基础指令和编程方法

1．编程器件

FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，其工作线圈没有受工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题影响；触点没有数量限制、机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，工作状态既可以无记忆，也可以有记忆，同时可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。

1．1　输入继电器（X）

PLC的输入端口是接受外部开关信号的窗口。PLC内部与输入端口连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端口编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开／常闭2种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000～X007，X010～X017，X020～X027。它们一般位于机器的上端。

1．2　输出继电器（Y）

PLC的输出端口是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端口上供外部负载使用，其余常开／常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开／常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它们一般位于机器的下端。

1．3　辅助继电器（M）

PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开／常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如图2－1－1所示中的M300，它只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍采用M0～M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等。

图2－1－1　辅助继电器符号接线图

1．4　定时器（T）

在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器以用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：

100ms定时器T0～T199，共200点，设定值：0．1～3　276．7s；

10ms定时器T200～T245，共46点，设定值：0．01～327．67s；

1ms积算定时器T246～T249，共4点，设定值：0．001～32．767s；

100ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：0．1～3　276．7s。

定时器指令符号及应用如图2－1－2所示：

图2－1－2　定时器指令符号图

图2－2中，当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1．23s（10ms×123＝1．23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。

每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有2个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器。编程时，由用户设定累积值。

如果是积算定时器，它的符号接线如图2－1－3所示：

2－1－3　积算定时器符号接线图

图2－1－3中，定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X001在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34．5s（100ms ×345＝34．5s）时触点动作。当复位输入X002接通，定时器就复位，输出触点也复位。

1．5　计数器（C）

FX2N中的16位计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数。它有2个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再次进入计数状态。

其设定值在K1～K32　767范围内有效。

设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。

通用计数器的通道号：C0～C99，共100点。

保持用计数器的通道号：C100～C199，共100点。

通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。

计数器符号接线如图2－1－4所示。

图2－1－4　计数器符号接线图

图2－1－4中，由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变。

当复位输入X010接通（ON）时、执行RST指令、计数器的当前值为0，输出接点也复位。

应注意的是，计数器C100～C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。

1．6　数据寄存器（D）

数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正负符号位），也可用2个数据寄存器合并起来存储32bit数据（最高位为正负符号位）。

（1）通用数据寄存器，通道分配：D0～D199，共200点。

只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUN→STOP时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。

（2）停电保持用寄存器，通道分配：D200～D511，共312点，或D200～D999，共800点（由机器的具体型号定）。

基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。然而在2台PLC做点对点的通信时，D490～D509被用作通信操作。

（3）文件寄存器，通道分配：D1　000～D2　999，共2　000点。

文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2　000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，务必注意。

（4）RAM文件寄存器，通道分配：D6　000～D7　999，共2　000点。

驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。

（5）特殊用寄存器，通道分配：D8　000～D8　255，共256点。

写入特定目的的数据或已经写入数据的寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值。（一般先清零，然后由系统ROM来写入）

2．基础指令

基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它就初步掌握了PLC的使用方法，现在我们针对FX2N系列，逐条学习其指令的功能和使用方法，每条指令及其应用实例都以梯形图和语句表2种编程语言对照说明。

2．1　输入／输出指令（LD／LDI／OUT）

把LD／LDI／OUT 3条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说明，如表2－1－1所示：

表2－1－1　三条指令表

LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。如图2－1－5所示。

OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。

图2－1－5　LD指令符号接线图

2．2　触点串连指令（AND／ANDI）、并联指令（OR／ORI）

触点串连指令（AND／ANDI）、并联指令（OR／ORI）如表2－1－2所示：

表2－1－2　触点串连、关联指令表

AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这2个指令可连续使用。

OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。如图2－1－6所示。

图2－1－6　ANDI与OR符号接线图

2．3　电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）

表2－1－3　电路块并、串联指令表

含有2个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；如果将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，此时ORB指令最多使用7次。

将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。如图2－1－7所示。

图2－1－7　电路块的并联和串联指令接线图

2．4　程序结束指令（END）

表2－1－4　程序结束指令表

在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外，在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。

3．梯形图的设计与编程方法

梯形图是各种PLC通用的编程语言，尽管各厂家的PLC所使用的指令符号不太一致，但梯形图的设计与编程方法基本上大同小异。

3．1　确定各元件的编号，分配I／O地址

利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。我们选用的FX2N型号的PLC，其内部元件的地址编号如表X所示，使用时一定要明确，每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。一般来讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出的控制回路数也是相对应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I／O的分配实际上是把PLC的输入、输出点号分给实际的I／O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。FX2N系列的I／O地址分配及一些其他的内存分配前面都已介绍过了，同学们也可以参考FX系列的编程手册。

3．2　梯形图的编程规则

（1）每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。

（2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图2－1－8（a）所示为错误的，图2－1－8（b）所示为正确的。

图2－1－8（a）　错误的梯形图

图2－1－8（b）　正确的梯形图

（3）线圈不能直接接在左边母线上。

（4）在一个程序中，同一编号的线圈如果使用2次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。

（5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。

如图2－1－9所示是一个错误的桥式电路梯形图。

图2－1－9　错误的桥式电路梯形图

4．实例分析

4．1　时间顺序控制的延时断开定时器电路

时间顺序控制——延时断开定时器，如图2－1－10所示梯形图程序，按图说明控制过程。

图2－1－10　时间顺序控制梯形图

4．2　定时步进电路

如图2－1－11所示，当X0合上，Y0输出10s后Y1才有输出，Y0输出20s后停止输出；Y1输出10s后Y2才有输出，Y1输出30s后停止工作；Y2输出50s后停止工作；X1为总停触点。

根据综上描述和对图2－1－11梯形图程序的理解，画出对应Y0、Y1、Y2输出的时序脉冲图。

图2－1－11　梯形图

4．3　计数器电路

如图2－1－12所示梯形图电路，当X0合上，Y0有输出；Y1的输出状态是合上1s，关断1s，连续计数10次后，Y0、Y1停止输出；Y2在第10个脉冲时合上1s后关断。画出该程序对应Y0、Y1、Y2输出的时序脉冲图。

图2－1－12　梯形图