PLC中的定时器、输入输出点及继电器等部件详解

一、定时器

plc中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。

FX2N系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。

1．通用定时器

通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。

（1）100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7s。

（2）10ms通用定时器（T200～T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67s。

下面举例说明通用定时器的工作原理。如图1所示，当输入X0接通时，定时器T200从0开始对10ms时钟脉冲进行累积计数，当计数值与设定值K123相等时，定时器的常开接通Y0，经过的时间为123×0.01s=1.23s。当X0断开后定时器复位，计数值变为0，其常开触点断开，Y0也随之OFF。若外部电源断电，定时器也将复位。

图1通用定时器工作原理

2．积算定时器

积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。

（1）1ms积算定时器（T246～T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.001～32.767s。

（2）100ms积算定时器（T250～T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.1～3276.7s。

以下举例说明积算定时器的工作原理。如图2所示，当X0接通时，T253当前值计数数器开始累积100ms的时钟脉冲的个数。当X0经t0后断开，而T253尚未计数到设定值K345，其计数的当前值保留。当X0再次接通，T253从保留的当前值开始继续累积，经过t1时间，当前值达到K345时，定时器的触点动作。累积的时间为t0+t1=0.1×345=34.5s。当复位输入X1接通时，定时器才复位，当前值变为0，触点也跟随复位。

图2积算定时器工作原理

二、PLC输入点

输入继电器与输入端相连，它是专门用来接受plc外部开关信号的元件。PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映象寄存器中。如图1所示为输入继电器X1的等效电路。

图1输入继电器的等效电路

输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现其线圈。由于输入继电器（X）为输入映象寄存器中的状态，所以其触点的使用次数不限。

FX系列PLC的输入继电器以八进制进行编号，FX2N输入继电器的编号范围为X000~X267（184点）。注意，基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。例如：基本单元FX2N-64M的输入继电器编号为X000~X037（32点），如果接有扩展单元或扩展模块，则扩展的输入继电器从X040开始编号。

三、plc输出点

输出继电器是用来将plc内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。如图1所示为输出继电器Ｙ０的等效电路。

图1输出继电器的等效电路

每个输出继电器在输出单元中都对应有维一一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。

FX系列PLC的输出继电器也是八进制编号其中FX2N编号范围为Y000~Y267（184点）。与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。

在实际使用中，输入、输出继电器的数量，要看具体系统的配置情况。

四、辅助继电器

辅助继电器是plc中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。

辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。

辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。

1．通用辅助继电器（M0～M499）

FX2N系列共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时，如果电源突然断电，则全部线圈均OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。

根据需要可通过程序设定，将M0～M499变为断电保持辅助继电器。

2．断电保持辅助继电器（M500～M3071）

FX2N系列有M500～M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用PLC中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中M500～M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。

下面通过小车往复运动控制来说明断电保持辅助继电器的应用，如图1所示。

图1断电保持辅助继电器的作用

小车的正反向运动中，用M600、M601控制输出继电器驱动小车运动。X1、X0为限位输入信号。运行的过程是X0=ON→M600=ON→Y0=ON→小车右行→停电→小车中途停止→上电（M600=ON→Y0=ON）再右行→X1=ON→M600=OFF、M601=ON→Y1=ON（左行）。可见由于M600和M601具有断电保持，所以在小车中途因停电停止后，一旦电源恢复，M600或M601仍记忆原来的状态，将由它们控制相应输出继电器，小车继续原方向运动。若不用断电保护辅助继电器当小车中途断电后，再次得电小车也不能运动。

3．特殊辅助继电器

PLC内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类

（1）触点型其线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：

M8000：运行监视器（在PLC运行中接通），M8001与M8000相反逻辑。

M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通），M8003与M8002相反逻辑。

M8011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。

M8000、M8002、M8012的波形图如图2所示。

图2 M8000、M8002、M8012波形图

（2）线圈型由用户程序驱动线圈后PLC执行特定的动作。例如：

M8033：若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。

M8034：若使其线圈得电，则将PLC的输出全部禁止。

M8039：若使其线圈得电，则PLC按D8039中指定的扫描时间工作。

四、状态器（S）

状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令STL配合应用。

如图3-6所示，我们用机械手动作简单介绍状态器S的作用。当启动信号X0有效时，机械手下降，到下降限位X1开始夹紧工件，加紧到位信号X2为ON时，机械手上升到上限X3则停止。整个过程可分为三步，每一步都用一个状态器S20、S21、S22记录。每个状态器都有各自的置位和复位信号（如S21由X1置位，X2复位），并有各自要做的操作（驱动Y0、Y1、Y2）。从启动开始由上至下随着状态动作的转移，下一状态动作则上面状态自动返回原状。这样使每一步的工作互不干扰，不必考虑不同步之间元件的互锁，使设计清晰简洁。

图3状态器（S）的作用

状态器有五种类型：初始状态器S0～S9共10点；回零状态器S10～S19共10点；通用状态器S20～S499共480点；具有状态断电保持的状态器有S500～S899，共400点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）S900～S999共100点。

在使用用状态器时应注意：

1）状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；

2）状态器不与步进顺控指令STL配合使用时，可作为辅助继电器M使用；

3）FX2N系列PLC可通过程序设定将S0～S499设置为有断电保持功能的状态器。

五、寄存器

plc在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄存器为16位，最高位为符号位。可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。数据寄存器有以下几种类型：1．通用数据寄存器（D0～D199）共200点。当M8033为ON时，D0～D199有断电保护功能；当M8033为OFF时则它们无断电保护，这种情况PLC由RUN →STOP或停电时，数据全部清零。2.断电保持数据寄存器（D200～D7999）共7800点，其中D200～D511（共12点）有断电保持功能，可以利用外部设备的参数设定改变通用数据寄存器与有断电保持功能数据寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的断电保持功能不能用软件改变，但可用指令清除它们的内容。根据参数设定可以将D1000以上做为文件寄存器。3.特殊数据寄存器（D8000～D8255）共256点。特殊数据寄存器的作用是用来监控PLC的运行状态。如扫描时间、电池电压等。未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。具体可参见用户手册。4.变址寄存器（V/Z）三菱FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16个变址寄存器，它们都是16位的寄存器。变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微机中的变址寄存器变，用于改变元件的编号（变址），例如V0=5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D20+5）。变址寄存器可以象其它数据寄存器一样进行读写，需要进行32位操作时，可将V、Z串联使用（Z为低位，V为高位）