1、PLC的基本數據結構

    三菱FX系列PLC內部的編程元件從物理實質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，觸點也沒有數量限制、機械磨損和電蝕等問題。在不同的指令操作下，其工作狀態可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數字元件使用。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，即ON和OFF，可以分別用二進制1和0來表示這兩種狀態。

    2.字元件

    8個連續的位組成一個字節（byte），16個連續的位組成一個字（word），32個連續的位組成一個雙字（doubleword）。定時器和計數器的當前值和設定值均為有符號字，最高位（第十五位）為符號位，正數的符號位為0，負數的符號位為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接受信號的窗口，PLC內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，它通常采用八進制編碼，線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態。內部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數不限。各基本單元都是八進制輸入的地址，輸入為X000～X007，X010～X017，X020～X027，……，最多128點，它們一般位于機器的上端。圖為PLC系統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載使用，而其余常開/常閉觸點供內部程序使用。輸出繼電器常開/常閉觸點的使用次數不限。各基本單元都是按八進制編碼輸出，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，只能由程序驅動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯系，只供內部編程使用，且其常開/常閉觸點使用次數不受限制。輔助繼電器不能直接驅動外部負載，外部負載的驅動必須通過輸出繼電器來實現。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制編碼外，其它編程元件的元件號均采用十進制編碼。

    通用輔助繼電器的線圈由用戶程序驅動，若PLC在運行過程中突然斷電，輸出繼電器和通用輔助繼電器將全部變為OFF。若電源再次接通，除了因外部輸入信號而變為ON的以外，其余的仍將保持為OFF。

    FX2N的PLC內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

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

    FX2N的PLC內部共有鎖存繼電器2572點，從M500～M3071。

    在電源中斷時，PLC用鋰電池保持RAM中寄存器的內容，它們只是在PLC重新上電后的第一個掃描周期保持斷電瞬時的狀態。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，若電源中斷時M600為ON狀態，因為電路的記憶作用，重新通電后M600將保持ON狀態，從而使Y0繼續為ON，電動機重新開始運行。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，提供時鐘脈沖和標志（如進位、借位標志），設定PLC的運行方式，或用于步進順控、禁止中斷、設定計數器是加計數器或是減計數器等。特殊輔助繼電器可分為以下兩類：

    （1）觸點利用型

    由PLC的系統程序來驅動特殊輔助繼電器的線圈，在用戶程序中直接使用其觸點，但是不能出現它們的線圈，例如：

    M8000（運行監視）：當PLC執行用戶程序時M8000為ON，停止執行時M8000為OFF，如圖所示。

    M8002(初始化脈沖)：M8002僅在M8000由OFF變為ON狀態時的一個掃描周期內為ON，如圖6.10所示，可以用M8002的常開觸點來使有斷電保護功能的元件復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）：電池電壓下降至規定值時變為ON，可以用它的觸點驅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）線圈驅動型

    由用戶程序驅動其線圈，從而使PLC執行特定的操作，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”發光二極管熄滅；

    M8033的線圈“通電”后，PLC進入STOP狀態后，所有輸出繼電器的狀態保持不變；

    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、狀態繼電器（S）

    狀態繼電器是用于編制順序控制程序的一種編程元件（狀態標志），常與STL指令（步進梯形指令）配合使用，主要用于編程過程中順控狀態的描述和初始化。它與STL指令組合使用，容易編制出易懂的順控程序。當不對狀態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，其地址碼按十進制編碼。FX2N系列PLC的狀態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）與計數器（C）

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

    1.定時器（T）

    定時器在PLC中的作用相當于一個時間繼電器，PLC內的定時器是根據時鐘脈沖的累積形式，將PLC內的1ms、10ms、100ms等時鐘脈沖進行加法計數，當所計時間達到規定的設定值時，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的常數K作為設定值，也可以用數據寄存器（D）的內容作為設定值。定時器的元件號及其設定值如下：

    （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＝設定值×時鐘，定時器指令符號和時序圖如下圖所示。

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

    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的驅動輸入X0接通時，T250的當前值計數器開始對100ms的時鐘脈沖進行累積計數，當該值與設定值K100相等時，定時器的輸出觸點動作。在計數過程中，即使輸入X0斷電，它也會把當前值（如圖中的6s）保持下來，當X0通電時，再繼續累積4s，當累積時間為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位，所以需要用復位指令RST使其強制復位，如下圖，當復位輸入X1接通時，定時器就復位，輸出觸點也復位。

    2.計數器（C）

    FX2N系列PLC的計數器是在執行掃描操作時對內部元件X、Y、M、S、T、C的觸點通斷次數進行積算式定時方式計數。當計數次數達到計數器的設定值時，計數器觸點動作，使控制系統完成相應的控制作用。計數器的設定值可由常數K設定，也可以由指定的數據寄存器D的存儲數據來設定。

    計數器分為如下5類：

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

    （2）16位鎖存加計數器C100～C199，共100點，設定值：1～32767。

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

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

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

    C200～C255以上加/減雙向計數器的計數方向由特殊輔助繼電器M8200～M8255設定，對應的特殊輔助繼電器為ON時，為減計數器，反之為加計數器。

    如下圖所示，當X3為OFF時，M8200為OFF，此時由M8200將計數器C200設定為加計數器。計數輸入X0每次驅動C200線圈時，計數器的當前值加1，當第5次執行線圈指令時，計數器C200的輸出常開觸點閉合，Y0為ON，之后即使計數器輸入X0再給計數器線圈送信號，計數器的當前值也保持不變。當復位輸入X1接通（ON）時，執行RST指令，計數器的當前值為0，輸出接點C200也復位，Y0為OFF。應注意的是，對于計數器C100～C199，即使PLC斷電，當前值與輸出觸點的動作狀態或復位狀態也能保持。

    6、數據寄存器（D）

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

    1.通用數據寄存器

    FX2N可編程控制器中的D0～D199是通用數據寄存器，共200點。

    數據寄存器中數據的寫入一般采用傳送指令，只要不往通用數據寄存器寫入新數據，已寫入的數據就不會變化。但是，PLC運行狀態由RUN→STOP時，全部數據均清零。（若特殊輔助繼電器M8033已被驅動，則數據不被清零。）

    2.鎖存數據寄存器

    FX2N可編程控制器中的D200～D7999為鎖存數據寄存器，共7800點（不同機型，該點數不同）。

    鎖存數據寄存器有斷電保持功能，PLC由RUN狀態進入STOP狀態時，鎖存數據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）內的一個存儲區，以500點為一個單位，最多可在參數設置時達到7000點。它只能用外部設備進行寫入操作，在PLC運行時，可用BMOV指令將其讀到通用數據寄存器中，但是不能用指令將數據寫入文件寄存器。用BMOV將數據寫入RAM后，再從RAM中讀出。將數據寫入EEPROM盒時，需要花費一定的時間，請務必注意。

    4.特殊數據寄存器

    FX2N可編程控制器中的D8000～D8255為特殊數據寄存器，共256點。

    特殊數據寄存器用來監控PLC內部的各種工作方式和元件，例如電池電壓、掃描時間等。其內容是在PLC上電時，寫入的初始化值（一般先清零，然后由系統ROM來寫入）。如D8000用來存放警戒監視時鐘，其時間是由系統ROM設定的。若需要改變，應用傳送指令將目的時間送入D8000。該值在由運行轉為停止時，保持不變。

    此外，FX系列PLC內部的編程元件還有變址寄存器（V、Z）。

    變址寄存器（V、Z）除了和普通的數據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位的數據寄存器構成，可進行數據的讀寫，當進行32位操作時，將V和Z合并，其中Z為低16位。

    7、內部指針與常數

    內部指針（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，指針放在左側母線的左邊。

    內部指針（P/I）是在程序執行到內部時用來改變執行流向的元件。分支指令有P0～P127，它們可用來指定條件跳轉、子程序調用等，其中P63表示跳轉結束。中斷指令有I0～I8，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IRET指令返回。

    常數K用來表示十進制常數，16位常數的范圍為－32768～＋32768，32位常數的范圍為－2147483648～＋2147483647。

    常數H用來表示十六進制常數，16位常數的范圍為0～FFFF，32位常數的范圍為0～FFFFFFFF。

    PLC內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，列出了其相關的編程元件。

表 FX 2N 系列 PLC 內部各繼電器的編號