FX2N系列PLC应用及定时器编制介绍

下面以FX2N系列PLC为例，对PLC的程序编制、机床控制中的应用做基本介绍。

1.FX2N系列可使用的主要元件

FX2N系列PLC是日本三菱公司推出的小型PLC。在该系列PLC中，主要元件表示如下：X表示输入继电器，Y表示输入继电器，T表示定时器，C表示计数器，M表示辅助继电器，S表示状态元件，D、V、Z表示数据寄存器。为了编程方便，还给每一个元件进行一定的编号，这些编号有的采用八进制数，如输入继电器、输出继电器的编号；有的采用十进制数，如辅助继电器、定时器、计数器等。在编制用户程序时，必须按规定元件的功能及编号进行编制。

常使用五种类型的数值，分别是十进制数、十六进制数、二进制数、八进制数和BCD码。各类型数根据其使用场合的不同，都有不同的作用和功能。

（1）输入继电器（X）/输出继电器（Y）

1）输入继电器（X）/输出继电器（Y）的编号 在各基本元件中，输入继电器、输出继电器是以八进制方式依次连续编号。输入继电器用X表示，输出继电器用Y表示，如输入继电器按X000～X007、X010～X017、…等，输出继电器按Y000～Y007、Y010～Y017、…等八进制数的编号分配继电器的地址号。

2）作用和功能 如图7-33所示，输入端是可编程序控制器从外部开关接收信号的窗口。在可编程序控制器内部，与可编程序控制器的输入端子相连的输入继电器（X）是一种光绝缘的电子继电器，它有无数的常开触点与常闭触点。这些常开/常闭触点可在可编程序控制器内随意使用。这种输入继电器不能用程序驱动。

图7-33 输入继电器（X）/输出继电器（Y）工作示意图

输出端子是可编程序控制器向外部负载发送信号的窗口。输出继电器的外部输出用触点（继电器触点、晶闸管、晶体管等输出元件）在可编程序控制器内与该输出端子相连。输出继电器有无数的电子常开/常闭触点，在可编程序控制器内可随意使用。

（2）辅助继电器（M）

辅助继电器是可编程序控制器内部具有的继电器，这种继电器有别于输入、输出继电器，它不能获取外部的输入，也不能直接驱动外部负载，只在程序中使用。有的保持用继电器，在可编程序控制器断电的情况下也能保存其ON/OFF（接通/断开）的状态。

辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由可编程序控制器内的各种软元件的触点驱动。具体功能有以下几种：

①非停电保持领域。使用参数设定，可变更停电保持领域。

②停电保持领域。使用参数设定，可变更非停电保持领域。

③有关停电保持的特性，无法用参数来改变。

如图7-34所示，辅助继电器通常有无数的电子常开触点与常闭触点，在可编程序控制器内可随意使用。但是，该触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动要通过输出继电器进行。

图7-34 辅助继电器的应用

如图7-35a所示，M600为停电保持辅助继电器，它利用可编程序控制器内装的备用电池或EEPROM进行停电保持。当X000接通时，M600如果动作的话，即使X000断开，再运行时M600也继续动作。但是再运行时，如果X001的常闭触点开路，则M600不会动作。

图7-35 停电保持回路

a）回路一 b）回路二

如图7-35b所示，如果将停电保持专用继电器作为一般辅助继电器使用，应在程序最前面的地方用RST或ZRST指令清除内容。

（3）定时器（T）

对于FX2N型PLC来说，其定时器可对PLC内的1ms、10ms、100ms等时钟脉冲进行加法计算，当达到规定的设定值时，输出触点动作。利用基于时钟脉冲的定时器，可检测到0.001～3276.7s的脉冲。T192～T199为子程序和中断程序专用的定时器。T250～T255是以100ms时钟脉冲为单位的定时器，其当前值为累计值。因此，即使定时器线圈的驱动输入断开，仍保持当前值，继续累计动作。定时器采用程序存储器内的常数（K）作为设定值，也可用数据寄存器（D）的内容进行间接指定。

图7-36中，如果定时器线圈Y200的驱动输入X000为ON，T200当前值计数器累计10ms的时钟脉冲。如果该值等于设定值K123时，定时器的输出触点动作，也就是说输出触点在线圈驱动1.23s后动作，带动输入X000断开或停电，定时器复位，输出触点复位。

（4）计数器（C）

计数器以不同的用途和目的，可分为以下几种。

图7-36 100ms/10ms型定时器程序

1）内部计数用 一般使用/停电保持用。

①16位计数器：供增计数使用，计数范围1～32767。

②32位计数器：供增/减计数用，计数范围-2147483648～2147483647。

这些计数器供可编程序控制器的内部信号使用，其响应速度通常为10Hz以下。

2）高速计数用 供停电保持用。

32位计数器：供增/减计数用，计数范围-2147483648～2147483647（单相单计数单相双计数、双相双计数），分配给特定的输入继电器。

高速计数器可进行kHz数的计数，而与可编程序控制器的扫描无关。

3）功能与动作示例16位增计数/减计数型计数器的一般使用/停电保持用。

使用计数器和停电保持用计数器的分配，可通过使用外围设备改变参数设定进行变更。

16位二进制增计数器，其有效设定值为K1～K32767（十进制常数）。设定值K0和K1具有相同的含义，即在第一次计数开始时，输出触点就动作。

如果切断可编程序控制器的电源，则一般使用计数器的计数值被清除，而停电保持用的计数器则可存储停电前的计数值，因此计数器可按上一次数值累计计数。

图7-37中，计数输入X011每驱动C0线圈一次，计数器的当前值就增加，在执行第10次的线圈指令时，输出触点动作。以后即使计数输入X011再动作，计数器的当前值也不变。如果复位输入X010为ON，则执行RST指令，计数器的当前值为0，则输出触点复位。

计数的设定值，除用上述常数设定外，还可由数据寄存器编号指定。例如指定D10，如果D10的内容为123，则与设定K123是一样的。在以MOV等指令将设定值以上的数据写入当前值寄存器时，则在下次输入时，输出线圈接通，当前值寄存器变为设定值。

（5）数据寄存器（D）

数据寄存器（D）是存储数据用的软元件。FX可编程序控制器的数据寄存器都是16位的（最高位为符号位），将两个寄存器组合，可进行32位（最高位为符号位）的数据处理。

图7-37 16位定时器的应用及时序

数据寄存器的数值读出与写入一般采用应用指令。此外，也可从数据存取单元（显示器）与编程设备直接读出/写入。

一旦在数据寄存器中写入数据，只要不再写入其他数据，就不会变化。但是，在RUN/STOP或停电时，一般使用数据寄存器的所有数据被清除为0。与此不同的是，停电保持用的数据寄存器在RUN/STOP或停电时可保持其内容。

利用外围设备的参数设定，可改变FX2N、FX2NC可编程序控制器的一般使用数据寄存器与停电保持用数据寄存器的分配（除停电保持专用的软元件范围以外）。而且将停电保持专用的数据寄存器作为一般数据寄存器用途时，请在程序的起始步采用RST或ZRST指令，以清除其内容。

2.梯形图和语句表

梯形图和语句表是PLC中最常用的两种编程语言。

（1）梯形图

1）梯形图结构 如图7-38所示，梯形图的控制逻辑结构及工作原理与继电器逻辑控制电路十分相似，它采用“触点”、“线圈”（或称继电器线圈）、“功能图”等图形符号，表达输出与输入的逻辑关系。这些输入/输出可以是硬件上实际的输入/输出信号，也可以是PLC内部虚拟的输入/输出信号。

图7-38 程序执行顺序比较图

a）继电器梯形图 b）PLC梯形图

无论是PLC的梯形图程序还是传统的继电器梯形图，都有一条左母线，相当于电源的正极；还有一条右母线，相当于电源的负极。图7-38a为继电器梯形图，图7-38b为PLC梯形图，两个电路实现相同的功能。当X1闭合时，Y1、Y2输出。

2）梯形图与继电器逻辑电路（RLC）在操作上的差别 梯形图与继电器电路的控制逻辑相似，但其工作顺序与继电器电路不同。在RLC中，逻辑控制的结果取决于继电器线圈、触点和其他机电器件的动作时间；而梯形图则是沿从上到下、从左到右，一个梯级一个梯级地顺序进行工作，当执行至顺序程序结束时，又返回开头重复执行。

如图7-38a中系统上电之后，当X1闭合时，Y1、Y2同时得电，若不考虑继电器触点的延时，则Y1、Y2会同时输出。但在图7-38b的PLC程序中，因为PLC的程序是顺序扫描执行的，PLC的指令按照从上向下、从左向右的扫描顺序执行，整个PLC的程序不断循环往复。PLC中“继电器”的动作顺序由PLC的扫描顺序和在梯形图中的位置决定。因此，当X1闭合时，Y1先输出而Y2后输出。

在继电器控制电路中，使用的是传统的硬继电器。在实际的使用过程中，通过硬导线来实现系统的电气连接。由于继电器及其触点都是实际的物理实体，其数量是有限的，当需要继电器的触点很多时，实现起来就非常困难。PLC梯形图中使用的继电器都是软继电器（所谓的软继电器就是PLC存储空间中的一个可以寻址的位），完全可以满足使用。

3）梯形图的绘制原则

①输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

在梯形图中，输入触点用来表示用户输入设备的输入信号。是用常开触点还是常闭触点，与输入设备用的是常开触点还是常闭触点有关，还与控制电路的控制要求有关。PLC无法识别输入设备接的是常开还是常闭触点，只能识别输入设备的触点是接通还是断开的。当输入设备的触点接通时，对应的输入继电器动作，其常开触点接通，常闭触点断开；当输入设备的触点断开时，对应的输入继电器失电，其常开触点恢复断开，常闭触点恢复闭合。

②如图7-39所示，梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。(www.xing528.com)

图7-39 接点和线圈的顺序

a）正确程序 b）错误程序

图7-40 同一编号的线圈两次输出

③在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。如图7-40所示的梯形图是不允许的。

④不允许出现桥式电路。图7-41a所示的桥式电路无法编程，可改画成图7-41b所示的形式。由此可知，触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。

图7-41 桥式电路和替代电路

a）错误的桥式电路 b）桥式电路的替代电路

⑤程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。

（2）语句表

采用语句表编程的PLC的指令各有不同，一般包括两种指令：基本指令和功能指令。如FX型PLC在设计顺序程序时，使用得最多的是基本指令，如LD、LDI、OUT、AND、OR等。

功能指令能够使程序结构大大简化，适合于逻辑复杂、规模较大的系统控制。常用的功能指令有MC、PLS、SET、RST等。

3.基本电路

（1）AND运算

如图7-42a所示的AND电路是PLC程序中最基本的电路，也是应用最多的电路。当X1和X2都闭合时，Y0线圈得电；只要X1、X2其中一个不闭合，则Y0线圈也不得电，即Y0接受X1和X2的AND运算结果。图7-42b为该电路的扩展电路。块1和块2既可以为单个的PLC继电器，也可以为复杂的控制电路。只有块1和块2都闭合时，Y0线圈得电；只要块1或块2中一个不闭合，则Y0线圈也不得电，即Y0接受块1和块2的AND运算结果。例如只有当设备的状态为就绪状态，并且按下“开始工作”按钮时，设备才能开始工作。

图7-42 AND电路及其扩展电路

a）AND电路 b）扩展电路

（2）OR运算

OR电路与AND电路一样，都是PLC程序中最基本的功能电路，也是应用最多的电路，如图7-43a所示。只要X1和X2中的一个闭合，Y1线圈就得电。Y1接受的是X1和X2的OR运算的结果。该电路的扩展电路如图7-43b所示。块1和块2既可以为单个的PLC继电器，也可以为复杂的控制电路。只要块1和块2中的一个闭合，则Y1线圈就得电。Y1接受的是块1和块2的OR运算结果。

图7-43 OR电路及其扩展电路

a）OR电路 b）扩展电路

（3）自锁（自保持）电路

自锁（自保持）控制电路常用于无机械锁定开关的起停控制中，例如用无机械锁定功能的按钮控制电动机的起动和停止。图7-44所示为一自锁电路。当X0闭合后，Y0的线圈得电，随之Y0触点闭合，此后即使X0断开，Y0线圈仍然保持通电；只有当常闭触点X1断开时，Y0线圈才断电，Y0触点断开。如果需要再起动继电器Y0，只有重新闭合X0。

自锁电路分为关断优先式和起动优先式两种。图7-44所示的电路为关断优先式，即当执行关断指令、X1闭合时，无论X0的状态如何，线圈Y0均不得电。图7-45所示的电路为起动优先式自锁电路，即当执行起动指令、X1闭合时，无论X2的状态如何，线圈Y1都得电。

图7-44 自锁（自保持）电路

图7-45 起动优先式自锁电路

（4）互锁电路

互锁电路用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电动机的正、反转控制。图7-46中，当线圈Y1先得电后，常闭触点Y1断开，此时线圈Y2是不可能得电的。线圈Y2先得电的情况亦是如此，即线圈Y1、Y2互相锁住，不可能同时得电，电动机不可能同时既反转又正转。

图7-46 互锁控制电路

（5）分支电路

分支电路主要用于一个控制电路导致几个输出的情况。在如图7-47所示的电路中，当X0闭合后，线圈Y1、Y2同时得电。

图7-47 分支电路

4.编程举例

（1）三相异步电动机正、反转控制

如图7-25所示为三相异步电动机接触器互锁正反转控制电路。如图7-48所示为采用PLC控制的三相异步电动机双重联锁正反转电路接线图。

图7-48 采用PLC控制的三相异步电动机双重联锁正反转电路接线图

PLC的输入/输出点分配见表7-1。

表7-1 三相异步电动机双重联锁正反转控制PLC输入/输出点分配

图7-49 三相异步电动机双重联锁正 反转电路PLC控制程序梯形图

按下按钮SB1（X0），Y0通电闭合并自锁，电动机M正转；按下按钮SB2（X2），Y1通电闭合并自锁，电动机M反转；Y0与Y1联锁。根据以上控制特点和要求，三相异步电动机双重联锁正反转电路PLC控制程序梯形图如图7-49所示。

（2）C620型卧式车床控制程序

1）C620型卧式车床电气控制电路简述如图7-50所示为C620型卧式车床电气控制电路原理图。可以看出，C620型卧式车床由两台电动机拖动，即主轴电动机M1和切削液泵电动机M2。当按下主轴电动机M1的起动按钮SB2时，接触器KM通电闭合，主轴电动机M1起动运行。切削液泵电动机M2由转换开关QS控制。由于控制电路中各元器件较小，因而各种控制元件可直接接在380V电源上。

图7-50 C620型卧式车床电气控制电路原理图

2）C620型卧式车床PLC控制

①C620型卧式车床PLC输入/输出点分配表，如表7-2所示。

表7-2 C620型卧式车床PLC输入/输出点分配

②C620型卧式车床PLC控制接线图，如图7-51所示。

③C620型卧式车床PLC控制梯形图及指令语句表，如图7-52所示。

图7-51 C620型卧室车床PLC控制接线图

图7-52 C620型卧式车床PLC梯形图及指令语句表