1、PLC的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    三菱FX系列PLC內(nèi)部的編程元件從物理實質(zhì)上來說是電子電路及存儲器，按通俗叫法分別稱為輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等，鑒于它們的物理屬性，稱之為軟繼電器或軟元件，它們與真實元件之間有很大的差別。這些編程用的繼電器的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題，觸點也沒有數(shù)量限制、機(jī)械磨損和電蝕等問題。在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下，這些編程元件分為位元件和字元件兩種。

    1.位元件

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

    X：代表輸入繼電器，用于直接輸入給PLC的物理信號。

    Y：代表輸出繼電器，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(nèi)部的運(yùn)算標(biāo)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(jìn)制1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(dāng)前值和設(shè)定值均為有符號字，最高位（第十五位）為符號位，正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1。

    2、輸入繼電器（X）與輸出繼電器（Y）

    1.輸入繼電器（X）

    PLC的輸入端子是從外部開關(guān)接受信號的窗口，PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器（X）是光電隔離的電子繼電器，它通常采用八進(jìn)制編碼，線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態(tài)。內(nèi)部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為X000～X007，X010～X017，X020～X027，……，最多128點，它們一般位于機(jī)器的上端。圖為PLC系統(tǒng)輸入繼電器與輸出繼電器示意圖。

    2.輸出繼電器（Y）

    PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，且其外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，而其余常開/常閉觸點供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器常開/常閉觸點的使用次數(shù)不限。各基本單元都是按八進(jìn)制編碼輸出，輸出為Y000～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027，……，最多128點，它們一般位于機(jī)器的下端。

    圖輸入繼電器與輸出繼電器示意圖

    3、輔助繼電器（M）

    PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器，其動作原理與輸出繼電器一樣，只能由程序驅(qū)動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用，且其常開/常閉觸點使用次數(shù)不受限制。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動必須通過輸出繼電器來實現(xiàn)。輔助繼電器主要包含以下3類：

    1．通用輔助繼電器

    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(jìn)制編碼外，其它編程元件的元件號均采用十進(jìn)制編碼。

    通用輔助繼電器的線圈由用戶程序驅(qū)動，若PLC在運(yùn)行過程中突然斷電，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。

    FX2N的PLC內(nèi)部共有通用輔助繼電器500點，從M0～M499。

    2.鎖存（斷電保持）輔助繼電器

    某些控制系統(tǒng)要求記憶電源中斷瞬間時的狀態(tài)，重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)，鎖存輔助繼電器就可以用于這種場合。

    FX2N的PLC內(nèi)部共有鎖存繼電器2572點，從M500～M3071。

    在電源中斷時，PLC用鋰電池保持RAM中寄存器的內(nèi)容，它們只是在PLC重新上電后的第一個掃描周期保持?jǐn)嚯娝矔r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(shè)圖中的X0和X1分別是起動按鈕和停止按鈕，M600通過Y0控制外部的電動機(jī)，若電源中斷時M600為ON狀態(tài)，因為電路的記憶作用，重新通電后M600將保持ON狀態(tài)，從而使Y0繼續(xù)為ON，電動機(jī)重新開始運(yùn)行。這時若斷開X1，則M600失電，Y0為OFF。

    圖鎖存輔助繼電器的保持功能

    3．特殊輔助繼電器

    輔助繼電器中M8000～M8255共256點為特殊輔助繼電器，它們用來表示PLC的某些狀態(tài)，提供時鐘脈沖和標(biāo)志（如進(jìn)位、借位標(biāo)志），設(shè)定PLC的運(yùn)行方式，或用于步進(jìn)順控、禁止中斷、設(shè)定計數(shù)器是加計數(shù)器或是減計數(shù)器等。特殊輔助繼電器可分為以下兩類：

    （1）觸點利用型

    由PLC的系統(tǒng)程序來驅(qū)動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，例如：

    M8000（運(yùn)行監(jiān)視）：當(dāng)PLC執(zhí)行用戶程序時M8000為ON，停止執(zhí)行時M8000為OFF，如圖所示。

    M8002(初始化脈沖)：M8002僅在M8000由OFF變?yōu)镺N狀態(tài)時的一個掃描周期內(nèi)為ON，如圖6.10所示，可以用M8002的常開觸點來使有斷電保護(hù)功能的元件復(fù)位或給它們置初始值。

    圖時序圖

    M8011～M8014分別是10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖，見圖6.10。

    M8005（鋰電池電壓降低時用）：電池電壓下降至規(guī)定值時變?yōu)镺N，可以用它的觸點驅(qū)動輸出繼電器和外部指示燈，從而提醒工作人員更換鋰電池。

    （2）線圈驅(qū)動型

    由用戶程序驅(qū)動其線圈，從而使PLC執(zhí)行特定的操作，因此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”后，PLC進(jìn)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”后，禁止所有的輸出；

    M8039的線圈“通電”后，PLC以D8039中指定的掃描時間工作。

    4、狀態(tài)繼電器（S）

    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(biāo)志），常與STL指令（步進(jìn)梯形指令）配合使用，主要用于編程過程中順控狀態(tài)的描述和初始化。它與STL指令組合使用，容易編制出易懂的順控程序。當(dāng)不對狀態(tài)繼電器使用步進(jìn)梯形指令時，可以把它們當(dāng)作普通輔助繼電器（M）使用，其地址碼按十進(jìn)制編碼。FX2N系列PLC的狀態(tài)繼電器通常分為以下幾類：

    初始化用：S0～S9（10點）；

    返回原點狀態(tài)器：S10～S19（10點）；

    通用型：S20～S499（480點）；

    斷電保持型：S500～S899（400點）；

    報警型：S900～S999（100點）。

    5、定時器（T）與計數(shù)器（C）

    FX1N、FX2N系列PLC內(nèi)部可提供256個定時器和256個計數(shù)器，定時器的編號為T000～T255，計數(shù)器的編號為C000～C255。定時器和計數(shù)器不能直接產(chǎn)生輸出，必須通過輸出繼電器才能輸出。

    1.定時器（T）

    定時器在PLC中的作用相當(dāng)于一個時間繼電器，PLC內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，將PLC內(nèi)的1ms、10ms、100ms等時鐘脈沖進(jìn)行加法計數(shù)，當(dāng)所計時間達(dá)到規(guī)定的設(shè)定值時，其輸出觸點動作，定時范圍為0.001～3276.7s。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。定時器的元件號及其設(shè)定值如下：

    （1）100ms定時器T0～T199，共200點，計時范圍：0.1～3276.7秒；

    （2）10ms定時器T200～T245，共46點，計時范圍：0.01～327.67秒；

    （3）1ms積算定時器T246～T249，共4點，計時范圍：0.001～32.767秒；

    （4）100ms積算定時器T250～T255，共6點，計時范圍：0.1～3276.7秒。

    定時器的定時值＝設(shè)定值×?xí)r鐘，定時器指令符號和時序圖如下圖所示。

    在上圖中，當(dāng)定時器線圈T0的驅(qū)動輸入X0接通時，T0的當(dāng)前值計數(shù)器對100ms的時鐘脈沖每隔100ms加1，當(dāng)該值與設(shè)定值K100相等時，定時器的輸出觸點動作，即輸出觸點是在驅(qū)動線圈后的10秒（100×100ms=10s）時才動作，T0的常開觸點閉合后，Y0就有輸出。當(dāng)驅(qū)動輸入X0斷開或發(fā)生停電時，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。

    在FX1N、FX2N系列PLC中，積算定時器一共有10點，1ms積算定時器有4點，從T246～T249；100ms積算定時器有6點，從T250～T255。

    積算定時器的指令形式和時序圖如下圖所示。該圖中，定時器線圈T250的驅(qū)動輸入X0接通時，T250的當(dāng)前值計數(shù)器開始對100ms的時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K100相等時，定時器的輸出觸點動作。在計數(shù)過程中，即使輸入X0斷電，它也會把當(dāng)前值（如圖中的6s）保持下來，當(dāng)X0通電時，再繼續(xù)累積4s，當(dāng)累積時間為10s（100×100ms=10s）時觸點動作，Y0閉合。因為積算定時器的線圈斷電時不會復(fù)位，所以需要用復(fù)位指令RST使其強(qiáng)制復(fù)位，如下圖，當(dāng)復(fù)位輸入X1接通時，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。

    2.計數(shù)器（C）

    FX2N系列PLC的計數(shù)器是在執(zhí)行掃描操作時對內(nèi)部元件X、Y、M、S、T、C的觸點通斷次數(shù)進(jìn)行積算式定時方式計數(shù)。當(dāng)計數(shù)次數(shù)達(dá)到計數(shù)器的設(shè)定值時，計數(shù)器觸點動作，使控制系統(tǒng)完成相應(yīng)的控制作用。計數(shù)器的設(shè)定值可由常數(shù)K設(shè)定，也可以由指定的數(shù)據(jù)寄存器D的存儲數(shù)據(jù)來設(shè)定。

    計數(shù)器分為如下5類：

    （1）16位通用加計數(shù)器C0～C99，共100點，設(shè)定值：1～32767，16位是指其設(shè)定值寄存器為16位。

    （2）16位鎖存加計數(shù)器C100～C199，共100點，設(shè)定值：1～32767。

    （3）32位通用加/減雙向計數(shù)器C200～C219，共20點，設(shè)定值：－2147483648～+2147483647，32位是指其設(shè)定值寄存器為32位，。

    （4）32位鎖存加/減雙向計數(shù)器C220～C234，共15點，設(shè)定值：－2147483648～+2147483647。

    （5）32位加/減雙向高速計數(shù)器C235～C255，共21點，設(shè)定值：－2147483648～+2147483647。

    C200～C255以上加/減雙向計數(shù)器的計數(shù)方向由特殊輔助繼電器M8200～M8255設(shè)定，對應(yīng)的特殊輔助繼電器為ON時，為減計數(shù)器，反之為加計數(shù)器。

    如下圖所示，當(dāng)X3為OFF時，M8200為OFF，此時由M8200將計數(shù)器C200設(shè)定為加計數(shù)器。計數(shù)輸入X0每次驅(qū)動C200線圈時，計數(shù)器的當(dāng)前值加1，當(dāng)?shù)?次執(zhí)行線圈指令時，計數(shù)器C200的輸出常開觸點閉合，Y0為ON，之后即使計數(shù)器輸入X0再給計數(shù)器線圈送信號，計數(shù)器的當(dāng)前值也保持不變。當(dāng)復(fù)位輸入X1接通（ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器的當(dāng)前值為0，輸出接點C200也復(fù)位，Y0為OFF。應(yīng)注意的是，對于計數(shù)器C100～C199，即使PLC斷電，當(dāng)前值與輸出觸點的動作狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)也能保持。

    6、數(shù)據(jù)寄存器（D）

    數(shù)據(jù)寄存器主要用來存儲參數(shù)及工作數(shù)據(jù)，包括模擬量控制、位置控制、數(shù)據(jù)輸入/輸出等工作中所用到的數(shù)據(jù)。FX系列中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是16位（最高位為符號位）二進(jìn)制數(shù)或一個字，可以用兩個相鄰數(shù)據(jù)寄存器合并起來存儲32位（最高位為符號位）二進(jìn)制數(shù)或兩個字。數(shù)據(jù)寄存器分為4種類型：

    1.通用數(shù)據(jù)寄存器

    FX2N可編程控制器中的D0～D199是通用數(shù)據(jù)寄存器，共200點。

    數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)的寫入一般采用傳送指令，只要不往通用數(shù)據(jù)寄存器寫入新數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)就不會變化。但是，PLC運(yùn)行狀態(tài)由RUN→STOP時，全部數(shù)據(jù)均清零。（若特殊輔助繼電器M8033已被驅(qū)動，則數(shù)據(jù)不被清零。）

    2.鎖存數(shù)據(jù)寄存器

    FX2N可編程控制器中的D200～D7999為鎖存數(shù)據(jù)寄存器，共7800點（不同機(jī)型，該點數(shù)不同）。

    鎖存數(shù)據(jù)寄存器有斷電保持功能，PLC由RUN狀態(tài)進(jìn)入STOP狀態(tài)時，鎖存數(shù)據(jù)寄存器中的值保持不變。

    3.文件寄存器

    FX2N可編程控制器中的D1000～D7999為文件寄存器，共7000點。

    文件寄存器是用戶程序存儲器（RAM、EEPROM、EPROM）內(nèi)的一個存儲區(qū)，以500點為一個單位，最多可在參數(shù)設(shè)置時達(dá)到7000點。它只能用外部設(shè)備進(jìn)行寫入操作，在PLC運(yùn)行時，可用BMOV指令將其讀到通用數(shù)據(jù)寄存器中，但是不能用指令將數(shù)據(jù)寫入文件寄存器。用BMOV將數(shù)據(jù)寫入RAM后，再從RAM中讀出。將數(shù)據(jù)寫入EEPROM盒時，需要花費一定的時間，請務(wù)必注意。

    4.特殊數(shù)據(jù)寄存器

    FX2N可編程控制器中的D8000～D8255為特殊數(shù)據(jù)寄存器，共256點。

    特殊數(shù)據(jù)寄存器用來監(jiān)控PLC內(nèi)部的各種工作方式和元件，例如電池電壓、掃描時間等。其內(nèi)容是在PLC上電時，寫入的初始化值（一般先清零，然后由系統(tǒng)ROM來寫入）。如D8000用來存放警戒監(jiān)視時鐘，其時間是由系統(tǒng)ROM設(shè)定的。若需要改變，應(yīng)用傳送指令將目的時間送入D8000。該值在由運(yùn)行轉(zhuǎn)為停止時，保持不變。

    此外，F(xiàn)X系列PLC內(nèi)部的編程元件還有變址寄存器（V、Z）。

    變址寄存器（V、Z）除了和普通的數(shù)據(jù)寄存器有相同的使用方法外，還常用于修改器件的地址編號。變址寄存器由V0～V7及Z0～Z7共16點16位的數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，當(dāng)進(jìn)行32位操作時，將V和Z合并，其中Z為低16位。

    7、內(nèi)部指針與常數(shù)

    內(nèi)部指針（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(cè)母線的左邊。

    內(nèi)部指針（P/I）是在程序執(zhí)行到內(nèi)部時用來改變執(zhí)行流向的元件。分支指令有P0～P127，它們可用來指定條件跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用等，其中P63表示跳轉(zhuǎn)結(jié)束。中斷指令有I0～I(xiàn)8，輸入中斷I△0□，△表示輸入號，取值范圍為0～5，□=0表示下降沿中斷，□=1表示上升沿中斷，每個輸入只能用一次，以接受來自對應(yīng)的輸入編號（X0～X5）的輸入信號。定時器中斷I△□□，△表示定時器中斷號，取值范圍為6～8，□□表示定時時間，取值范圍為10～99ms，中斷指令根據(jù)IRET指令返回。

    常數(shù)K用來表示十進(jìn)制常數(shù)，16位常數(shù)的范圍為－32768～＋32768，32位常數(shù)的范圍為－2147483648～＋2147483647。

    常數(shù)H用來表示十六進(jìn)制常數(shù)，16位常數(shù)的范圍為0～FFFF，32位常數(shù)的范圍為0～FFFFFFFF。

    PLC內(nèi)部的編程元件都有確定的地址編號，不同廠家，不同型號的PLC，其編程元件的數(shù)量、種類、地址編號都不一樣，這對編程者是很重要的，下表以FX2N系列PLC為例，列出了其相關(guān)的編程元件。

表 FX 2N 系列 PLC 內(nèi)部各繼電器的編號