項目2 基本邏輯指令及定時器、計數器基礎

任務1 基本指令的使用

知識鏈接1 FX2N系列可編程控制器主要編程元件

PLC是按照電氣繼電控制線路設計思想，借助于大規模集成電路和計算機技術開發的一種新型工業控制器。使用者可以不必考慮PLC內部元器件的具體組成線路，而將PLC看成由各種功能元器件組成的工業控制器，利用編程語言對這些元器件線圈、觸點進行編程以達到控制要求，為此使用者必須熟悉和掌握這些元器件的功能、編號及其使用方法。每種元器件都用特定的字母來表示，如X表示輸入繼電器、Y表示輸出繼電器、M表示輔助繼電器、T表示定時器、C表示計數器、S表示狀態元件等，并對這些元器件給予規定的編號。下面對主要元器件做一下說明。

FX2N系列PLC具有數十種編程元件，其編號分為兩個部分。第一部分是代表功能的字母，如輸入繼電器用“X”表示，輸出繼電器用“Y”表示；第二部分為數字，數字為該類器件的序號。FX2N系列PLC中輸入繼電器及輸出繼電器的序號為八進制數，其余器件的序號為十進制數。

（1）輸入繼電器（X）。FX2N 系列可編程控制器輸入繼電器編號范圍為X000～X267（184點）。

輸入繼電器與PLC的輸入端相連，用于PLC接收外部開關信號，如開關、傳感器等輸入信號。輸入繼電器必須由外部信號來驅動，不能用程序驅動。它可提供無數對常開觸點和常閉觸點，這些接點在PLC內可以自由使用。

（2）輸出繼電器（Y）。輸出繼電器編號范圍為Y000～Y267（184點）。

輸出繼電器是PLC用來輸送信號到外部負載的元件，輸出繼電器只能用程序指令驅動，每一個輸出繼電器有一個外部輸出的常開觸點。而內部的軟觸點，不管是常開還是常閉，都可以無限次地自由使用。

（3）輔助繼電器（M）。PLC內部有很多輔助繼電器，輔助繼電器與輸出繼電器一樣只能用程序指令驅動，外部信號無法驅動它的常開、常閉觸點，在PLC內部編程時可以無限次地自由使用。但是，這些觸點不能直接驅動外部負載，外部負載必須由輸出繼電器的外部觸點來驅動。

在邏輯運算中經常需要一些中間繼電器進行輔助運算，這些器件往往用做狀態暫存或移位等運算。另外，輔助繼電器還具有一些特殊功能。下面是幾種常見的輔助繼電器。

① 通用輔助繼電器M0～M499。通用輔助繼電器按十進制地址編號M0～M499，共500點。

② 斷電保持輔助繼電器M500～M1023（524點）。PLC在運行過程中若發生停電，輸出繼電器和通用輔助繼電器全部成為斷開狀態。上電后，除了PLC運行時被外部輸入信號接通的以外，其他仍斷開。不少控制系統要求保持斷電瞬間狀態。斷電保持輔助繼電器就是用于此場合，斷電保持是由PLC內裝鋰電池支持的。

③ 特殊輔助繼電器M8000～M8255（256點）。PLC內有256個特殊輔助繼電器，這些特殊輔助繼電器各自具有特定的功能。通常分為兩大類。

● 只能利用其觸點的特殊輔助繼電器。線圈由PLC自動驅動，用戶只可以利用其觸點。例如：M8000為運行監控用，PLC運行時M8000接通；M8002為僅在運行開始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器；M8012為產生100ms時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。

● 可驅動線圈型特殊輔助繼電器，用戶激勵線圈后，PLC做特定動作，例如：M8030為鋰電池電壓指示燈特殊輔助繼電器，當鋰電池電壓跌落時，M8030動作，指示燈亮，提醒PLC維修人員需要趕快調換鋰電池了；M8033為PLC停止時輸出保持輔助繼電器；M8034為禁止全部輸出特殊輔助繼電器；M8039為定時掃描特殊輔助繼電器。

需要說明的是，未定義的特殊輔助繼電器不可在用戶程序中使用。

輔助繼電器的常開常閉觸點在PLC內可無限次地使用。

（4）狀態器（S）。狀態器是構成狀態轉移圖的重要器件，它與后述的步進順控指令配合使用。通常狀態器軟件有下面五種類型。

● 初始狀態器S0～S9共10點。

● 回零狀態器S10～S19共10點。

● 通用狀態器S20～S499共480點。

● 保持狀態器S500～S899共400點。

● 報警用狀態器S900～S999共100點。這100個狀態器器件可用做外部故障診斷輸出。

S0～S499沒有斷電保持功能，但是用程序可以將它們設定為有斷點保持功能的狀態。狀態器的常開、常閉觸點在PLC內可以使用，且使用次數不限。不用步進順控指令時，狀態器S可以作為輔助繼電器M在程序中使用。此外，每一個狀態繼電器還提供一個步進觸點，稱為STL觸點。在步進控制的梯形圖中使用。

（5）定時器（T）。PLC中定時器T相當于繼電器控制系統中的延時繼電器，它可提供無限對常開延時觸點、常閉延時觸點供編程使用。定時器元件號按十進制編號，設定時間由編程時設定系數K決定。T0～T199 為0.1s定時器，設定值范圍為0.1～3276.7s，最小單位為0.1s。T200～T245為0.01s定時器，設定值范圍為0.01～327.67s。其他還有積算型定時器。

（6）計數器（C）。計數器元件號按十進制編號，計數器計數次數由編程時設定系數K決定。它可提供無限對常開觸點、常閉觸點供編程使用。C0～C99為通用加計數器，計數范圍為1～32767。C100～C199為停電保持加計數器，計數范圍為1～32767。其他還有可逆加減計數器等。

知識鏈接2 基本指令

FX系列PLC有基本指令20條，步進指令2條，功能指令近百條。本節主要介紹基本指令。

1.邏輯取及線圈驅動指令LD、LDI、OUT

LD取指令：表示讀入一個與母線相連的常開觸點指令，即常開觸點邏輯運算起始。

LDI取反指令：表示讀入一個與母線相連的常閉觸點指令，即常閉觸點邏輯運算起始。

OUT線圈驅動指令，也叫輸出指令。

如圖2.1所示是上述三條基本指令的使用說明。

LD、LDI兩條指令的目標元件是X、Y、M、S、T、C，用于將觸點接到母線上。也可以與后述的ANB、ORB指令配合使用，在分支起點也可使用。

OUT是驅動線圈的輸出指令，它的目標元件是Y、M、S、T、C。對輸入繼電器X不能使用。OUT指令可以連續使用多次。

對定時器的定時線圈使用OUT指令后，必須設定常數K，圖中K為10，對應于延時時間為1s。對計數器的計數線圈，使用OUT指令后，也必須設定常數K，K表示計數器設定次數。

2.觸點串聯指令AND、ANI

AND與指令：用于單個常開觸點的串聯。

ANI與非指令：用于單個常閉觸點的串聯。

AND與ANI都是一個程序步指令，它們串聯觸點的個數沒有限制，也就是說這兩條指令可以多次重復使用。AND、ANI指令的使用說明如圖2.2所示。目標元件為X、Y、M、S、T、C。

3.觸點并聯指令OR、ORI

OR或指令：用于單個常開觸點的并聯。

ORI或非指令：用于單個常閉觸點的并聯。

OR與ORI指令都是一個程序步指令，它們的目標元件是X、Y、M、S、T、C。對這兩種指令的使用做如下說明。

（1）OR和ORI指令用于單個觸點的并聯連接。

（2）需要兩個以上觸點串聯連接電路塊的并聯連接時，要用后述的ORB指令。

OR、ORI是從該指令的當前步開始，對前面的LD、LDI指令并聯連接。并聯的次數無限制。OR、ORI指令的使用說明如圖2.3所示。

4.串聯電路塊的并聯連接指令ORB

兩個或兩個以上的觸點串聯連接的電路叫串聯電路塊。對串聯電路塊并聯連接時，有如下的說明。

（1）分支開始用LD、LDI指令，分支結果用ORB指令。

（2）ORB指令為無目標元件指令，而且為一個程序步。ORB有時也簡稱或塊指令。ORB指令的使用說明如圖2.4所示。

ORB指令的使用方法有兩種：一種是在并聯的每個串聯電路塊后加ORB指令，如圖2.4所示的語句表；另一種是集中使用ORB指令，兩種指令的使用對比如圖2.5所示。對于前者分散使用ORB指令時，并聯電路的個數沒有限制，但對于后者集中使用ORB指令時，這種電路塊并聯的個數不能超過8個（即重復使用LD、LDI指令的次數限制在8次以下），所以不推薦用后者編程。

5.并聯電路塊的串聯連接指令ANB

兩個或兩個以上接點并聯的電路稱為并聯電路塊，分支電路并聯電路塊與前面電路串聯連接時，使用ANB指令。在使用時應注意以下幾點。

（1）分支的起點用LD、LDI指令，并聯電路塊結束后，使用ANB指令與前面電路串聯。

（2）ANB指令簡稱與塊指令，ANB也是無操作目標元件，是一個程序步指令。ANB指令的使用說明如圖2.6和圖2.7所示。

（3）當并聯的串聯電路塊≥3時，有兩種編程方法，但最好采用如圖2.6所示的編程方法。串聯電路塊逐塊連接，對每一電路塊使用ANB指令，ANB使用次數無限制。采用如圖2.7所示的編程方法時，ANB指令雖然也可連續使用，但重復使用LD、LDI指令的次數限制在8次以下，這點請注意。

6.多重輸出指令MPS、MRD、MPP

MPS為進棧指令。

MRD為讀棧指令。

MPP為出棧指令。

PLC中有11個存儲中間運算結果的存儲器，稱為棧存儲器。進棧MPS指令就是將運算中間的結果存入棧存儲器，使用一次MPS指令，該時刻的運算結果就壓入棧存儲器第一級，再使用一次MPS指令，當前的運算結果壓入棧存儲器的第一級，先壓入的數據依次向棧的下一級推移。

使用出棧MPP指令就是將存入棧存儲器的各數據依次上移，最上級數據讀出后就從棧內消失。

讀棧MRD指令是存入棧存儲器的最上級的最新數據的讀出專用指令，棧內的數據不發生上移和下移。

這組指令都是沒有數據（操作元件號）的指令，可將觸點先存儲，因此可用于多重輸出電路。MPS、MRD、MPP指令的使用說明如圖2.8、圖2.9、圖2.10和圖2.11所示。如圖2.8所示給出了棧存儲器與多重輸出的指令。

如圖2.9所示是一層棧電路，并且與ANB、ORB指令配合。

如圖2.10所示是二層棧電路。如圖2.11所示是一個四層棧電路。

MPS、MRD、MPP指令在使用中應注意：

（1）MPS、MRD、MPP指令用于多重輸出電路。

（2）MPS與MPP指令必須配對使用。

（3）MPS與MPP連續使用必須少于11次。

7.主控及主控復位指令MC、MCR

MC為主控指令，用于公共串聯觸點的連接；MCR叫主控復位指令，即MC的復位指令。在編程時，經常遇到多個線圈同時受一個或一組觸點控制。如果在每個線圈的控制電路中都串入同樣的觸點，將多占用存儲單元，應用主控指令可以解決這一問題。使用主控指令的接點稱為主控觸點，它在梯形圖中與一般的觸點垂直。它們是與母線相連的常開觸點，是控制一組電路的總開關。MC、MCR指令的使用說明如圖2.12所示。

MC指令是3步指令，MCR指令是2步指令，兩條指令的操作目標元件是Y和M，但不允許使用特殊輔助繼電器M。

當如圖2.12所示的X0接通時，執行MC與MCR之間的指令；當輸入條件斷開時，不執行MC與MCR之間的指令。非積算定時器和用OUT指令驅動的元件復位，積算定時器、計數器、用SET/RST指令驅動的元件保持當前的狀態。使用MC指令后，母線移到主控觸點的后面，與主控觸點相連的觸點必須用LD或LDI指令。MCR使母線回到原來的位置。在MC指令區內使用MC指令稱為嵌套，嵌套級N的編號（0～7）順次增大，返回時用MCR指令，從大的嵌套級開始解除，如圖2.13所示。

8.置位與復位指令SET、RST

SET為置位指令，其功能是使元件置位并保持，直至復位為止。RST為復位指令，使元件復位并保持，直至置位為止。SET、RST指令的使用說明如圖2.14所示。

由圖2.14（c）的波形圖可知，當X0接通，即使再變成斷開，Y0也保持接通。X1接通后，即使再變成斷開，Y0也將保持斷開。SET指令的操作目標元件為Y、M、S。而RST指令的操作元件為Y、M、S、D、V、Z、T、C。這兩條指令是1～3程序步。用RST指令可以對定時器、計數器、數據寄存器、變址寄存器的內容清零。對同一編程元件，可多次使用SET和RST指令，還可用來復位積算定時器T246～T255和計數器。RST復位指令用于計算器、定時器的使用說明如圖2.15所示。

當X0接通，輸出接點T246復位，定時器的當前值也成為0。

輸入X1接通期間，T246接收1ms時鐘脈沖并計數，計到1234時Y0就動作。

32位計數器C200根據M8200的開、關狀態進行遞加或遞減計數，它對X4接點的開關數計數。輸出接點的置位或復位取決于計數方向及是否達到D0中所存的設定值。

輸入X3接通，輸出接點復位，計數器C200當前值清零。

9.脈沖輸出指令PLS、PLF

PLS指令在輸入信號上升沿產生脈沖輸出，而PLF在輸入信號下降沿產生脈沖輸出，這兩條指令都是2程序步，它們的目標元件是Y和M，但特殊輔助繼電器不能作為目標元件。

PLS、PLF指令的使用說明如圖2.16所示。使用PLS指令，元件Y、M僅在驅動輸入接通后的一個掃描周期內動作（置1），即PLS指令使M0產生一個掃描周期脈沖，而使用PLF指令，元件Y、M僅在驅動輸入斷開后的一個掃描周期內動作，即PLF指令使元件M1產生一個掃描周期脈沖。

10.空操作指令NOP

NOP指令是一條無動作、無目標的一程序步指令。可編程控制器的編程器一般都有指令的插入和刪除功能，在程序中一般很少使用NOP指令，執行完清除用戶存儲器的操作后，用戶存儲器的內容全部變為空操作指令。

11.程序結束指令END

END是一條無目標元件的一程序步指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，若在程序最后寫入END指令，則END以后的程序不再執行，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，按段插入END指令，可以順序擴大對各程序段動作的檢查。采用END指令將程序劃分為若干段，在確定處于前面電路塊的動作正確無誤之后，依次刪去END指令。要注意的是，在執行END指令時，監視時鐘也被刷新。

知識鏈接3 定時器與計數器

1.定時器

定時器相當于繼電器電路中的時間繼電器，可在程序中用做延時控制。

（1）定時器的類型。FX2N系列可編程控制器的定時器具有以下四種類型。

① 100ms定時器：T0～T199（200點），計時范圍：0.1～3276.7s。

② 10ms定時器：T200～T245（46點），計時范圍：0.01～327.67s。

③ 1ms積算定時器：T246～T249（4點：中斷動作），計時范圍：0.001～32.767s。

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

（2）定時器的工作原理。可編程控制器中的定時器是對機內1ms、10ms、100ms等不同規格時鐘脈沖累加計時的。定時器除了占有自己編號的存儲器位外，還占有一個設定值寄存器和一個當前值寄存器。設定值寄存器存放程序賦予的定時設定值。當前值寄存器記錄計時當前值。這些寄存器為16位二進制存儲器。其最大值乘以定時器的計時單位值即是定時器的最大計時范圍值。定時器滿足計時條件時開始計時，當前值寄存器則開始記數，當它的當前值與設定值寄存器存放的設定值相等時定時器動作，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，并通過程序作用于控制對象，達到時間控制的目的。

（3）普通定時器與積算定時器的使用。如圖2.17所示為定時器在梯形圖中使用的情況。圖2.17（a）所示為普通定時器。圖2.17（b）所示為積算定時器。圖2.17（a）中X001為計時條件，當X001接通時，定時器T10計時開始。K20為設定值。十進制數“20”為該定時器計時單位值的倍數。T10為100ms定時器，當設定值為“K20”時，其計時時間為2s。圖中Y010為定時器的工作對象。當計時時間到，定時器T10的常開觸點接通，Y010置1。在計時過程中，計時條件X001斷開或PLC電源停電，計時過程中止且當前值寄存器復位（置0）。若X001斷開或PLC電源停電發生在計時過程完成且定時器的觸點已動作時，觸點的動作也不能保持。

若把定時器T10換成積算定時器T250，情況就不一樣了。積算定時器在計時條件失去或PLC失電時，其當前值寄存器的內容及觸點狀態均可保持，可在多次斷續的計時過程中“累計”計時時間，所以稱為“積算”。如圖2.17（b）所示為積算定時器T250的工作梯形圖。因積算定時器的當前值寄存器及觸點都有記憶功能，必須在程序中加入專門的復位指令。圖中X002即為復位條件。當X002執行“RST T250”指令時，T250的當前值寄存器及觸點同時置0。

定時器可采用十進制常數（K）作為設定值，也可用后述的數據寄存器的內容做間接指定。

2.計數器

計數器在程序中用做計數控制。FX2N系列可編程控制器計數器可分為內部計數器及外部計數器。內部計數器是對機內元件（X、Y、M、S、T和C）的信號計數的計數器。由于機內信號的頻率低于掃描頻率，內部計數器是低速計數器，也稱普通計數器。對高于機器掃描頻率的信號進行計數，需用高速計數器。機內高速計數器的使用將在后續章節介紹。現將普通計數器分類介紹如下。

（1）16 位增計數器（設定值：1～32767）。有兩種16 位二進制增計數器，通用的C0～C99（100點）和掉電保持用的C100～C199（100點）。

16位是指其設定值及當前值寄存器為二進制16位寄存器，其設定值在K1～K32767范圍內有效。設定值K0與K1意義相同，均在第一次計數時，其觸點動作。

如圖2.18所示為16位增計數器的工作過程。圖中計數輸入X011是計數器的工作條件，X011每次接通驅動計數器C0 的線圈時，計數器的當前值加1。“K10”為計數器的設定值。當第10次執行線圈指令時，計數器的當前值和設定值相等，觸點就動作。計數器C0 的工作對象Y000接通，在C0的常開觸點置1后，即使計數器輸入X011再動作，計數器的當前狀態保持不變。

由于計數器的工作條件X011本身就是斷續工作的，外電源正常時，其當前值寄存器具有記憶功能，因而即使是非掉電保持型的計數器也需要復位指令才能復位。圖中X010為復位條件。當復位輸入X010接通時，執行RST指令，計數器的當前值復位為0，輸出觸點也復位。

計數器的設定值，除了常數設定外，也可通過數據寄存器間接設定。

使用計數器C100～C199時，即使停電，當前值和輸出觸點的置位/復位狀態也能保持。

（2）32位增/減計數器（設定值：-2147483648～+2147483647）。有兩種32位的增/減計數器，通用的C200～C219（20點）和掉電保持用的C220～C234（15點）。

32位是指其設定值寄存器為32位。由于是雙向計數，32位的首位為符號位。設定值的最大絕對值為31 位二進制數所表示的十進制數，即為-2147483648～+2147483647。設定值可直接用數據或間接用數據寄存器的內容。間接設定時，要用元件號緊連在一起的兩個數據寄存器。

計數的方向（增計數器或減計數器）由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定。

對于C×××，當M8×××接通（置1）時為減法計數，當M8×××斷開（置0）時為加法計數。

如圖2.19所示為32位增/減計數器的動作過程。圖中X014作為計數輸入驅動C200線圈進行加計數或減計數。X012為計數方向選擇。計數器設定值為-5。當計數器的當前值由-6增加為-5時，其觸點置1，由-5減小為-6時，其觸點置0。

32位增/減計數器為循環計數器。當前值的增減雖與輸出觸點的動作無關，但從+2147483647起再進行加計數，當前值就變成-2147483648。從-2147483648起再進行減計數，則當前值變為+2147483647。

當復位條件X013接通時，執行RST指令，則計數器的當前值為0，輸出觸點也復位；使用斷電保持計數器，其當前值和輸出觸點狀態皆能斷電保持。

32位計數器可當做32位數據寄存器使用，但不能用做16位指令中的操作元件。