1.4　PLC的編程元件

1.4.1　PLC的型號

三菱PLC典型的有兩大類型：FX系列和Q系列。

（1）三菱PLC發展歷程

①1980～1990年：三菱PLC主要有F/F1/F2系列小型PLC，K/A系列中、大型PLC。

②1990～2000年：三菱PLC主要分為FX系列小型PLC，A系列（A2S/A2US/Q2A）中大型PLC。

③2000年以后：三菱PLC主要分為FX系列小型PLC，Q系列（Qn/QnPH）中大型PLC。

（2）FX系列PLC

①型號　在PLC的正面，一般都有表示該PLC型號的銘牌，通過閱讀該銘牌即可以獲得該PLC的基本信息。FX系列PLC的型號命名基本格式與含義如下。

序列號：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC、3U、3UC等。

I/O總點數：10～256。

單元類型：M——基本單元；E—輸入輸出混合擴展單元及擴展模塊；

　　　　　EX——輸入專用擴展模塊；EY——輸出專用擴展模塊。

輸出形式：R——繼電器輸出；T——晶體管輸出；S——晶閘管輸出。

特殊品種：D——DC電源，DC輸入；A1——AC電源，AC輸入；

　　　　　H——大電流輸出擴展模塊（1A/點）；V——立式端子排的擴展模塊；

　　　　　C——接插口輸入輸出方式；F——輸入濾波器1ms的擴展模塊；

　　　　　L——TTL輸入擴展模塊；S——獨立端子（無公共端）擴展模塊。

若特殊品種一項無符號，說明通指AC電源、DC輸入、橫排端子排；繼電器輸出為2A/點；晶體管輸出為0.5A/點；晶閘管輸出為0.3A/點。

【例1-1】FX2N-48MRD含義為FX2N系列，輸入輸出總點數為48點，繼電器輸出，DC電源，DC輸入的基本單元。

【例1-2】FX-4EYSH的含義為FX系列，輸入點數為0點，輸出4點，晶閘管輸出，大電流輸出擴展模塊。

FX還有一些特殊的功能模塊，如模擬量輸入輸出模塊、通信接口模塊及外圍設備等，使用時可以參照FX系列PLC產品手冊。

②FX系列PLC　FX系列PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX3U四種基本類型的PLC，早期還有FX0系列。

a.FX1S系列：整體固定I/O結構，最大I/O點數為40，I/O點數不可擴展。

b.FX1N、FX2N、FX3U系列：基本單元加擴展的結構形式，可以通過I/O擴展模塊增加I/O。FX1N最大的I/O點數是128點。

c.FX2N系列：最大的I/O點數是256點。

d.FX3U系列：最大的I/O點數是384點（包括CC-Link連接的遠程I/O）。

e.FX1NC/FX2NC/FX3UC系列：為變形系列，主要區別是端子的連接方式和PLC的電源輸入，變形系列的端子采用的插入式，輸入電源只能24V DC，較普通系列便宜。普通系列的端子是接線端子連接，電壓允許使用AC電源。

FX1S系列PLC只能通過RS-232、RS-422/RS-485等標準接口與外部設備、計算機以及PLC之間通信，而FX1N/FX2N/FX3U增加了AS-i/CC-Link網絡通信功能。

（3）Q系列PLC Q系列PLC是三菱公司從原A系列PLC基礎上發展起來的中大型PLC模塊化系列產品。按性能Q系列PLC的CPU可以分為基本型、高性能型、過程控制型、運動控制型、計算機型、冗余型等多種系列。

①基本型CPU　有Q00J、Q00、Q01共三種基本型號。Q00J型為結構緊湊、功能精簡型PLC，最大的I/O點數為256點，程序容量為8K，可以適用于小規模控制系統。

Q01系列CPU在基本型中功能最強，最大的I/O點數可以達到1024點。

②高性能CPU　有Q02、Q02H、Q06H、Q12H、Q25H等品種，Q25H系列的功能最強，最大的I/O點數為4096點，程序容量為252K，可以適用于中大規模的控制系統。

③過程控制CPU　有Q12PH、Q25PH兩種基本型號，可以用于小型DCS系統的控制。過程控制CPU構成的PLC系統，使用的編程軟件與通用PLC系統（DX Develop）不同，使用的是PX Develop軟件。它可以使用過程控制專用編程語言FBD進行編程，過程控制CPU增強了PID調節功能。

④運動CPU　有Q172、Q173兩種基本型號，分別可以用于8軸與32軸的定位控制。

⑤冗余CPU　有Q12PRH與Q25PRH兩種規格，冗余系統用于對控制系統可靠性要求極高，不允許控制系統出現停機的控制場合。

1.4.2　PLC的硬件

PLC的組成基本同微機一樣，由電源、中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口及外圍設備接口等構成。圖1-8是其硬件系統的簡化框圖。

（1）CPU　CPU是整個PLC系統的核心，指揮PLC有條不紊地進行各種工作。

①CPU類型

a.通用微處理器（8080、8086、80286、80386等）。

b.單片機（8031、8096等）。

c.位片式微處理器（AM2900、AM2901、AM2903等）。

小型PLC采用單CPU系統，中、大型PLC采用雙CPU系統（字處理器、位處理器）。

②CPU的作用　CPU是PLC系統的核心，有如下主要功能。

a.接收并存儲用戶程序和數據。

b.檢查、校驗用戶程序。

對正在輸入的用戶程序進行檢查，發現語法錯誤立即報警，并停止輸入；在程序運行過程中若發現錯誤，則立即報警或停止程序的執行。

c.接收現場的狀態或數據并存儲。

將接收到現場輸入的數據保存起來，在需要修改數據時將其調出并送到需要該數據處。

d.PLC進入運行后，執行用戶程序，存儲執行結果，并將執行結果輸出。

當PLC進入運行狀態，CPU根據用戶程序存放的先后順序，逐條讀取、解釋和執行程序，完成用戶程序中規定的各種操作，并將程序執行的結果送至輸出端口，以驅動可編程控制器的外部負載。

e.診斷電源、PLC內部電路的工作故障。

診斷電源、可編程控制器內部電路的故障，根據故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應的信息，以提示用戶及時排除故障或糾正錯誤。

（2）ROM　系統程序存儲器（ROM）用以存放系統工作程序（監控程序）、模塊化應用功能子程序、命令解釋功能子程序的調用管理程序，以及對應定義（I/O、內部繼電器、定時器、計數器、移位寄存器等存儲系統）與參數等功能。

（3）RAM　用戶存儲器（RAM）用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲器通常以“字”為單位來表示存儲容量。同時系統程序不能由用戶直接存取，因而通常PLC產品資料中所指的存儲器形式或存儲方式及容量，是對用戶程序存儲器而言。

常用的用戶存儲方式及容量形式或存儲方式有CMOSRAM、EPROM和EE-PROM。

特別說明一下可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）。它是非易失性的，但可以用編程裝置對它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取的優點，但是將信息寫入它需要的時間比RAM長得多。EEPROM用來存放用戶程序和需要長期保存的重要數據。用戶信息儲存常用盒式磁帶和磁盤等。

（4）輸入接口電路　按可接納的外部信號電源的類型不同分為直流輸入接口電路和交流輸入接口電路。如圖1-9所示。

（5）輸出接口電路　輸出接口電路接收主機的輸出信息，并進行功率放大和隔離，經過輸出接線端子向現場的輸出部分輸出相應的控制信號。它一般由微電腦輸出接口和隔離電路、功率放大電路組成。

①PLC的三種輸出形式

a.繼電器（R）輸出（電磁隔離）：用于交流、直流負載，但接通斷開的頻率低。

b.晶體管（T）輸出（光電隔離）：用于直流負載，有較高的接通斷開頻率。

c.晶閘管（S）輸出（光觸發型進行電氣隔離）：僅適用于交流負載。

第一種的最大觸點容量2A，后兩種分別為0.5A與0.3A。

②輸出端子兩種接線方式　如圖1-10所示。

a.分隔輸出的接線方式：輸出各自獨立（無公共點）。

b.分組輸出的接線方式：每4～8個輸出點構成一組，共用一個公共點。

（6）編程器　編程器作為用戶程序的編制、編輯、調試檢查和監視等，還可以通過其鍵盤去調用和顯示PLC的一些內部狀態和系統參數。它通過通信端口與CPU聯系，完成人機對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監控轉換開關。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符式命令語言助記符，也可以采用軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對話方式進行編程。編程器分為簡易型和智能型兩類。前者只能聯機編程，而后者既可聯機編程又可脫機編程。同時前者輸入梯形圖的語言鍵符，后者可以直接輸入梯形圖。

（7）外部設備　一般PLC都配有盒式錄音機、打印機、EPR0M寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監控系統等外部設備。

（8）電源　根據PLC的設計特點，它對電源并無特別要求，可使用一般工業電源。

電源一般為單相交流電源（AC 100～240V，50/60Hz），也有用直流24V供電的。

對電源的穩定性要求不是太高，允許在額定電源電壓值的±（10％～15％）范圍波動。

小型PLC的電源與CPU合為一體，中大型PLC用單獨的電源模塊。

1.4.3　PLC的軟件

（1）軟元件（編程元件、操作數）

①軟元件概念　PLC內部具有一定功能的器件（輸入/輸出單元、存儲器的存儲單元）。

②軟元件分類　PLC應用指令中，內容不隨指令執行而變化的操作數為源操作數，內容隨執行指令而改變的操作數為目標操作數。

a.位元件　三菱PLC的編程中，位元件是只處理ON/OFF（1/0）信息的軟元件，如X、Y、M、S等。

X：輸入繼電器，用于輸入給PLC的物理信號；Y：輸出繼電器，從PLC輸出的物理信號；M（輔助繼電器）和S（狀態繼電器）：PLC內部的運算標志。

說明：

?位單元只有ON和OFF兩種狀態，用“0”和“1”表示。

?元件可通過組合使用，4個位元件為一個單元，表示方法是由Kn加起始軟元件號（首元）組成，n為單元數。

例如K4M0表示M15～M0組成4個位元件組（K4表示4個單元），它是一個16位數據，M0為最低位。又如K4Y0表示Y17～Y0組成4個位元件組（注意Y為八進制）。

b.字元件　字元件是處理數值的軟元件，如T、C、D等。

數據寄存器D是模擬量檢測以及位置控制等場合存儲數據和參數。

源操作數Kn+首元件是三菱PLC編程中把位元件通過組合使用來處理數據的一種使用方法，其標準表達是以位數Kn和起始的軟元件號的組合。

最關鍵的是記住這種組合是以4位為單位的。比如K2M0里K2就表示是2個4位的組合，即有8位，這8位的起始元件號是M0，那么這8位組合（K2M0）就是M7、M6、M5、M4、M3、M2、M1、M0的組合。我們知道M0～M7這些單個的位元件的值只能為0或者1，可把M7～M0組合起來后，就可以用來處理一個8位的數據，而一個8位的數據就相當于一個字了。

字（WORD）為8位二進制；字節（BYTE）為4位；雙字（DOUBLE WORD）為16位。

附注：西門子PLC字為16位二進制；字節為8位；半字節為4位；雙字節為32位。

（2）FX系列PLC的編程軟元件　FX系列PLC的編程軟元件框圖如圖1-11所示。

①輸入繼電器（X）

a.作用：用來接收外部輸入的開關量信號。輸入端通常外接常開觸點或常閉觸點。

b.編號：采用八進制，如X000～X007，X010～X017，…。

c.說明：

?輸入繼電器以八進制編號。FX2N系列帶擴展時最多有184點輸入繼電器（X0～X267）。

?輸入繼電器只能外部輸入信號驅動，不能程序驅動。

?可以有無數的常開觸點和常閉觸點。

?輸入信號（ON、OFF）至少要維持一個掃描周期。

②輸出繼電器（Y）

a.作用：程序運行的結果，驅動執行機構控制外部負載。

b.編號：Y000～Y007，Y010～Y017，…。

c.說明：

?輸出繼電器以八進制編號。FX2N系列PLC帶擴展時最多184點輸出繼電器（Y0～Y267）。

?輸出繼電器可以程序驅動，也可以外部輸入信號驅動。

?輸出模塊的硬件繼電器只有一個常開觸點，梯形圖中輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點可以多次使用。

③輔助繼電器（M）　輔助繼電器也叫中間繼電器，用軟件實現，是一種內部的狀態標志，相當于繼電控制系統中的中間繼電器。

a.說明

?輔助繼電器以十進制編號。

?輔助繼電器只能程序驅動，不能接收外部信號，也不能驅動外部負載。

?可以有無數的常開觸點和常閉觸點。

b.種類　輔助繼電器又分為通用型、掉電保持型和特殊輔助繼電器三種。

?通用型輔助繼電器：M0～M499，共500個。

特點：通用輔助繼電器和輸出繼電器一樣，在PLC電源斷開后，其狀態將變為OFF。當電源恢復后，除因程序使其變為ON外，否則它仍保持OFF。

用途：邏輯運算的中間狀態存儲、信號類型的變換。

?停電保持型輔助繼電器：M500～M1023，共524個。

特點：在PLC電源斷開后，保持用輔助繼電器具有保持斷電前瞬間狀態的功能，并在恢復供電后繼續斷電前的狀態。掉電保持由PLC機內電池支持。

?特殊輔助繼電器：M8000～M8255，共256個。

特點：特殊輔助繼電器是具有某項特定功能的輔助繼電器。

分類：觸點利用型和線圈驅動型。

觸點利用型特殊輔助繼電器：其線圈由PLC自動驅動，用戶只可以利用其觸點。

線圈驅動型特殊輔助繼電器：由用戶驅動線圈，PLC將做出特定動作。

i.運行監視繼電器：如圖1-12所示。

M8000——當PLC處于RUN時，其線圈一直得電；

M8001——當PLC處于STOP時，其線圈一直得電。

ii.初始化繼電器：如圖1-13所示。

M8002——當PLC開始運行到第一個掃描周期其得電；

M8003——當PLC開始運行到第一個掃描周期其失電（對計數器、移位寄存器、狀態寄存器等進行初始化）。

iii.出錯指示繼電器：

M8004——當PLC有錯誤時，其線圈得電；

M8005——當PLC鋰電池電壓下降至規定值時，其線圈得電；

M8061——PLC硬件出錯，D8061（出錯代碼）；

M8064——參數出錯，D8064；

M8065——語法出錯，D8065；

M8066——電路出錯，D8066；

M8067——運算出錯，D8067；

M8068——當線圈得電，鎖存錯誤運算結果。

iv.時鐘繼電器：如圖1-14所示。

M8011——產生周期為10ms脈沖；

M8012——產生周期為100ms脈沖；

M8013——產生周期為1s脈沖；

M8014——產生周期為1min脈沖。

v.標志繼電器

M8020——零標志。當運算結果為0時，其線圈得電。

M8021——借位標志。減法運算的結果為負的最大值以下時，其線圈得電。

M8022——進位標志。加法運算或移位操作的結果發生進位時，其線圈得電。

vi.模式繼電器：

M8034——禁止全部輸出。當M8034線圈被接通時，則PLC的所有輸出自動斷開。

M8039——恒定掃描周期方式。當M8039線圈被接通時，則PLC以恒定的掃描方式運行，恒定掃描周期值由D8039決定。

M8031——非保持型繼電器、寄存器狀態清除。

M8032——保持型繼電器、寄存器狀態清除。

M8033——RUN→STOP時，輸出保持RUN前狀態。

M8035——強制運行（RUN）監視。

M8036——強制運行（RUN）。

M8037——強制停止（STOP）。

④狀態寄存器（S）

a.作用：用于編制順序控制程序的狀態標志。

b.分類：

?初始狀態　　　　S0～S9　　　　（10點）；

?回零　　　　　　S10～S19　　　（10點）；

?通用　　　　　　S20～S499　　（480點）；

?鎖存　　　　　　S500～S899　　（400點）；

?信號報警　　　　S900～S999　　（100點）。

注：不使用步進指令時，狀態寄存器也可當作輔助繼電器使用。

⑤定時器（T）

a.作用：相當于時間繼電器。

b.分類：

?普通定時器。輸入斷開或發生斷電時，計數器和輸出觸點復位。

100ms定時器：T0～T199，共200個，定時范圍0.1～3276.7s。

10ms定時器：T200～T245，共46個，定時范圍0.01～327.67s。

如圖1-15所示。

?積算定時器。輸入斷開或發生斷電時，當前值保持，只有復位接通時，計數器和觸點復位。

復位指令：RST，如［RST T250］。

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

100ms積算定時器：T250～255，共6個，定時范圍0.1～3276.7s。

圖1-16中普通定時器的定時為t. =0.1×100=10（s）。

c.工作原理：當定時器線圈得電時，定時器對相應的時鐘脈沖（100ms、10ms、1ms）從0開始計數，當計數值等于設定值時，定時器的觸點接通。

d.組成：初值寄存器（16位）、當前值寄存器（16位）、輸出狀態的映像寄存器（1位），元件號T。

e.定時器的設定值：可用常數K，也可用數據寄存器D中的參數。K的范圍1～32767。

注意：若定時器線圈中途斷電，則定時器的計數值復位。

⑥計數器（C）

a.作用：對內部元件X、Y、M、T、C的信號進行計數（計數值達到設定值時計數動作）。

b.分類：

?普通計數器（計數范圍：K1～K32767）。

16位通用加法計數器：C0～C15，16位增計數器。

16位掉電保持計數器：C16～C31，16位增計數器。

?雙向計數器（計數范圍：-2147483648～2147483647）。

32位通用雙向計數器：C200～C219，共20個。

32位掉電保持計數器：C220～C234，共15個。

雙向計數器的計數方向（增/減計數）由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定。當M82xx接通（置1）時，對應的計數器C2xx為減計數；當M82xx斷開（置0）時為增計數。

?高速計數器：C235～C254為32位增/減計數器。

采用中斷方式對特定的輸入進行計數（FX2N為X0～X5），與PLC的掃描周期無關。具有掉電保持功能。高速計數器設定值范圍：-2147483648～+2147483647。圖1-17為計數器的程序及其時序圖。

c.工作原理：計數器從0開始計數，計數端每來一個脈沖當前值加1，當當前值（計數值）與設定值相等時，計數器觸點動作。

d.計數器的設定值：可用常數K，也可用數據寄存器D中的參數。計數值設定范圍1～32767。32位通用雙向計數器的設定值可直接用常數K或間接用數據寄存器D的內容。間接設定時，要用編號緊連在一起的兩個數據寄存器。

e.注意事項：RST端一接通，計數器立即復位。

⑦數據寄存器（D）　用來存儲PLC進行輸入輸出處理、模擬量控制、位置量控制時的數據和參數。

數據寄存器為16位，最高位是符號位。32位數據可用兩個數據寄存器存儲。

a.通用數據寄存器：D0～D127。

通用數據寄存器在PLC由RUN→STOP時，其數據全部清零。

如果將特殊繼電器M8033置1，則PLC由RUN→STOP時，數據可以保持。

b.保持數據寄存器：D128～D255。

保持數據寄存器只要不被改寫，原有數據就不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，都不會改變寄存器的內容。

c.特殊數據寄存器：D8000～D8255。

d.文件寄存器：D1000～D2499。

⑧變址寄存器（V、Z）　一種特殊用途的數據寄存器，相當于微機中的變址寄存器，用于改變元件編號（變址）。

V與Z都是16位數據寄存器，V0～V7，Z0～Z7。V用于32位的PLC系統。

⑨指針（P、I）

a.跳轉用指針：P0～P63，共64點。

它作為一種標號，用來指定跳轉指令或子程序調用指令等分支指令的跳轉目標。

b.中斷用指針：Ⅰ0～Ⅰ8，共9點。

作為中斷程序的入口地址標號。分為輸入中斷、定時器中斷和計數器中斷三種。

?輸入中斷：I00□～I50□（上升沿中斷為1，下降沿中斷為0）共6個。

?定時器中斷：I6□□～I8□□（定時中斷時間10～99ms）共3個。

?計數器中斷：I010、I020、I030、I040、I050、I060共6個。