是有60個I/O點的基本單元，晶體管輸出型，使用24V直流電源。5.2.3FX系列PLC的一般技術指標FX系列PLC的一般技術指標包括輸入技術指標（如表5-2所示）和輸出技術指標（如表5-3所示），其中輸入技術指標包括：輸入電壓、輸入信號電壓、輸入信號電流、輸入響應時間、輸入信號形式等，輸出技術指標包括：外部電源、最大負載、最小負載、響應時間、開路漏電流、輸出動作顯示等。表5-2FX系列PLC輸入技術指標表5-3FX系列PLC輸出技術指標5.2.4FXIS系列PLCFX1S系列PLC是用于極小規(guī)模系統(tǒng)的超小型PLC，可降低成本。該系列有16種基本單元，10～30個I/0點，用戶存儲器（EEPROM）容量為2000步。FX1S可使用一塊I/0點擴展板、串行通信擴展板或模擬量擴展板，可同時安裝顯示模塊和擴展板，有兩個內置的設置參數(shù)用的小電位器。一個單元可同時輸出2點100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令。通過通信擴展板可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如RS–232C、RS–422和RS–485通信，N:N鏈接、并行鏈接和計算機鏈接。FX1N有13種基本單元（如表5-4所示），可組成14～128個I/O點的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴展板。用戶存儲器容量為8000步，有內置的實時鐘。PID指令可實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制，一個單元可同時輸出2點100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令，有兩個內置的設置參數(shù)用的小電位器。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如CC–Link，AS–i網(wǎng)絡，RS–232C、RS–422和RS–485通信，N:N鏈接、并行鏈接、計算機鏈接和I/O鏈接。5.2.5FX2N系列PLC

FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC。它的基本指令執(zhí)行時間高達0．08μs每條指令，內置的用戶存儲器為8K步，可擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可實現(xiàn)多軸定位控制。機內有實時鐘，PID指令可實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。有功能很強的數(shù)學指令集，如浮點數(shù)運算、開平方和三角函數(shù)等。每個FX2N基本單元可擴展8個特殊單元。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如CC–Link，AS–i，Profibus，DeviceNet等開放式網(wǎng)絡通信，RS–232C、RS–422和RS–485通信，N:N鏈接、并行鏈接、計算機鏈接和I/O鏈接。表5-6FX1N和FX2N系列帶電源的I/O擴展單元表5-7中的擴展模塊可用于FX1N、FX2N和FX2NC。此外輸入擴展板FXlN–4EX–BD有4點24VDC輸入，輸出擴展扳FX1N–2EYT–BD有2點晶體管輸出，可用于FXlS和FXlN。

FX2NC具有很高的性能體積比和通信功能，可安裝到比標準的PLC小很多的空間內。I/O型連接器可降低接線成本，節(jié)約接線時間。I/O點數(shù)可擴展到256點，可選用實時時鐘，最多可連接4個特殊功能模塊。利用內置的功能，可控制兩軸（包括插補功能），通過增加擴展單元可控制多軸。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如CC–Link，Profibus，DeviceNet開放式網(wǎng)絡通信，RS–232C和RS–485通信，N:N鏈接、并行鏈接、計算機鏈接和I/O鏈接。FX2NC系列也可以使用FX0N和FX2N的擴展模塊。5.2.6編程設備與人機接口編程器用來生成用戶程序，并對它進行編輯、檢查和修改。某些編程器還可以將用戶程序寫入EPROM或EEPROM中，各種編程器還可以用來監(jiān)視系統(tǒng)運行的情況。1.專用編程器專用編程器由PLC生產廠家提供，它們只能用于某一生產廠家的某些PLC產品?，F(xiàn)在的專用編程器一般都是手持式的LCD字符顯示編程器。它們不能直接輸入和編輯梯形圖程序，只能輸入和編輯指令表程序。手持式編程器的體積小，一般用電纜與PLC相連。其價格便宜，常用來給小型PLC編程，用于系統(tǒng)的現(xiàn)場調試和維修比較方便。FX系列PLC的手持式編程器FX–10P–E和FX–20P–E的體積小、重量輕、價格便宜、功能強。它們采用液晶顯示器，分別顯示2行和4行字符。手持式編程器可用指令表的形式讀出、寫入、插入和刪除指令，可監(jiān)視位編程元件的ON/OFF狀態(tài)和字編程元件中的數(shù)據(jù)，如定時器、計數(shù)器的當前值和設定值，數(shù)據(jù)寄存器的值以及PLC內部的其它信息。用戶可對FX–20P–E內置的存儲器進行存取，實現(xiàn)脫機編程，根據(jù)編程器中電容的充電時間，存儲器中的內容最多可以保存3天。2.編程軟件專用編程器只能對某一PLC生產廠家的PLC產品編程，使用范圍有限。當代PLC的更新?lián)Q代很快，專用編程器的使用壽命有限，價格也較高?，F(xiàn)在的趨勢是在個人計算機上使用PLC生產廠家提供的編程軟件。輕便的筆記本電腦或移動電腦配上編程軟件，也很適于在現(xiàn)場調試程序。這種方法的主要優(yōu)點是用戶可以使用現(xiàn)有的個人計算機，對于不同廠家和型號的PLC，只需要更換編程軟件就可以了。個人計算機可以為所有的工業(yè)智能控制設備（如圖形操作終端、組態(tài)軟件和數(shù)控設備等）編程。大多數(shù)PLC廠家都向用戶提供免費使用的演示版編程軟件，正版編程軟件的價格也在不斷降低，因此用很少的投資就可以得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。下面介紹的三菱電機的編程軟件和模擬軟件均在Windows操作系統(tǒng)中使用，通過調制解調器可實現(xiàn)遠程監(jiān)控與編程。（1）FX-FCS/WIN—E/-C編程軟件該軟件包專門用于FX系列PLC程序的開發(fā)，可用梯形圖、指令表和順序功能圖（SFC）編程。（2）SWOPC-FXGP/WIN—C編程軟件

SWOPC-FXGP/WIN—C是專為FX系列PLC設計的編程軟件，其界面和幫助文件均已漢化，它占用的存儲空間少，功能較強，在Windows操作系統(tǒng)中運行。（3）GX開發(fā)器（GPPW）

GX開發(fā)器（GPPW）可用于開發(fā)三菱電機所有PLC的程序，可用梯形圖、指令表和順序功能圖（SFC）編程。（4）GX模擬器（LLT）

GX模擬器（LLT）與GPPW配套使用，可以在個人計算機中模擬三菱PLC的編程，在將程序下載到實際的PLC之前，對虛擬的PLC進行監(jiān)控和調試?？捎锰菪螆D、指令表和順序功能圖（SFC）編程。（5）FX-FCS-VPS/WIN-E定位編程軟件可用流程圖、通用代碼或功能模塊編程，最多可生成500個流程圖畫面，在監(jiān)控屏幕上可顯示數(shù)據(jù)的值、運動軌跡和操作過程。用戶可通過屏幕快速和直觀地理解程序，在屏幕上通過一個窗口可顯示和設置所有的模塊參數(shù)。（6）GT設計者與FX-FCS/DU-WIN–E屏幕生成軟件這兩種軟件用于GT（圖形終端）的畫面設計，具有對用戶友好的編程界面，可實現(xiàn)多窗口之間的剪切和粘貼，可以為DU系列的所有顯示模塊生成畫面，有位圖圖形庫。3.顯示模塊隨著工廠自動化的發(fā)展，微型PLC的控制越來越復雜和高級，F(xiàn)X系列PLC配備有種類繁多的顯示模塊和圖形操作終端作為人機接口。顯示模塊FX1N–5DM有4個鍵和帶背光的LED顯示器，直接安裝在FX1S和FX1N上，無需接線。它能顯示以下內容：（1）PLC中各種位編程元件的ON/OFF狀態(tài)；（2）定時器（T）和計數(shù)器（C）的當前值或設定值；（3）數(shù)據(jù)寄存器（D）的當前值；（5）PLC出現(xiàn)錯誤時，可顯示錯誤代碼；（6）顯示時鐘的當前值，并能設置日期和時間。FX1N–5DM可將位編程元件Y，M，S強制設置為ON或OFF狀態(tài)?？筛淖僒、C和D的當前值，以及T和C的設定值，可指定設備的監(jiān)控功能。顯示模塊FX-10DM-E可安裝在面板上，用電纜與PLC相連，有5個鍵和帶背光的LED顯示器，可顯示兩行數(shù)據(jù)，每行16個字符，可用于各種型號的FX系列PLC?？杀O(jiān)視和修改T、C的當前值和設定值，監(jiān)視和修改D的當前值。5.2.7GOT-900圖形操作終端GOT–900系列圖形操作終端的電源電壓為24VDC，可用RS–232C或RS–485接口與PLC通信。有50個觸摸鍵，可設置500個畫面。930GOT圖形操作終端帶有4in對角線的LCD顯示器，可顯示240×80點或5行，每行30個字符，有256KB用戶快閃存儲器。940GOT圖形操作終端有5.7in對角線的8色LCD顯示器，可顯示320×240點或15行，每行40個字符，有512KB用戶快閃存儲器。5.3PLC程序設計基礎1）順序功能圖（Sequentialfunctionchart）；2）梯形圖（Ladderdiagram）；3）功能塊圖（Functionblockdiagram）；4）指令表（Instructionlist）；5）結構文本（Structuredtext）。其中的順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD）是圖形編程語言，指令表（IL）和結構文本（ST）是文字語言。目前已有越來越多的生產PLC的廠家提供符合IEC6113l–3標準的產品，有的廠家推出的在個人計算機上運行的“軟PLC”軟件包也是按IEC6113l–3標準設計的。1.順序功能圖（SFC）這是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序，在第4章中將作詳細介紹。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程。步、轉換和動作是順序功能圖中的三種主要元件（見圖5-5）。順序功能圖用來描述開關量控制系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地畫出順序控制梯形圖程序。2.梯形圖（LD）梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，直觀易懂，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。圖4–5到圖4–7中用西門子S7–200系列PLC的3種編程語言來表示同一邏輯關系。西門子的說明書中將指令表稱為語句表。梯形圖由觸點、線圈和應用指令等組成。觸點代表邏輯輸入條件，如外部的開關、按鈕和內部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內部的輸出標志位等。在分析梯形圖中的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想像左右兩側垂直母線之間有一個左正右負的直流電源電壓（有時省略了右側的垂直母線），當圖3–6中I0.1與I0.2的觸點接通，或M0.3與I0.2的觸點接通時，有一個假想的“能流”（Powerflow）流過Q1.1的線圈。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖，能流只能從左向右流動。圖5-8a中的電路不能用觸點的串并聯(lián)來表示，能流可能從兩個方向流過觸點5（經過觸點1，5，4或經過觸點3，5，2）無法將該圖轉換為指令表，應將它改畫為圖5-8b所示的等效電路。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到PLC中去。3.功能塊圖（FBD）這是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語言，有數(shù)字電路基礎的人很容易掌握。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流動。圖3–7中的控制邏輯與圖3–6中的相同。有的微型PLC模塊（如西門子公可的“LOGO”邏輯模塊）使用功能塊圖語言，除此之外，國內很少有人使用功能塊圖語言。4.指令表（IL）

PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表（Instructionlist）程序。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯形圖語言。如果使用手持式編程器，必須將梯形圖轉換成指令表后再寫入PLC。在用戶程序存儲器中，指令按步序號順序排列。5.結構文本（ST）結構文本（ST）是為：IEC61131-3標準創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言。與梯形圖相比，它能實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算，編寫的程序非常簡潔和緊湊。除了提供幾種編程語言供用戶選擇外，標準還允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程者能選擇不同的語言來適應特殊的工作。5.3.2梯形圖的主要特點（1）PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與PLC存儲器中元件映像寄存器的二個存儲單元相對應。以輔助繼電器為例，如果該存儲單元為0狀態(tài)，梯形圖中對應的編程元件的線圈“斷電”，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，稱該編程元件為0狀態(tài)，或稱該編程元件為OFF（斷開）。該存儲單元如果為1狀態(tài)，對應編程元件的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱該編程元件為l狀態(tài)，或稱該編程元件為ON（接通）。

（2）根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。（3）梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用。（4）輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。5.4FX系列PLC梯形圖中的編程軟件5.4.1 基本數(shù)據(jù)結構(1)位元件

FX系列PLC有4種基本編程元件，為了分辨各種編程元件，給它們分別指定了專用的字母符號：

X：輸入繼電器，用于直接輸入給PLC的物理信號。

Y：輸出繼電器，用于從PLC直接輸出物理信號。

M（輔助繼電器）和S（狀態(tài)繼電器）：PLC內部的運算標志。上述的各種元件稱為“位（bit）元件”，它們只有兩種不同的狀態(tài)，即ON和OFF，可以分別用二進制數(shù)l和0來表示這兩種狀態(tài)。(2)字元件

8個連續(xù)的位組成一個字節(jié)（Byte），16個連續(xù)的位組成一個字（Word），32個連續(xù)的位組成一個雙字（DoubleWord）。定時器和計數(shù)器的當前值和設定值均為有符號字，最高位（第15位）為符號位，正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1。有符號字可表示的最大正整數(shù)為32767。5.4.2輸入繼電器與輸出繼電器FX系列PLC梯形圖中的編程元件的名稱由字母和數(shù)字組成，他們分別表示元件的類型和元件號，如Y10，M129。輸入繼電器與輸出繼電器的元件號用八進制數(shù)表示，八進制數(shù)只有0～7這8個數(shù)字符號，遵循“逢8進1”的運算規(guī)則。例如，八進制數(shù)X17和X20是兩個相鄰的整數(shù)。表4–10給出了FX2N系列PLC的輸入/輸出繼電器元件號。1.輸入繼電器（X）輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關量信號的窗口。PLC通過光耦合器，將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入映像寄存器中。輸入端可以外接常開觸點或常閉觸點，也可以接多個觸點組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器（如接近開關）。在梯形圖中，可以多次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。圖5-9是一個PLC控制系統(tǒng)的示意圖，X0端子外接的輸入電路接通時，它對應的輸入映像寄存器為1狀態(tài)，斷開時為0狀態(tài)。輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號的狀態(tài)，不可能受用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。因為PLC只是在每一掃描周期開始時讀取輸入信號，輸入信號為ON或OFF的持續(xù)時間應大于PLC的掃描周期。如果不滿足這一條件，可能會丟失輸入信號。2.輸出繼電器（Y）輸出繼電器是PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號傳送給輸出模塊，再由后者驅動外部負載。如果圖5-9梯形圖中Y4的線圈“通電”，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的常開觸點閉合，使外部負載工作。輸出模塊中的每一個硬件繼電器僅有一對常開觸點，但是在梯形圖中，每一個輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點都可以多次使用。5.4.3輔助繼電器（M）輔助繼電器是用軟件實現(xiàn)的，它們不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅動外部負載，是一種內部的狀態(tài)標志，相當于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。1.通用輔助繼電器如表5-11所示，F(xiàn)X系列PLC的通用輔助繼電器沒有斷電保持功能。在FX系列PLC中，除了輸入繼電器和輸出繼電器的元件號采用八進制外，其他編程元件的元件號均采用十進制。如果在PLC運行時電源突然中斷，輸出繼電器和通用輔助繼電器將全部變?yōu)镺FF。若電源再次接通，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持為OFF狀態(tài)。2. 電池后備/鎖存輔助繼電器某些控制系統(tǒng)要求記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)，電池后備/鎖存輔助繼電器可以用于這種場合。在電源中斷時用鋰電池保持RAM中的映像寄存器的內容，或將它們保存在EEPROM中。它們只是在PLC重新通電后的第一個掃描周期保持斷電瞬時的狀態(tài)。為了利用它們的斷電記憶功能，可以采用有記憶功能的電路。設圖5-10中X0和X1分別是起動按鈕和停止按鈕，M500通過Y0控制外部的電動機，如果電源中斷時M500為1狀態(tài)，因為電路的記憶作用，重新通電后M500將保持為l狀態(tài)，使Y0繼續(xù)為ON，電動機重新開始運行。3.特殊輔助繼電器特殊輔助繼電器共256點，它們用來表示PLC的某些狀態(tài)，提供時鐘脈沖和標志（如進位、借位標志），設定PLC的運行方式，或者用于步進順控、禁止中斷、設定計數(shù)器是加計數(shù)還是減計數(shù)等。特殊輔助繼電器分為兩類：(1)觸點利用型由PLC的系統(tǒng)程序來驅動觸點利用型特殊輔助繼電器的線圈，在用戶程序中直接使用其觸點，但是不能出現(xiàn)它們的線圈，下面是幾個例子：M8000（運行監(jiān)視）：當PLC執(zhí)行用戶程序時，M8000為ON；停止執(zhí)行時，M8000為OFF（見圖5-11）。M8002（初始化脈沖）：M8002僅在M8000由OFF變?yōu)镺N狀態(tài)的一個掃描周期內為ON（見圖5-11），可以用M8002的常開觸點來使有斷電保持功能的元件初始化復位或給它們置初始值。M801l～M8014分別是10ms，100ms，ls和1min時鐘脈沖。M8005（鋰電池電壓降低）：電池電壓下降至規(guī)定值時變?yōu)镺N，可以用它的觸點驅動輸出繼電器和外部指示燈，提醒工作人員更換鋰電池。(2)線圈驅動型由用戶程序驅動其線圈，使PLC執(zhí)行特定的操作，用戶并不使用它們的觸點。例如：M8030的線圈“通電”后，“電池電壓降低”發(fā)光二極管熄滅；M8033的線圈“通電”時，PLC進入STOP狀態(tài)后，所有輸出繼電器的狀態(tài)保持不變；M8034的線圈“通電”時，禁止所有的輸出；M8039的線圈“通電”時，PLC以D8039中指定的掃描時間工作。5.4.4狀態(tài)繼電器（S）1.狀態(tài)繼電器狀態(tài)繼電器是用于編制順序控制程序的一種編程元件（狀態(tài)標志），它與后面介紹的STL指令（步進梯形指令）一起使用。通用狀態(tài)繼電器沒有斷電保持功能。在使用IST（初始化狀態(tài)功能）指令時，其中的S0～S9供初始狀態(tài)使用。電池后備/鎖存狀態(tài)繼電器在斷電時用帶鋰電池的RAM或EEPROM來保存其ON/OFF狀態(tài)。2.狀態(tài)繼電器使用舉例

某機械手先后有下降、夾緊等動作，其順序功能圖如圖5-12所示。如果起動信號X0為ON，則狀態(tài)繼電器S20被置位（變?yōu)镺N），控制下降的電磁閥Y0動作。下限位開關Xl為ON時，狀態(tài)繼電器S21被置位，控制夾緊的電磁閥Y1動作。隨著動作的轉移，前一狀態(tài)繼電器自動變?yōu)镺FF狀態(tài)。不對狀態(tài)繼電器使用步進梯形指令時，可以把它們當作普通輔助繼電器（M）使用。3.信號報警器標志（AnnunciatorFlags）

在使用應用指令ANS（信號報警器置位）和ANR（信號報警器復位）時，狀態(tài)繼電器S900～S999可用作外部故障診斷的輸出，稱為信號報警器。5.4.5定時器（T）

PLC中的定時器相當于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器。它有一個設定值寄存器（一個字長）、一個當前值寄存器（一個字長）和一個用來儲存其輸出觸點狀態(tài)的映像寄存器（占二進制的一位），這三個存儲單元使用同一個元件號。FX系列PLC的定時器分為通用定時器和積算定時器。常數(shù)K可以作為定時器的設定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內容來設置定時器。例如外部數(shù)字開關輸入的數(shù)據(jù)可以存入數(shù)據(jù)寄存器，作為定時器的設定值。通常使用有電池后備的數(shù)據(jù)寄存器，這樣在斷電時不會丟失數(shù)據(jù)。1. 通用定時器各系列的定時器個數(shù)和元件編號如表5-12所示。100ms定時器的定時范圍為0.1～3276.7s，10ms定時器的定時范圍為0.01～327.67s。FX1S的特殊輔助繼電器M8028為1狀態(tài)時，T32～T62（31點）被定義為10ms定時器。圖5-13中X0的常開觸點接通時，T200的當前值計數(shù)器從0開始，對10ms時鐘脈沖進行累加計數(shù)。當前值等于設定值414時，定時器的常開觸點接通，常閉觸點斷開，即T200的輸出觸點在其線圈被驅動10ms×414=4.14s后動作。X0的常開觸點斷開后，定時器被復位，它的常開觸點斷開，常閉觸點接通，當前值恢復為0。如果需要在定時器的線圈“通電”時就動作的瞬動觸點，可以在定時器線圈兩端并聯(lián)一個輔助繼電器的線圈，并使用它的觸點。通用定時器沒有保持功能，在輸入電路斷開或停電時被復位。FX系列的定時器只能提供其線圈“通電”后延遲動作的觸點，如果需要在輸入信號變?yōu)镺FF之后的延遲動作，可以使用圖5-14所示的電路。2.積算定時器

100ms積算定時器T250～T255的定時范圍為0.1～3276.7s。X1的常開觸點接通時（見圖5-15），T250的當前值計數(shù)器對100ms時鐘脈沖進行累加計數(shù)。X1的常開觸點斷開或停電時停止定時，當前值保持不變。X1的常開觸點再次接通或重新上電時繼續(xù)定時，累計時間（t1+t2）為1055×100ms=105.5s時，T250的觸點動作。因為積算定時器的線圈斷電時不會復位，需要用X2的常開觸點使T250強制復位。3.使用定時器的注意事項如果在子程序或中斷程序中使用T192～T199和T246～T249，在執(zhí)行END指令時修改定時器的當前值。當定時器的當前值等于設定值時，其輸出觸點在執(zhí)行定時器線圈指令或END指令時動作。如果不是使用上述的定時器，在特殊情況下，定時器的工作可能不正常。如果1ms定時器用于中斷程序和子程序，在它的當前值達到設定值后，其觸點在執(zhí)行該定時器的第一條線圈指令時動作。4.定時器的定時精度定時器的精度與程序的安排有關，如果定時器的觸點在線圈之前，精度將會降低。平均誤差約為1.5倍掃描周期。最小定時誤差為輸入濾波器時間減去定時器的分辨率，1ms，10ms和100ms定時器的分辨率分別為1ms，10ms和100ms。如果定時器的觸點在線圈之后，最大定時誤差為2倍掃描周期加上輸入濾波器時間。5.4.6內部計數(shù)器（C）內部計數(shù)器用來對PLC的內部映像寄存器（X，Y，M，S）提供的信號計數(shù)，計數(shù)脈沖為ON或OFF的持續(xù)時間，應大于PLC的掃描周期，其響應速度通常小于數(shù)十赫茲。表5-13給出了FX1S、FX1N、FX2N/FX2NC內部計數(shù)器的位數(shù)及寄存器。1.16位加計數(shù)器16位加計數(shù)器的設定值為l～32767。圖5-16給出了加計數(shù)器的工作過程，圖中X10的常開觸點接通后，C0被復位，它對應的位存儲單元被置0，它的常開觸點斷開，常閉觸點接通，同時其計數(shù)當前值被置為0。X11用來提供計數(shù)輸入信號，當計數(shù)器的復位輸入電路斷開，計數(shù)輸入電路由斷開變?yōu)榻油ǎ从嫈?shù)脈沖的上升沿）時，計數(shù)器的當前值加1。在5個計數(shù)脈沖之后，C0的當前值等于設定值5，它對應的位存儲單元的內容被置1，其常開觸點接通，常閉觸點斷開。再來計數(shù)脈沖時當前值不變，直到復位輸入電路接通，計數(shù)器的當前值被置為0。計數(shù)器也可以通過數(shù)據(jù)寄存器來指定設定值。具有電池后備/鎖存功能的計數(shù)器在電源斷電時可保持其狀態(tài)信息，重新送電后能立即按斷電時的狀態(tài)恢復工作。2.32位雙向計數(shù)器32位雙向計數(shù)器C200～C234的的設定值為–2147483648～+2147483647，其加/減計數(shù)方式由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定，對應的特殊輔助繼電器為ON時，為減計數(shù)，反之為加計數(shù)。32位計數(shù)器的設定值除了可由常數(shù)K設定外，還可以通過指定數(shù)據(jù)寄存器來設定，32位設定值存放在元件號相連的兩個數(shù)據(jù)寄存器中。如果指定的是D0，則設定值存放在D1和D0中。圖5-17中C200的設定值為5，在加計數(shù)時，若計數(shù)器的當前值由5-5，計數(shù)器的輸出觸點ON，當前值≥5時，輸出觸點仍為ON。當前值由5-4時，輸出觸點OFF，當前值≤4時，輸出觸點仍為OFF。計數(shù)器的當前值在最大值2147483647時加1，將變?yōu)樽钚≈胆C2147483648，類似地，當前值–2147483648減1時，將變?yōu)樽畲笾?147483647，這種計數(shù)器稱為“環(huán)形計數(shù)器”。圖5-17中復位輸入X13的常開觸點接通時，C200被復位，其常開觸點斷開，常閉觸點接通，當前值被置位。如果使用電池后備/鎖存計數(shù)器，在電源中斷時，計數(shù)器停止計數(shù)，并保持計數(shù)當前值不變，電源再次接通后在當前值的基礎上繼續(xù)計數(shù)，因此電池后備/鎖存計數(shù)器可累計計數(shù)。5.4.7高速計數(shù)器（HSC）1. 高速計數(shù)器概述21點高速計數(shù)器C235～C255共用PLC的8個高速計數(shù)器輸入端X0～X7，某一輸入端同時只能供一個高速計數(shù)器使用。這21個計數(shù)器均為32位加/減計數(shù)器（見表5-14）。不同類型的高速計數(shù)器可以同時使用，但是它們的高速計數(shù)器輸入不能沖突。高速計數(shù)器的運行建立在中斷的基礎上，這意味著事件的觸發(fā)與掃描時間無關。在對外高速部脈沖計數(shù)時，梯形圖中高速計數(shù)器的線圈應一直通電，以表示與它有關的輸入點已被使用，其他高速計數(shù)器的處理不能與它沖突?？捎眠\行時一直為ON的M8000的常開觸點來驅動高速計數(shù)器的線圈。例如在圖5-18中，當X14為ON時，選擇了高速計數(shù)器C235，從表5-14可知，C235的計數(shù)輸入端是X0，但是它并不在程序中出現(xiàn)，計數(shù)信號不是X14提供的。表5-14給出了各高速計數(shù)器對應的輸入端子的元件號，表中的U、D分別為加、減計數(shù)輸入，A、B分別為A、B相輸入，R為復位輸入，S為置位輸入。2.一相高速計數(shù)器C235～C240為一相無起動/復位輸入端的高速計數(shù)器，C24l～C245為一相帶起動/復位端的高速計數(shù)器，可用M8235～M8245來設置C235～C2415的計數(shù)方向，M為ON時為減計數(shù)，為OFF時為加計數(shù)。C235～C240只能用RST指令來復位。圖5-18中的C244是單相帶起動/復位端的高速計數(shù)器，由表5-14可知，Xl和X6分別為復位輸入端和起動輸入端，它們的復位和起動與掃描工作方式無關，其作用分別是立即的和直接的。如果X12為ON，一旦X6變?yōu)镺N，立即開始計數(shù)，計數(shù)輸入端為X0。X6變?yōu)镺FF，立即停止計數(shù)，C244的設定值由D0和D1指定。除了用Xl來立即復位外，也可以在梯形圖中用復位指令復位。3. 兩相雙向計數(shù)器兩相雙向計數(shù)器（C246～C250）有一個加計數(shù)輸入端和一個減計數(shù)輸入端，例如C246的加、減計數(shù)輸入端分別是X0和Xl，在計數(shù)器的線圈通電時，在X0的上升沿，計數(shù)器的當前值加1，在X1的上升沿，計數(shù)器的當前值減l。某些計數(shù)器還有復位和起動輸入端。4. A-B相型雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器C25l～C255為A–B相型雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器，它們有兩個計數(shù)輸入端，某些計數(shù)器還有復位和起動輸入端。圖5-19中的X12為ON時，C25l通過中斷，對X0輸入的A相信號和X1輸入的B相信號的動作計數(shù)。X11為ON時C251被復位，當計數(shù)值大于等于設定值時，Y2的線圈通電，若計數(shù)值小于設定值，Y2的線圈斷電。A/B相輸入不僅提供計數(shù)信號，根據(jù)它們的相對相位關系，還提供了計數(shù)的方向。利用旋轉軸上安裝的A/B相型編碼器，在機械正轉時自動進行加計數(shù)，反轉時自動進行減計數(shù)。A相輸入為ON時，若B相輸入由OFF變?yōu)镺N，為加計數(shù)（見圖5-19b）；A相為ON時，若B相由ON變?yōu)镺FF，為減計數(shù)（見圖5-19c）。通過M8251可監(jiān)視C251的加/減計數(shù)狀態(tài)，加計數(shù)時M8251為OFF，減計數(shù)時M8251為ON。5.高速計數(shù)器的計數(shù)速度一般的計數(shù)頻率：單相和雙向計數(shù)器最高l0kHz，A/B相計數(shù)器最高為5kHz。最高的總計數(shù)頻率：FXlS和FXlN為60kHz，F(xiàn)X2N和FX2NC為20kHZ，計算總計數(shù)頻率時A/B相計數(shù)器的頻率應加倍。FX2N和FX2NC的X0和X1因為具有特殊的硬件，供單相或雙相計數(shù)時（C235，C236或C246）最高為60kHz，用C25l兩相計數(shù)時最高為30kHz。應用指令SPD（速度檢測，F(xiàn)UC56）具有高速計數(shù)器和輸入中斷的特性，X0～X5可能被SPD指令使用，SPD指令使用的輸入點不能與高速計數(shù)器和中斷使用的輸入點沖突。在計算高速計數(shù)器總的計數(shù)頻率時，應將SPD指令視為l相高速計數(shù)器。5.4.8數(shù)據(jù)寄存器1. 通用數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器（D）在模擬量檢測與控制以及位置控制等場合用來儲存數(shù)據(jù)和參數(shù)，數(shù)據(jù)寄存器可儲存16位二進制數(shù)或一個字，兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來可以存放32位數(shù)據(jù)（雙字），在D0和D1組成的雙字中，D0存放低16位，D1存放高16位。字或雙字的最高位為符號位，該位為0時數(shù)據(jù)為正，為1時數(shù)據(jù)為負，數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)如表5-15所示。將數(shù)據(jù)寫入通用數(shù)據(jù)寄存器后，其值將保持不變，直到下一次被改寫。PLC從RUN狀態(tài)進入STOP狀態(tài)時，所有的通用數(shù)據(jù)寄存器的值被改寫為0。如果特殊輔助繼電器M8033為ON，PLC從RUN狀態(tài)進入STOP狀態(tài)時，通用數(shù)據(jù)寄存器的值保持不變。2. 電池后備/鎖存數(shù)據(jù)寄存器電池后備/鎖存數(shù)據(jù)寄存器有斷電保持功能，PLC從RUN狀態(tài)進入STOP狀態(tài)時，電池后備寄存器的值保持不變。利用參數(shù)設定，可改變電池后備的數(shù)據(jù)寄存器的范圍。3. 特殊寄存器D8000～D8255特殊寄存器D8000～D8255共256點，用來控制和監(jiān)視PLC內部的各種工作方式和元件，如電池電壓、掃描時間、正在動作的狀態(tài)的編號等。PLC上電時，這些數(shù)據(jù)寄存器被寫入默認的值。4. 文件寄存器文件寄存器以500點為單位，可被外部設備存取。文件寄存器實際上被設置為PLC的參數(shù)區(qū)。文件寄存器與鎖存寄存器是重疊的，可保證數(shù)據(jù)不會丟失。FX1S的文件寄存器只能用外部設備（如手持式編程器或運行編程軟件的計算機）來改寫。其他系列的文件寄存器可通過BMOV（塊傳送）指令改寫。5. 外部調整寄存器FX1S和FXIN有兩個內置的設置參數(shù)用的小電位器（見圖5-20），用小旋鈕調節(jié)電位器，可以改變指定的數(shù)據(jù)寄存器D8030或D803l的值（0～255）。FX2N和FX2NC沒有內置的供設置用的電位器，但是可用附加的特殊功能擴展板：FX2N–8AV–BD來實現(xiàn)同樣的功能，單元上有8個小電位器，使用應用指令VRRD（模擬量讀?。┖蚔RSC（模擬量開關設置）來讀取電位器提供的數(shù)據(jù)。設置用的小電位器常用來修改定時器的時間設定值。6. 變址寄存器FX1S和FXIN有兩個變址寄存器V和Z，F(xiàn)X2N和FX2NC有16個變址寄存器V0～V7和Z0～Z7，在32位操作時將V，Z合并使用，Z為低位。變址寄存器用來改變編程元件的元件號，例如當V=12時，數(shù)據(jù)寄存器的元件號D6V相當于D18（12+6=18）。通過修改變址寄存器的值，可以改變實際的操作數(shù)。變址寄存器也可以用來修改常數(shù)的值，例如當Z=21時，K48Z相當于常數(shù)69（21+48=69）。5.4.9指針P/I指針（P/I）包括分支和子程序用的指針（P）和中斷用的指針（I）。在梯形圖中，指針放在左側母線的左邊。具體內容請參看相關說明手冊。5.4.10常數(shù)常數(shù)K用來表示十進制常數(shù)，16位常數(shù)的范圍為–32768～+32767，32位常數(shù)的范圍為–2147483648～+2147483647。常數(shù)H用來表示十六進制常數(shù)，十六進制包括0～9和A～F這16個數(shù)字，16位常數(shù)的范圍為0～FFFF，32位常數(shù)的范圍為0～FFFFFFFF。5.5FX系列PLC的基本邏輯指令FX系列PLC共有27條基本邏輯指令，此外還有一百多條應用指令。僅用基本邏輯指令便可以編制出開關量控制系統(tǒng)的用戶程序。5.5.1 LD，LDI，OUT指令LD（Load）：電路開始的常開觸點對應的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。

LDI（LoadInverse）：電路開始的常閉觸點對應的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。OUT（Out）：驅動線圈的輸出指令，可以用于Y、M、T、C和S。LD與LDI指令對應的觸點一般與左側母線相連，在使用ANB、ORB指令時，用來定義與其他電路串并聯(lián)的電路的起始觸點。OUT指令不能用于輸入繼電器X，線圈和輸出類指令應放在梯形圖的最右