PLC中的定時(shí)器、輸入輸出點(diǎn)及繼電器等部件詳解

一、定時(shí)器

plc中的定時(shí)器（T）相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時(shí)間繼電器。它可以提供無限對(duì)常開常閉延時(shí)觸點(diǎn)。定時(shí)器中有一個(gè)設(shè)定值寄存器（一個(gè)字長），一個(gè)當(dāng)前值寄存器（一個(gè)字長）和一個(gè)用來存儲(chǔ)其輸出觸點(diǎn)的映象寄存器（一個(gè)二進(jìn)制位），這三個(gè)量使用同一地址編號(hào)。但使用場合不一樣，意義也不同。

FX2N系列中定時(shí)器時(shí)可分為通用定時(shí)器、積算定時(shí)器二種。它們是通過對(duì)一定周期的時(shí)鐘脈沖的進(jìn)行累計(jì)而實(shí)現(xiàn)定時(shí)的，時(shí)鐘脈沖有周期為1ms、10ms、100ms三種，當(dāng)所計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。設(shè)定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來設(shè)置。

1．通用定時(shí)器

通用定時(shí)器的特點(diǎn)是不具備斷電的保持功能，即當(dāng)輸入電路斷開或停電時(shí)定時(shí)器復(fù)位。通用定時(shí)器有100ms和10ms通用定時(shí)器兩種。

（1）100ms通用定時(shí)器（T0～T199）共200點(diǎn)，其中T192～T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r(shí)器。這類定時(shí)器是對(duì)100ms時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時(shí)范圍為0.1～3276.7s。

（2）10ms通用定時(shí)器（T200～T245）共46點(diǎn)。這類定時(shí)器是對(duì)10ms時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時(shí)范圍為0.01～327.67s。

下面舉例說明通用定時(shí)器的工作原理。如圖1所示，當(dāng)輸入X0接通時(shí)，定時(shí)器T200從0開始對(duì)10ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與設(shè)定值K123相等時(shí)，定時(shí)器的常開接通Y0，經(jīng)過的時(shí)間為123×0.01s=1.23s。當(dāng)X0斷開后定時(shí)器復(fù)位，計(jì)數(shù)值變?yōu)?，其常開觸點(diǎn)斷開，Y0也隨之OFF。若外部電源斷電，定時(shí)器也將復(fù)位。

圖1通用定時(shí)器工作原理

2．積算定時(shí)器

積算定時(shí)器具有計(jì)數(shù)累積的功能。在定時(shí)過程中如果斷電或定時(shí)器線圈OFF，積算定時(shí)器將保持當(dāng)前的計(jì)數(shù)值（當(dāng)前值），通電或定時(shí)器線圈ON后繼續(xù)累積，即其當(dāng)前值具有保持功能，只有將積算定時(shí)器復(fù)位，當(dāng)前值才變?yōu)?。

（1）1ms積算定時(shí)器（T246～T249）共4點(diǎn)，是對(duì)1ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)的，定時(shí)的時(shí)間范圍為0.001～32.767s。

（2）100ms積算定時(shí)器（T250～T255）共6點(diǎn)，是對(duì)100ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)的定時(shí)的時(shí)間范圍為0.1～3276.7s。

以下舉例說明積算定時(shí)器的工作原理。如圖2所示，當(dāng)X0接通時(shí)，T253當(dāng)前值計(jì)數(shù)數(shù)器開始累積100ms的時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)。當(dāng)X0經(jīng)t0后斷開，而T253尚未計(jì)數(shù)到設(shè)定值K345，其計(jì)數(shù)的當(dāng)前值保留。當(dāng)X0再次接通，T253從保留的當(dāng)前值開始繼續(xù)累積，經(jīng)過t1時(shí)間，當(dāng)前值達(dá)到K345時(shí)，定時(shí)器的觸點(diǎn)動(dòng)作。累積的時(shí)間為t0+t1=0.1×345=34.5s。當(dāng)復(fù)位輸入X1接通時(shí)，定時(shí)器才復(fù)位，當(dāng)前值變?yōu)?，觸點(diǎn)也跟隨復(fù)位。

圖2積算定時(shí)器工作原理

二、PLC輸入點(diǎn)

輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受plc外部開關(guān)信號(hào)的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號(hào)狀態(tài)（接通時(shí)為“1”，斷開時(shí)為“0”）讀入并存儲(chǔ)在輸入映象寄存器中。如圖1所示為輸入繼電器X1的等效電路。

圖1輸入繼電器的等效電路

輸入繼電器必須由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不能用程序驅(qū)動(dòng)，所以在程序中不可能出現(xiàn)其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點(diǎn)的使用次數(shù)不限。

FX系列PLC的輸入繼電器以八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號(hào)范圍為X000~X267（184點(diǎn)）。注意，基本單元輸入繼電器的編號(hào)是固定的，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進(jìn)行編號(hào)。例如：基本單元FX2N-64M的輸入繼電器編號(hào)為X000~X037（32點(diǎn)），如果接有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，則擴(kuò)展的輸入繼電器從X040開始編號(hào)。

三、plc輸出點(diǎn)

輸出繼電器是用來將plc內(nèi)部信號(hào)輸出傳送給外部負(fù)載（用戶輸出設(shè)備）。輸出繼電器線圈是由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動(dòng)，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對(duì)應(yīng)的硬觸點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。如圖1所示為輸出繼電器Ｙ０的等效電路。

圖1輸出繼電器的等效電路

每個(gè)輸出繼電器在輸出單元中都對(duì)應(yīng)有維一一個(gè)常開硬觸點(diǎn)，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點(diǎn)，都可以無數(shù)次使用。

FX系列PLC的輸出繼電器也是八進(jìn)制編號(hào)其中FX2N編號(hào)范圍為Y000~Y267（184點(diǎn)）。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號(hào)是固定的，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的編號(hào)也是按與基本單元最靠近開始，順序進(jìn)行編號(hào)。

在實(shí)際使用中，輸入、輸出繼電器的數(shù)量，要看具體系統(tǒng)的配置情況。

四、輔助繼電器

輔助繼電器是plc中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。

輔助繼電器不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，負(fù)載只能由輸出繼電器的外部觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器的常開與常閉觸點(diǎn)在PLC內(nèi)部編程時(shí)可無限次使用。

輔助繼電器采用M與十進(jìn)制數(shù)共同組成編號(hào)（只有輸入輸出繼電器才用八進(jìn)制數(shù)）。

1．通用輔助繼電器（M0～M499）

FX2N系列共有500點(diǎn)通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運(yùn)行時(shí)，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當(dāng)電源再次接通時(shí)，除了因外部輸入信號(hào)而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護(hù)功能。通用輔助繼電器常在邏輯運(yùn)算中作為輔助運(yùn)算、狀態(tài)暫存、移位等。

根據(jù)需要可通過程序設(shè)定，將M0～M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。

2．?dāng)嚯姳３州o助繼電器（M500～M3071）

FX2N系列有M500～M3071共2572個(gè)斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護(hù)功能，即能記憶電源中斷瞬時(shí)的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時(shí)保持其原有的狀態(tài)，是因?yàn)殡娫粗袛鄷r(shí)用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中M500～M1023可由軟件將其設(shè)定為通用輔助繼電器。

下面通過小車往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制來說明斷電保持輔助繼電器的應(yīng)用，如圖1所示。

圖1斷電保持輔助繼電器的作用

小車的正反向運(yùn)動(dòng)中，用M600、M601控制輸出繼電器驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。X1、X0為限位輸入信號(hào)。運(yùn)行的過程是X0=ON→M600=ON→Y0=ON→小車右行→停電→小車中途停止→上電（M600=ON→Y0=ON）再右行→X1=ON→M600=OFF、M601=ON→Y1=ON（左行）?？梢娪捎贛600和M601具有斷電保持，所以在小車中途因停電停止后，一旦電源恢復(fù)，M600或M601仍記憶原來的狀態(tài)，將由它們控制相應(yīng)輸出繼電器，小車?yán)^續(xù)原方向運(yùn)動(dòng)。若不用斷電保護(hù)輔助繼電器當(dāng)小車中途斷電后，再次得電小車也不能運(yùn)動(dòng)。

3．特殊輔助繼電器

PLC內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個(gè)特殊輔助繼電器，可分成觸點(diǎn)型和線圈型兩大類

（1）觸點(diǎn)型其線圈由PLC自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，用戶只可使用其觸點(diǎn)。例如：

M8000：運(yùn)行監(jiān)視器（在PLC運(yùn)行中接通），M8001與M8000相反邏輯。

M8002：初始脈沖（僅在運(yùn)行開始時(shí)瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。

M8011、M8012、M8013和M8014分別是產(chǎn)生10ms、100ms、1s和1min時(shí)鐘脈沖的特殊輔助繼電器。

M8000、M8002、M8012的波形圖如圖2所示。

圖2 M8000、M8002、M8012波形圖

（2）線圈型由用戶程序驅(qū)動(dòng)線圈后PLC執(zhí)行特定的動(dòng)作。例如：

M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時(shí)保持輸出映象存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容。

M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。

M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時(shí)間工作。

四、狀態(tài)器（S）

狀態(tài)器用來紀(jì)錄系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)。是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進(jìn)順控指令STL配合應(yīng)用。

如圖3-6所示，我們用機(jī)械手動(dòng)作簡單介紹狀態(tài)器S的作用。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)X0有效時(shí)，機(jī)械手下降，到下降限位X1開始夾緊工件，加緊到位信號(hào)X2為ON時(shí)，機(jī)械手上升到上限X3則停止。整個(gè)過程可分為三步，每一步都用一個(gè)狀態(tài)器S20、S21、S22記錄。每個(gè)狀態(tài)器都有各自的置位和復(fù)位信號(hào)（如S21由X1置位，X2復(fù)位），并有各自要做的操作（驅(qū)動(dòng)Y0、Y1、Y2）。從啟動(dòng)開始由上至下隨著狀態(tài)動(dòng)作的轉(zhuǎn)移，下一狀態(tài)動(dòng)作則上面狀態(tài)自動(dòng)返回原狀。這樣使每一步的工作互不干擾，不必考慮不同步之間元件的互鎖，使設(shè)計(jì)清晰簡潔。

圖3狀態(tài)器（S）的作用

狀態(tài)器有五種類型：初始狀態(tài)器S0～S9共10點(diǎn)；回零狀態(tài)器S10～S19共10點(diǎn)；通用狀態(tài)器S20～S499共480點(diǎn)；具有狀態(tài)斷電保持的狀態(tài)器有S500～S899，共400點(diǎn)；供報(bào)警用的狀態(tài)器（可用作外部故障診斷輸出）S900～S999共100點(diǎn)。

在使用用狀態(tài)器時(shí)應(yīng)注意：

1）狀態(tài)器與輔助繼電器一樣有無數(shù)的常開和常閉觸點(diǎn)；

2）狀態(tài)器不與步進(jìn)順控指令STL配合使用時(shí)，可作為輔助繼電器M使用；

3）FX2N系列PLC可通過程序設(shè)定將S0～S499設(shè)置為有斷電保持功能的狀態(tài)器。

五、寄存器

plc在進(jìn)行輸入輸出處理、模擬量控制、位置控制時(shí)，需要許多數(shù)據(jù)寄存器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)。數(shù)據(jù)寄存器為16位，最高位為符號(hào)位。可用兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器來存儲(chǔ)32位數(shù)據(jù)，最高位仍為符號(hào)位。數(shù)據(jù)寄存器有以下幾種類型：1．通用數(shù)據(jù)寄存器（D0～D199）共200點(diǎn)。當(dāng)M8033為ON時(shí)，D0～D199有斷電保護(hù)功能；當(dāng)M8033為OFF時(shí)則它們無斷電保護(hù)，這種情況PLC由RUN →STOP或停電時(shí)，數(shù)據(jù)全部清零。2.斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器（D200～D7999）共7800點(diǎn)，其中D200～D511（共12點(diǎn)）有斷電保持功能，可以利用外部設(shè)備的參數(shù)設(shè)定改變通用數(shù)據(jù)寄存器與有斷電保持功能數(shù)據(jù)寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的斷電保持功能不能用軟件改變，但可用指令清除它們的內(nèi)容。根據(jù)參數(shù)設(shè)定可以將D1000以上做為文件寄存器。3.特殊數(shù)據(jù)寄存器（D8000～D8255）共256點(diǎn)。特殊數(shù)據(jù)寄存器的作用是用來監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)。如掃描時(shí)間、電池電壓等。未加定義的特殊數(shù)據(jù)寄存器，用戶不能使用。具體可參見用戶手冊(cè)。4.變址寄存器（V/Z）三菱FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16個(gè)變址寄存器，它們都是16位的寄存器。變址寄存器V/Z實(shí)際上是一種特殊用途的數(shù)據(jù)寄存器，其作用相當(dāng)于微機(jī)中的變址寄存器變，用于改變?cè)木幪?hào)（變址），例如V0=5，則執(zhí)行D20V0時(shí)，被執(zhí)行的編號(hào)為D25（D20+5）。變址寄存器可以象其它數(shù)據(jù)寄存器一樣進(jìn)行讀寫，需要進(jìn)行32位操作時(shí)，可將V、Z串聯(lián)使用（Z為低位，V為高位）