1.1.2 PLC的編程軟元件與掃描工作方式

1.編程軟元件

PLC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的編程軟元件。PLC內部的編程軟元件是用戶進行編程操作的對象，不同的編程軟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，通俗稱之為輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器等，但它們與真實電器元件有很大的差別，被稱為“軟繼電器”。所謂“軟繼電器”，是系統軟件用二進制位的“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、機械磨損和電蝕等問題。

因此，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。在三菱PLC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。

（1）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是用光電隔離的繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進制或十六進制編號）。輸入繼電器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。

FX3U小型PLC單元輸入繼電器線圈都是八進制編號的地址，輸入為X0～X7，X10～X17，X20～X27等，又稱為“I元件”，即Input（輸入）。而Q系列中大型PLC則是十六進制編號，如X00～X0F。

輸入端X的OFF或ON信號在PLC映像區被存儲為“0”或“1”，其工作示意如圖1-3所示。

（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，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。FX3U小型PLC是八進制輸出，輸出為Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27等，又稱為“O元件”，即Output（輸出）。而Q系列PLC則是十六進制PLC，如Y00～Y0F。

PLC輸出映像區的“0”或“1”信號到輸出端的“OFF”或“ON”狀態，如圖1-4所示。

輸入X和輸出Y在很多工程應用中，通常被稱為“I/O元件”。一個工程項目，I/O元件表必須清晰表達，這樣才方便進行PLC系統配置、硬件接線和軟件編程。

（3）輔助繼電器M

PLC中有多個輔助繼電器，軟元件符號為“M”。與輸入/輸出繼電器不同，輔助繼電器M是既不能讀取外部的輸入也不能直接驅動外部負載的程序用的繼電器。

在FX3U中可以設置M0～M7679個輔助繼電器，其中M0～M1023可以被設置為“鎖存繼電器”，即“停電保持用輔助繼電器”。顧名思義，這種繼電器的數據在PLC徹底斷電后還是會保存至下次開機的（具體保存時間視不同型號的PLC確定），它的用途很廣泛，比如設定好的數據可以一直不用更改，避免了每次開機后都要重新手動操作的煩惱。

除了以上軟元件外，PLC中還有以下元件：

1）各種常數數值，一般前綴K表示十進制數，H表示十六進制數，E表示實數（浮點數）。這些都用作定時器、計數器等軟元件的設定值及當前值，或是其他應用指令的操作數。

2）狀態元件S，主要用在步進順控的編程。

3）數據寄存器D，為16位，用來存放數據或參數，同時可以用兩個數據寄存器合并起來存放32位數據。

4）定時器T，即按照指定的周期（如以ms計）來調用或計算。

5）計數器C，主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能。

圖1-5所示為某化學處理系統，它由一個大型存儲罐、一個啟動按鈕、一個進水閥、一個排水閥、一個下限水位浮動開關及一個上限水位浮動開關組成。該系統的基本流程：按下啟動按鈕，向存儲罐中注入化學品；化學品反應一段時間之后，已發生反應的化學品從存儲罐中排放出來。其相應的軟元件變量定義見表1-1。

2.PLC掃描的工作方式

如圖1-6所示，PLC掃描的工作方式主要分三個階段，即輸入采樣階段（I/O映像區刷新）、用戶程序執行階段（梯形圖）和輸出刷新階段（I/O映像區刷新）。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映像區中的相應單元內。在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序，主要是梯形圖形式。當用戶程序掃描結束后，PLC就進入輸出刷新階段。