1.3 FX2 N系列PLC的內部資源

PLC的軟元件主要包括輸入繼電器X、輸出繼電器Y、輔助繼電器M、狀態繼電器S、定時器T、計數器C、數據寄存器D、指針 (P、I) 等。

1. 輸入/輸出繼電器的編號及其功能

輸入繼電器 (X) 是PLC接收外部輸入的開關量信號的窗口。PLC將外部信號的狀態讀入并存儲在輸入映像寄存器內，即輸入繼電器中。外部輸入電路接通時，對應的映像寄存器為ON (“1”狀態)。既然是繼電器，我們自然會想到硬繼電器的觸點和線圈，在PLC中繼電器實際上不是真正的繼電器，而是一個“命名”而已。但它也用線圈和觸點表示，這些觸點和線圈我們把它理解為軟線圈和軟觸點，在梯形圖中可以無次數限制地使用。如圖1-8所示，當外部輸入電路接通時，對應的映像寄存器為“1”狀態，表示該輸入繼電器常開觸點閉合，常閉觸點斷開。輸入繼電器的狀態唯一地取決于外部輸入信號，不可能受用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對不能出現輸入繼電器線圈。輸出繼電器 (Y) 是PLC向外部負載發送信號的窗口。輸出繼電器用來將可編程序控制器的輸出信號傳送給輸出模塊，再由后者驅動外部負載。

FX2N系列PLC的輸入繼電器和輸出繼電器的元件用字母和八進制數表示，輸入繼電器、輸出繼電器的編號與接線端子的編號一致。表1-11給出了FX2N系列PLC的輸入/輸出繼電器元件號。

2. 輔助繼電器的編號及其功能

PLC內部有很多輔助繼電器(M)，輔助繼電器和PLC外部無任何直接聯系，它的線圈只能由PLC內部程序控制。它的常開和常閉兩種觸點只能在PLC內部編程時使用，且可以無限次自由使用，但不能直接驅動外部負載。外部負載只能由輸出繼電器觸點驅動。FX2N系列PLC的輔助繼電器有通用輔助繼電器、斷電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。

在FX2N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數外，其他編程元件的元件號均采用十進制數。

1）通用輔助繼電器 FX2N的輔助繼電器的元件編號為M0～M499，共500點。如果PLC在運行時電源突然中斷，輸出繼電器和M0～M499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，其余的仍保持OFF狀態。

2）斷電保持輔助繼電器M500～M3071 FX2N系列PLC在運行中若發生斷電，輸出繼電器和通用輔助繼電器全部成為斷開狀態；上電后，這些狀態不能恢復。某些控制系統要求記憶電源中斷瞬時的狀態，重新通電后再現其狀態，M500～M3071可以用于這種場合。

3）特殊輔助繼電器 FX2N內有256個特殊輔助繼電器，地址編號為M8000～M8255，它們用來表示PLC的某些狀態，提供時鐘脈沖和標志 (如進位、借位標志等)，設定PLC的運行方式，或者用于步進順控、禁止中斷、設定計數器的計數方式等。特殊輔助繼電器通常分為兩大類。

(1)只能利用其觸點的特殊輔助繼電器：此類輔助繼電器的線圈由PLC的系統程序來驅動。在用戶程序中可直接使用其觸點的有M8000、M8002、M8005等。

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。

M8002：初始化脈沖。僅在可編程控制器運行開始瞬間接通一個掃描周期。M8002的常開觸點常用于某些元件的復位和清零，也可作為啟動條件。

M8005：鋰電池電壓降低。鋰電池電壓下降至規定值時變ON，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。

M8011～M8014分別是1ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖。

(2)線圈驅動型特殊輔助繼電器：這類輔助繼電器由用戶程序驅動其線圈，使PLC執行特定的操作，如M8033、M8034、M8039的線圈等。

M8033的線圈“通電”時，PLC由RUN進入STOP狀態后，映像寄存器與數據寄存器中的內容保持不變。

M8034的線圈“通電”時，全部輸出被禁止。

M8039的線圈“通電”時，PLC以D8039中指定的掃描時間工作。

其余的特殊輔助繼電器的功能在這里不一一列舉，讀者可查FX2N的用戶手冊。

3. 狀態繼電器的編號及其功能

狀態繼電器 (S)是用于編制順序控制程序的一種編程元件，它與后述的步進順控指令配合使用。通常，狀態繼電器有下面5種類型。

(1) 初始狀態繼電器S0～S9共10點。

(2)回零狀態繼電器S10～S19共10點，供返回原點用。

(3)通用狀態繼電器S20～S499共480點，沒有斷電保持功能，但是用程序可以將它們設定為有斷電保持功能狀態。

(4)斷電保持狀態繼電器S500～S899共400點。

(5) 報警用狀態繼電器S900～S999共100點。

不用步進順控指令時，狀態繼電器S可以作為輔助繼電器 (M) 使用。供報警用的狀態繼電器，可用于外部故障診斷的輸出。

4. 定時器的編號及其功能

PLC中的定時器(T)相當于繼電器接觸器控制系統中的時間繼電器。FX2N系列PLC給用戶提供最多256個定時器，其編號為T0～T255。其中，常規定時器246個，積算定時器10個。每個定時器有一個設定定時時間的設定值寄存器(一個字長)，一個對標準時鐘脈沖進行計數的計數器(一個字長)，一個用來存儲其輸出觸點狀態的映像寄存器(位寄存器)。這三個存儲單元使用同一個元件號。設定值可以用常數K進行設定，也可以用數據寄存器(D)的內容來設定。例如，外部數字開關輸入的數據可以存入數據寄存器(D)作為定時器的設定值。FX2N內的定時器根據時鐘累積計時，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms三擋；當所計時間到達設定值時，輸出觸點動作。

1）常規定時器T0～T245 T0～T199為100ms定時器，共200點，定時時間范圍為0.1～3276.7 s。其中，T192～T199為子程序中斷服務程序專用的定時器；T200～T245為10ms定時器，共46點，定時范圍為0.01～327.67s。

【實例1-1】 普通定時器應用實例

圖1-9所示是定時器的工作原理圖。當驅動輸入X0接通時，定時器T10的當前值計數器對100ms的時鐘脈沖進行累積計數。當該值與設定值K123相等時，定時器的輸出觸點就接通，即輸出觸點是其線圈被驅動后的123 × 0.1 s =12.3 s時動作。若X0的常開觸點斷開后，定時器T10被復位，它的常開觸點斷開，常閉觸點接通，當前值計數器恢復為零。

常規定時器沒有保持功能，在輸入電路斷開或停電時復位 (清零)。

2）積算定時器T246～T255 積算定時器有兩種，一種是T246～T249 (共4點)為1ms積算定時器，定時范圍為0.001～32.767s；另一種是T250～T255 (共6點)為100ms積算定時器，每點設定值范圍為0.1～3276.7s。

【實例1-2】 積算定時器應用實例

圖1-10所示是積算定時器工作原理圖。當定時器的驅動輸入X001接通時，T250的當前值計數器開始累積100ms的時鐘脈沖的個數，當該值與設定值K345相等時，定時器的輸出觸點T250接通。當輸入X001斷開或系統停電時，當前值可保持，輸入X001再接通或復電時，計數在原有值的基礎上繼續進行。當累積時間為t1 +t2 =(0.1 × 345)s =34.5 s時，輸出觸點動作。當輸入X002接通時，計數器復位，輸出觸點也復位。

以上定時器的工作過程可知，定時器屬于通電延時型。如果要完成斷電延時的控制功能，可利用它的常閉觸點進行控制，如圖1-11所示。若輸入X001接通，Y000線圈通電產生輸出，并通過Y000觸點自鎖。當X001斷開時，線圈Y000不立即停止輸出，而是經過T5延時20 s后停止輸出。

5. 內置計數器的編號及其功能

內部計數器是PLC在執行掃描操作時對內部信號X、Y、M、S、T、C等進行計數的計數器。內部計數器輸入信號的接通或斷開的持續時間，應大于PLC的掃描周期。

1）16位加計數器 16位加計數器有200個，地址編號為C0～C199。其中C0～C99為通用型，C100～C199為斷電保持型。設定值為1～32767。

【實例1-3】 加計數器應用實例

圖1-12 給出了加計數器的工作過程。

圖中X010的常開觸點接通后，C0被復位，它對應的位存儲單元被置為“0”，它的常開觸點斷開，常閉觸點接通，同時計數器當前值被置為“0”。X011用來提供計數輸入信號，當計數器的復位輸入電路斷開，計數輸入上升沿到來時，計數器的當前值加“1”，在10個計數脈沖之后，C0的當前值等于設定值10，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。再來計數脈沖時，當前值不變，直到復位信號到來，計數器被復位，當前值被置為“0”。除了可由常數K來設定計數器的設定值外，還可以通過指定數據寄存器D來設定，這時設定值等于指定的數據寄存器中的數據。

2）32位加/減計數器 32位加/減計數器共有35個，編號為C200～C234，其中C200～C219為通用型，C220～C234為斷電保持型，它們的設定值為-2147483648～+2147483647，可由常數K設定，也可以通過指定數據寄存器來設定。32位設定值存放在元件號相連的兩個數據寄存器中。如果指定的寄存器為D0，則設定值存放在Dl和D0中。

32位加/減計數器C200～C234的加/減計數方式由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定。特殊輔助繼電器為ON時，對應的計數器為減計數；反之為加計數。

【實例1-4】 32位加/減計數器應用實例

圖1-13中C200的設定值為5，當X012輸入斷開，M8200線圈斷開時，對應的計數器C200進行加計數。當當前值≥5時，計數器的輸出觸點為ON。當X012輸入接通時，M8200線圈通電，對應的計數器C200進行減計數。當當前值<5時，計數器的輸出觸點為OFF。復位輸入X013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。

如果使用斷電保持計數器，在電源中斷時，計數器停止計數，并保持計數當前值不變，電源再次接通后，計數器在當前值的基礎上繼續計數。因此斷電保持計數器可累計計數。在復位信號到來時，斷電保持計數器當前值被置“0”。

3）高速計數器 內部計數器是對PLC的內部信號X、Y、M、S、T、C等計數，其響應速度為數十Hz以下。若內部信號周期小于PLC的掃描周期，計數器就不能正確計數。因此對于頻率較高的信號的計數，應采用高速計數器。

高速計數器共21點，地址編號為C235～C255。但用于高速計數器輸入的PLC輸入端X0～X5只有6點。如果這6個輸入端中的一個已被某個高速計數器占用，它就不能再用于其他高速計數器或其他用途。也就是說，由于只有6個高速計數器輸入端，最多只能允許6個高速計數器同時工作。

21個高速計數器均為32位加/減計數器。它的選擇并不是任意的，而是取決于所需計數器的類型及高速輸入端子。如表1-12所示，各個高速計數器有對應的輸入端子，分為4種類型：

(1) 1相無啟動/復位端子高速計數器C235～C240；

(2) 1相帶啟動/復位端子高速計數器C241～C245；

(3) 1相2輸入雙向高速計數器C246～C250；

(4) 2相A-B型高速計數器C251～C255。

在高速計數器的輸入中，X0、X2、X3最高計數頻率為10 kHz，X1、X4、X5的最高計數頻率為7 kHz。X6和X7只能用做高速計數器的啟動信號而不能用于高速計數。不同類型的計數器可以同時使用，但它們的輸入不能共用。例如，C251、C235、C236、C241、C244、C246、C247、C249、C252、C254等就不能同時使用，因為這些高速計數器都要使用輸入端X0、X1。

高速計數器是按中斷原則運行的，因而它獨立于掃描周期，選定計數器的線圈應以連續方式驅動，以表示這個計數器及其有關輸入連續有效，其他高速處理不能再用其輸入端子。

【實例1-5】 單相高速計數器的使用實例

如圖1-14所示，C235在X012為ON時，對輸入X000的接通、斷開狀態進行計數，如果X011為ON，執行RST復位指令。動作波形圖如圖1-15所示。

利用計數輸入X000，通過中斷，C235進行增計數或者減計數。計數器當前值由-6變化為-5時，輸出觸點被置位。計數器當前值由-5變化為-6時，輸出觸點被復位，雖然當前值的增減與輸出觸點的動作無關，但是如果由2147483647減計數則變成-2147483648。同理，如果由-2147483648加計數則變成2147483647 (又稱為環形計數)。如果復位輸入X011為ON，則在執行RST復位指令時，計數器的當前值為0，輸出觸點復位。在供停電保持用的高速計數器中，即使斷開電源，計數器的當前值、輸出觸點動作、復位狀態也被停電保持。

6. 數據寄存器的編號及其功能

在一個復雜的PLC控制系統中需要大量的工作參數和數據，這些參數和數據存儲在數據存儲器中。FX2N系列PLC的數據存儲器的長度為雙字節 (16位)。也可以通過兩個數據存儲器的組合構建一個4字節 (32位)的數據。

1）通用數據存儲器D0～D199通道分配D0～D199，共200點。只要不寫入其他數據，已寫入的數據不會變化。但是，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）斷電保持數據寄存器D200～D7999通道分配D200～D511，共312點，或D200～D999，共800點(由機器的具體型號定)，基本上與通用數據寄存器等同。除非改寫，否則原有數據不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，其內容也不變化。然而在兩臺PLC做點對的通信時，D490～D509被用于通信操作。

3）文件寄存器通道D1000～D2999通道分配D1000～D2999，共2000點。文件寄存器是在用戶程序存儲器(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到2000點。用外部設備口進行寫入操作。在PLC運行時，可用BMOV指令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，務必注意。

4）RAM文件寄存器通道分配D6000～D7999，共2000點。驅動特殊輔助繼電器M8074，由于采用掃描被禁止，上述的數據寄存器可作為文件寄存器處理，用BMOV指令傳送數據 (寫入或讀出)。

5）特殊用寄存器通道分配D8000～D8255，共256點。是寫入特定目的的數據或已經寫入數據寄存器，其內容在電源接通時，寫入初始化值 (一般先清零，然后由系統ROM來寫入)。

7. 指針的編號及其功能

1）分支用指針（P）指針(P/T) 包括分支用指針P0～P127 (共128點)和中斷用指針I × × × (共15點)。P0～P127用來指示跳轉指令CJ的跳轉目標和子程序調用指令(CALL) 調用的子程序的入口地址。如圖1-16中X001常開觸點接通時，執行條件跳轉指令CJ P0，跳轉到指令的標號位置P0，執行標號P0開始的程序。X001常開觸點接通時，執行子程序調用指令CALL P1，跳轉到標號P1處，執行從P1開始的子程序；當執行到子程序中的SRET (子程序返回)指令時返回主程序，從CALL P1下面一條指令開始執行。

2）中斷用指針（Ⅰ） 中斷用指針 (I) 用來指明某一中斷源的中斷程序入口標號。當中斷發生時，CPU從標號開始的中斷程序執行。當執行到IRET (中斷返回) 指令時返回主程序。FX2N系列PLC的中斷源有6個輸入中斷、3個定時器中斷、6個計數器中斷。

(1) 輸入中斷用：接收來自特定編號的輸入信號，而不受可變程序控制器的掃描周期的影響。觸發該輸入信號，執行中斷子程序。通過輸入中斷可處理比掃描周期更短的信號，因而可以在順控過程中作為必要的優先處理或者在短時脈沖處理控制中使用。

(2) 定時器中斷用：在指定的中斷循環時間 (10～99ms) 執行中斷子程序。在需要有別于可編程序控制器的運算周期的循環處理控制中使用。

(3) 計數器中斷用：根據可編程序控制器內置的高速計數器的比較結果，執行中斷子程序，用于利用高速計數器優先處理計數結果的控制。