2.1 FX2N系列PLC的I/O編程元件及使用

2.1.1 編程元件概述

PLC作為工業控制用專用計算機，為了更好地表達控制邏輯關系，將存儲單元劃分成幾個大類，稱之為編程元件。PLC內部的編程元件是我們進行編程操作的對象，不同的編程元件在程序工作過程中完成不同的功能。

為了便于理解，特別是便于熟悉低壓電器控制系統的工程人員理解，通俗地稱之為輸入、輸出繼電器、定時器、計數器等，但它們與真實元件有很大的差別，是“軟繼電器”。所謂“軟繼電器”，是系統軟件用二進制一個位的“開”和“關”的狀態，來模擬繼電器的“通”和“斷”的狀態。因此，這些“軟繼電器”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；觸點沒有數量限制，沒有機械磨損和電蝕等問題。

正如上面所說，編程元件實質上是存儲器中的位（或字），因此其數量是很大的，為了區分它們，給它們每類用字母標識，并在其后編號。在FX2N系列產品中，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數器，S代表狀態繼電器，D代表數據寄存器等。

2.1.2 輸入繼電器（X）

PLC的輸入端子是從外部開關接收信號的窗口，PLC內部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進制編號）。

輸入繼電器的線圈的吸合或釋放只取決于與之相連的外部觸點的狀態，因此其線圈不能由程序來驅動，即在程序中不出現輸入繼電器的線圈。在程序中使用的是輸入繼電器常開/常閉兩種觸點，且使用次數不限。

基本單元輸入繼電器線圈都是八進制編號的地址，輸入為X000～X007，X010～X017，X020～X027等。輸入繼電器一般排列于機器的上端。基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號是按與基本單元最靠近的開始，順序進行編號。

2.1.3 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，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，內部常開/常閉觸點供內部程序使用。

輸出繼電器的常開/常閉觸點使用次數不限。輸出電路的時間常數是固定的。各基本單元都是八進制輸出，輸出為Y000～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它們一般位于機器的下端，與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近的開始，順序進行編號。

2.1.4 I/O元件的基本使用

圖2-1所示的梯形圖是通過一個輸入繼電器X000常開觸點的通斷來控制輸出繼電器Y0的得電和失電。梯形圖最左邊的豎線叫做左母線，最右邊的豎線叫做右母線，兩根母線可看作具有220V電壓。當X000的常開觸點閉合時，Y0的線圈兩端就被加上電壓，線圈得電。

圖2-1 輸入、輸出繼電器的使用

除了直接用輸出線圈的方式來對輸出繼電器進行編程外，我們還可以用置位SET和復位RST指令來操作輸出繼電器。當SET指令前面的條件成立時（線路被接通），輸出繼電器被置位，即成為得電狀態，這與直接輸出線圈的區別在于，即使之后前面的條件不成立（線路被斷開），輸出繼電器仍然保持得電狀態，直到RST指令被執行，輸出繼電器才被復位。因此出現了SET指令必定要有RST指令與之配合，如圖2-2所示。

圖2-2 用置、復位指令控制輸出繼電器

讀者應該觀察到了，在這個梯形圖里X0和X1的常開觸點里多了一個向上的箭頭。這表示上升沿觸點，即該觸點在X0得電的上升沿閉合一個掃描周期，下一個掃描周期又復位。如果用普通的觸點，哪怕你僅按下按鈕1s，在此期間，由于PLC的掃描周期是ns級的，PLC就反復執行了無數次這條指令。因此，置位和復位指令前面的執行條件，我們一般采用上升沿或下降沿脈沖。在今后的編程應用中，你能體會到這樣控制輸出繼電器的精準性。

2.1.5 電動機起動/停止編程（自鎖環節）

圖2-3所示是PLC輸入/輸出設備連接圖，如果外部X0連接一個按鈕開關，而Y0連接一個接觸器的線圈，接觸器主觸頭接至電動機主電路，則被稱為點動控制電路。

【實例1】 在實際應用中，如果要用一個起動和一個停止按鈕并通過PLC來控制一個電動機的起動和停止，即電動機起動/停止編程。這里起動按鈕和停止按鈕就是PLC的輸入設備，而接觸器則是PLC的輸出設備。

圖2-4所示是電動機主電路連接圖。

確定X0所連的按鈕開關為起動按鈕，而X1所連的按鈕開關為停止按鈕。然后使用如下梯形圖利用輸入、輸出繼電器完成對電動機起動/停止功能的控制。注意，圖2-5與圖2-1所示的梯形圖進行比較會發現在X000的常開觸點下面并聯了一個Y0的常開觸點，當Y0線圈得電后，Y0的常開觸點會由斷開轉為閉合，這個環節我們叫做“自鎖”，想想看這樣做較之圖2-1所示梯形圖優點在哪里？而X001的常閉按鈕在當X1所連的開關閉合時，X1動作，常閉按鈕斷開，從而切斷了“電路”，Y0線圈失電，Y0常開觸點也隨之斷開。

圖2-3 PLC輸入/輸出設備連接圖

圖2-4 電動機主電路連接圖

圖2-5 起動/停止控制梯形圖

這里，初學者很常見的一個疑問就是在PLC的連線上，斷開按鈕為什么是使用按鈕的常開觸點，而不是常閉觸點？這是因為在PLC控制系統中，用梯形圖代替了低壓電器控制系統中的控制電路，所以在梯形圖中出現了軟繼電器X1的常閉觸點。而PLC的外部連線圖不過是建立一個外部實際輸入/輸出設備和軟繼電器之間的一一對應關系。

2.1.6 電動機正反轉編程（互鎖環節）

【實例2】在用PLC來控制異步電動機時，常常會用兩個輸出繼電器分別控制一個電動機的正轉和反轉接觸器，即分別完成正轉和反轉。電動機的正轉和反轉接觸器嚴格要求不能同時得電，因此需要在梯形圖中實現兩個輸出繼電器的“互鎖”。

這里輸入/輸出元件較多，需要建立一個正反轉控制I/O（輸入/輸出）分配表，見表2-1。

表2-1 正反轉控制I/O分配表

正反轉控制梯形圖如圖2-6所示。

從圖2-6可以看出，當按下正轉按鈕后，電動機正轉，如要反轉，需要先按下停止按鈕，再按下反轉按鈕，電動機才能反轉。如果在電動機正轉過程中出現誤動作，直接按下了反轉按鈕，由于Y0的常閉觸點串在Y1的線路上，就使得Y1不能得電，這就保護了電動機不因誤動作而損壞。自鎖是用自身的常開觸點實現，而互鎖是用對方的常閉觸點實現。

注意，對于電動機正反轉等同時得電會造成事故的環節，嚴格要求互鎖，不僅在程序中要求互鎖，在外部連線上也必須互鎖。也就是兩個接觸器的線路里還必須硬件互鎖。

在這個控制環節里，我們看到，用以完成線路“接通”的功能往往使用常開觸點，而且多個常開觸點采用并聯；用以完成線路“斷開”的功能往往使用常閉觸點，而且多個常閉觸點采用串聯。

圖2-6 正反轉控制梯形圖