项目2 基本逻辑指令及定时器、计数器基础
任务1 基本指令的使用
知识链接1 FX2N系列可编程控制器主要编程元件
PLC是按照电气继电控制线路设计思想，借助于大规模集成电路和计算机技术开发的一种新型工业控制器。使用者可以不必考虑PLC内部元器件的具体组成线路，而将PLC看成由各种功能元器件组成的工业控制器，利用编程语言对这些元器件线圈、触点进行编程以达到控制要求，为此使用者必须熟悉和掌握这些元器件的功能、编号及其使用方法。每种元器件都用特定的字母来表示，如X表示输入继电器、Y表示输出继电器、M表示辅助继电器、T表示定时器、C表示计数器、S表示状态元件等，并对这些元器件给予规定的编号。下面对主要元器件做一下说明。
FX2N系列PLC具有数十种编程元件，其编号分为两个部分。第一部分是代表功能的字母，如输入继电器用“X”表示，输出继电器用“Y”表示；第二部分为数字，数字为该类器件的序号。FX2N系列PLC中输入继电器及输出继电器的序号为八进制数，其余器件的序号为十进制数。
（1）输入继电器（X）。FX2N 系列可编程控制器输入继电器编号范围为X000～X267（184点）。
输入继电器与PLC的输入端相连，用于PLC接收外部开关信号，如开关、传感器等输入信号。输入继电器必须由外部信号来驱动，不能用程序驱动。它可提供无数对常开触点和常闭触点，这些接点在PLC内可以自由使用。
（2）输出继电器（Y）。输出继电器编号范围为Y000～Y267（184点）。
输出继电器是PLC用来输送信号到外部负载的元件，输出继电器只能用程序指令驱动，每一个输出继电器有一个外部输出的常开触点。而内部的软触点，不管是常开还是常闭，都可以无限次地自由使用。
（3）辅助继电器（M）。PLC内部有很多辅助继电器，辅助继电器与输出继电器一样只能用程序指令驱动，外部信号无法驱动它的常开、常闭触点，在PLC内部编程时可以无限次地自由使用。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载必须由输出继电器的外部触点来驱动。
在逻辑运算中经常需要一些中间继电器进行辅助运算，这些器件往往用做状态暂存或移位等运算。另外，辅助继电器还具有一些特殊功能。下面是几种常见的辅助继电器。
① 通用辅助继电器M0～M499。通用辅助继电器按十进制地址编号M0～M499，共500点。
② 断电保持辅助继电器M500～M1023（524点）。PLC在运行过程中若发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成为断开状态。上电后，除了PLC运行时被外部输入信号接通的以外，其他仍断开。不少控制系统要求保持断电瞬间状态。断电保持辅助继电器就是用于此场合，断电保持是由PLC内装锂电池支持的。
③ 特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）。PLC内有256个特殊辅助继电器，这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能。通常分为两大类。
● 只能利用其触点的特殊辅助继电器。线圈由PLC自动驱动，用户只可以利用其触点。例如：M8000为运行监控用，PLC运行时M8000接通；M8002为仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器；M8012为产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。
● 可驱动线圈型特殊辅助继电器，用户激励线圈后，PLC做特定动作，例如：M8030为锂电池电压指示灯特殊辅助继电器，当锂电池电压跌落时，M8030动作，指示灯亮，提醒PLC维修人员需要赶快调换锂电池了；M8033为PLC停止时输出保持辅助继电器；M8034为禁止全部输出特殊辅助继电器；M8039为定时扫描特殊辅助继电器。
需要说明的是，未定义的特殊辅助继电器不可在用户程序中使用。
辅助继电器的常开常闭触点在PLC内可无限次地使用。
（4）状态器（S）。状态器是构成状态转移图的重要器件，它与后述的步进顺控指令配合使用。通常状态器软件有下面五种类型。
● 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。
● 保持状态器S500～S899共400点。
● 报警用状态器S900～S999共100点。这100个状态器器件可用做外部故障诊断输出。
S0～S499没有断电保持功能，但是用程序可以将它们设定为有断点保持功能的状态。状态器的常开、常闭触点在PLC内可以使用，且使用次数不限。不用步进顺控指令时，状态器S可以作为辅助继电器M在程序中使用。此外，每一个状态继电器还提供一个步进触点，称为STL触点。在步进控制的梯形图中使用。
（5）定时器（T）。PLC中定时器T相当于继电器控制系统中的延时继电器，它可提供无限对常开延时触点、常闭延时触点供编程使用。定时器元件号按十进制编号，设定时间由编程时设定系数K决定。T0～T199 为0.1s定时器，设定值范围为0.1～3276.7s，最小单位为0.1s。T200～T245为0.01s定时器，设定值范围为0.01～327.67s。其他还有积算型定时器。
（6）计数器（C）。计数器元件号按十进制编号，计数器计数次数由编程时设定系数K决定。它可提供无限对常开触点、常闭触点供编程使用。C0～C99为通用加计数器，计数范围为1～32767。C100～C199为停电保持加计数器，计数范围为1～32767。其他还有可逆加减计数器等。
知识链接2 基本指令
FX系列PLC有基本指令20条，步进指令2条，功能指令近百条。本节主要介绍基本指令。
1.逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI、OUT
LD取指令：表示读入一个与母线相连的常开触点指令，即常开触点逻辑运算起始。
LDI取反指令：表示读入一个与母线相连的常闭触点指令，即常闭触点逻辑运算起始。
OUT线圈驱动指令，也叫输出指令。
如图2.1所示是上述三条基本指令的使用说明。
图2.1 LD、LDI、OUT指令的使用说明
LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将触点接到母线上。也可以与后述的ANB、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。
OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续使用多次。
对定时器的定时线圈使用OUT指令后，必须设定常数K，图中K为10，对应于延时时间为1s。对计数器的计数线圈，使用OUT指令后，也必须设定常数K，K表示计数器设定次数。
2.触点串联指令AND、ANI
AND与指令：用于单个常开触点的串联。
ANI与非指令：用于单个常闭触点的串联。
AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联触点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。AND、ANI指令的使用说明如图2.2所示。目标元件为X、Y、M、S、T、C。
图2.2 AND、ANI指令的使用说明
3.触点并联指令OR、ORI
OR或指令：用于单个常开触点的并联。
ORI或非指令：用于单个常闭触点的并联。
OR与ORI指令都是一个程序步指令，它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。对这两种指令的使用做如下说明。
（1）OR和ORI指令用于单个触点的并联连接。
（2）需要两个以上触点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的ORB指令。
OR、ORI是从该指令的当前步开始，对前面的LD、LDI指令并联连接。并联的次数无限制。OR、ORI指令的使用说明如图2.3所示。
图2.3 OR、ORI指令的使用说明
4.串联电路块的并联连接指令ORB
两个或两个以上的触点串联连接的电路叫串联电路块。对串联电路块并联连接时，有如下的说明。
（1）分支开始用LD、LDI指令，分支结果用ORB指令。
（2）ORB指令为无目标元件指令，而且为一个程序步。ORB有时也简称或块指令。ORB指令的使用说明如图2.4所示。
图2.4 ORB指令的使用说明
ORB指令的使用方法有两种：一种是在并联的每个串联电路块后加ORB指令，如图2.4所示的语句表；另一种是集中使用ORB指令，两种指令的使用对比如图2.5所示。对于前者分散使用ORB指令时，并联电路的个数没有限制，但对于后者集中使用ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个（即重复使用LD、LDI指令的次数限制在8次以下），所以不推荐用后者编程。
图2.5 两种ORB指令的使用对比
5.并联电路块的串联连接指令ANB
两个或两个以上接点并联的电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。在使用时应注意以下几点。
（1）分支的起点用LD、LDI指令，并联电路块结束后，使用ANB指令与前面电路串联。
（2）ANB指令简称与块指令，ANB也是无操作目标元件，是一个程序步指令。ANB指令的使用说明如图2.6和图2.7所示。
图2.6 ANB指令使用说明之一
图2.7 ANB指令使用说明之二
（3）当并联的串联电路块≥3时，有两种编程方法，但最好采用如图2.6所示的编程方法。串联电路块逐块连接，对每一电路块使用ANB指令，ANB使用次数无限制。采用如图2.7所示的编程方法时，ANB指令虽然也可连续使用，但重复使用LD、LDI指令的次数限制在8次以下，这点请注意。
6.多重输出指令MPS、MRD、MPP
MPS为进栈指令。
MRD为读栈指令。
MPP为出栈指令。
PLC中有11个存储中间运算结果的存储器，称为栈存储器。进栈MPS指令就是将运算中间的结果存入栈存储器，使用一次MPS指令，该时刻的运算结果就压入栈存储器第一级，再使用一次MPS指令，当前的运算结果压入栈存储器的第一级，先压入的数据依次向栈的下一级推移。
使用出栈MPP指令就是将存入栈存储器的各数据依次上移，最上级数据读出后就从栈内消失。
读栈MRD指令是存入栈存储器的最上级的最新数据的读出专用指令，栈内的数据不发生上移和下移。
这组指令都是没有数据（操作元件号）的指令，可将触点先存储，因此可用于多重输出电路。MPS、MRD、MPP指令的使用说明如图2.8、图2.9、图2.10和图2.11所示。如图2.8所示给出了栈存储器与多重输出的指令。
图2.8 栈存储器与多重输出指令
图2.9 一层栈电路
图2.10 二层栈电路
图2.11 四层栈电路
如图2.9所示是一层栈电路，并且与ANB、ORB指令配合。
如图2.10所示是二层栈电路。如图2.11所示是一个四层栈电路。
MPS、MRD、MPP指令在使用中应注意：
（1）MPS、MRD、MPP指令用于多重输出电路。
（2）MPS与MPP指令必须配对使用。
（3）MPS与MPP连续使用必须少于11次。
7.主控及主控复位指令MC、MCR
MC为主控指令，用于公共串联触点的连接；MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组触点控制。如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这一问题。使用主控指令的接点称为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直。它们是与母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。MC、MCR指令的使用说明如图2.12所示。
图2.12 MC、MCR指令的使用说明
MC指令是3步指令，MCR指令是2步指令，两条指令的操作目标元件是Y和M，但不允许使用特殊辅助继电器M。
当如图2.12所示的X0接通时，执行MC与MCR之间的指令；当输入条件断开时，不执行MC与MCR之间的指令。非积算定时器和用OUT指令驱动的元件复位，积算定时器、计数器、用SET/RST指令驱动的元件保持当前的状态。使用MC指令后，母线移到主控触点的后面，与主控触点相连的触点必须用LD或LDI指令。MCR使母线回到原来的位置。在MC指令区内使用MC指令称为嵌套，嵌套级N的编号（0～7）顺次增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除，如图2.13所示。
图2.13 多重嵌套主控指令
8.置位与复位指令SET、RST
SET为置位指令，其功能是使元件置位并保持，直至复位为止。RST为复位指令，使元件复位并保持，直至置位为止。SET、RST指令的使用说明如图2.14所示。
图2.14 SET、RST指令的使用说明
由图2.14（c）的波形图可知，当X0接通，即使再变成断开，Y0也保持接通。X1接通后，即使再变成断开，Y0也将保持断开。SET指令的操作目标元件为Y、M、S。而RST指令的操作元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。这两条指令是1～3程序步。用RST指令可以对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。对同一编程元件，可多次使用SET和RST指令，还可用来复位积算定时器T246～T255和计数器。RST复位指令用于计算器、定时器的使用说明如图2.15所示。
图2.15 RST指令用于T、C的使用说明
当X0接通，输出接点T246复位，定时器的当前值也成为0。
输入X1接通期间，T246接收1ms时钟脉冲并计数，计到1234时Y0就动作。
32位计数器C200根据M8200的开、关状态进行递加或递减计数，它对X4接点的开关数计数。输出接点的置位或复位取决于计数方向及是否达到D0中所存的设定值。
输入X3接通，输出接点复位，计数器C200当前值清零。
9.脉冲输出指令PLS、PLF
PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，而PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它们的目标元件是Y和M，但特殊辅助继电器不能作为目标元件。
PLS、PLF指令的使用说明如图2.16所示。使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作（置1），即PLS指令使M0产生一个扫描周期脉冲，而使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作，即PLF指令使元件M1产生一个扫描周期脉冲。
图2.16 PLS、PLF指令的使用说明
10.空操作指令NOP
NOP指令是一条无动作、无目标的一程序步指令。可编程控制器的编程器一般都有指令的插入和删除功能，在程序中一般很少使用NOP指令，执行完清除用户存储器的操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。
11.程序结束指令END
END是一条无目标元件的一程序步指令。PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序不再执行，直接进行输出处理。在程序调试过程中，按段插入END指令，可以顺序扩大对各程序段动作的检查。采用END指令将程序划分为若干段，在确定处于前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。要注意的是，在执行END指令时，监视时钟也被刷新。
知识链接3 定时器与计数器
1.定时器
定时器相当于继电器电路中的时间继电器，可在程序中用做延时控制。
（1）定时器的类型。FX2N系列可编程控制器的定时器具有以下四种类型。
① 100ms定时器：T0～T199（200点），计时范围：0.1～3276.7s。
② 10ms定时器：T200～T245（46点），计时范围：0.01～327.67s。
③ 1ms积算定时器：T246～T249（4点：中断动作），计时范围：0.001～32.767s。
④ 100ms积算定时器：T250～T255（6点），计时范围：0.1～3276.7s。
（2）定时器的工作原理。可编程控制器中的定时器是对机内1ms、10ms、100ms等不同规格时钟脉冲累加计时的。定时器除了占有自己编号的存储器位外，还占有一个设定值寄存器和一个当前值寄存器。设定值寄存器存放程序赋予的定时设定值。当前值寄存器记录计时当前值。这些寄存器为16位二进制存储器。其最大值乘以定时器的计时单位值即是定时器的最大计时范围值。定时器满足计时条件时开始计时，当前值寄存器则开始记数，当它的当前值与设定值寄存器存放的设定值相等时定时器动作，其常开触点接通，常闭触点断开，并通过程序作用于控制对象，达到时间控制的目的。
（3）普通定时器与积算定时器的使用。如图2.17所示为定时器在梯形图中使用的情况。图2.17（a）所示为普通定时器。图2.17（b）所示为积算定时器。图2.17（a）中X001为计时条件，当X001接通时，定时器T10计时开始。K20为设定值。十进制数“20”为该定时器计时单位值的倍数。T10为100ms定时器，当设定值为“K20”时，其计时时间为2s。图中Y010为定时器的工作对象。当计时时间到，定时器T10的常开触点接通，Y010置1。在计时过程中，计时条件X001断开或PLC电源停电，计时过程中止且当前值寄存器复位（置0）。若X001断开或PLC电源停电发生在计时过程完成且定时器的触点已动作时，触点的动作也不能保持。
若把定时器T10换成积算定时器T250，情况就不一样了。积算定时器在计时条件失去或PLC失电时，其当前值寄存器的内容及触点状态均可保持，可在多次断续的计时过程中“累计”计时时间，所以称为“积算”。如图2.17（b）所示为积算定时器T250的工作梯形图。因积算定时器的当前值寄存器及触点都有记忆功能，必须在程序中加入专门的复位指令。图中X002即为复位条件。当X002执行“RST T250”指令时，T250的当前值寄存器及触点同时置0。
图2.17 定时器的使用
定时器可采用十进制常数（K）作为设定值，也可用后述的数据寄存器的内容做间接指定。
2.计数器
计数器在程序中用做计数控制。FX2N系列可编程控制器计数器可分为内部计数器及外部计数器。内部计数器是对机内元件（X、Y、M、S、T和C）的信号计数的计数器。由于机内信号的频率低于扫描频率，内部计数器是低速计数器，也称普通计数器。对高于机器扫描频率的信号进行计数，需用高速计数器。机内高速计数器的使用将在后续章节介绍。现将普通计数器分类介绍如下。
（1）16 位增计数器（设定值：1～32767）。有两种16 位二进制增计数器，通用的C0～C99（100点）和掉电保持用的C100～C199（100点）。
16位是指其设定值及当前值寄存器为二进制16位寄存器，其设定值在K1～K32767范围内有效。设定值K0与K1意义相同，均在第一次计数时，其触点动作。
如图2.18所示为16位增计数器的工作过程。图中计数输入X011是计数器的工作条件，X011每次接通驱动计数器C0 的线圈时，计数器的当前值加1。“K10”为计数器的设定值。当第10次执行线圈指令时，计数器的当前值和设定值相等，触点就动作。计数器C0 的工作对象Y000接通，在C0的常开触点置1后，即使计数器输入X011再动作，计数器的当前状态保持不变。
图2.18 16位增计数器的工作过程
由于计数器的工作条件X011本身就是断续工作的，外电源正常时，其当前值寄存器具有记忆功能，因而即使是非掉电保持型的计数器也需要复位指令才能复位。图中X010为复位条件。当复位输入X010接通时，执行RST指令，计数器的当前值复位为0，输出触点也复位。
计数器的设定值，除了常数设定外，也可通过数据寄存器间接设定。
使用计数器C100～C199时，即使停电，当前值和输出触点的置位/复位状态也能保持。
（2）32位增/减计数器（设定值：-2147483648～+2147483647）。有两种32位的增/减计数器，通用的C200～C219（20点）和掉电保持用的C220～C234（15点）。
32位是指其设定值寄存器为32位。由于是双向计数，32位的首位为符号位。设定值的最大绝对值为31 位二进制数所表示的十进制数，即为-2147483648～+2147483647。设定值可直接用数据或间接用数据寄存器的内容。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。
计数的方向（增计数器或减计数器）由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。
对于C×××，当M8×××接通（置1）时为减法计数，当M8×××断开（置0）时为加法计数。
如图2.19所示为32位增/减计数器的动作过程。图中X014作为计数输入驱动C200线圈进行加计数或减计数。X012为计数方向选择。计数器设定值为-5。当计数器的当前值由-6增加为-5时，其触点置1，由-5减小为-6时，其触点置0。
图2.19 32位增/减计数器的工作过程
32位增/减计数器为循环计数器。当前值的增减虽与输出触点的动作无关，但从+2147483647起再进行加计数，当前值就变成-2147483648。从-2147483648起再进行减计数，则当前值变为+2147483647。
当复位条件X013接通时，执行RST指令，则计数器的当前值为0，输出触点也复位；使用断电保持计数器，其当前值和输出触点状态皆能断电保持。
32位计数器可当做32位数据寄存器使用，但不能用做16位指令中的操作元件。