2.2　三菱FX2N系列PLC的编程元件

编程元件就是支持该机型编程语言的软元件，通俗叫法分别为继电器、定时器和计数器等。但它们与真实的继电器、定时器和计数器等元器件不同，这些编程用的继电器、定时器和计数器等软元件，工作线圈没有电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题，触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题，它们在不同的指令操作下，工作状态可以无记忆也可以有记忆，还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，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。各个元件有其各自的功能和固定的地址，元件的多少决定了PLC整个系统的规模及数据处理能力。

三菱FX系列PLC编程元件的编号由字母和数字组成，它们分别代表元件的类型和元件号。其中，输入继电器和输出继电器用八进制数字编号，其他均采用十进制数字编号。

三菱FX系列PLC使用以下五种类型的数制：

①十进制数（Decimal Number，DEC）　包括定时器和计数器的设定值（K常数）；辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态继电器（S）等的编号（软元件编号）；指定应用指令操作数中的数值与指令动作（K常数）。

②十六进制数（Hexadecimal Number，HEX）　同十进制数一样，用于指定应用指令中的操作数与指定动作（H常数）。

③二进制数（Binary Number，BIN）　如前所述，以十进制数或十六进制数对定时器、计数器或数据寄存器进行数值指定，但在PLC内部，这些数字都用二进制数处理。

④八进制数（Octal Number，OCT）　FX系列PLC的输入继电器、输出继电器的软元件编号以八进制数值进行分配，因此，可进行“0～7，10～17，…，100～107”的进位。

⑤BCD码（Binary Code Decimal，BCD）　BCD码是以用4位二进制表示1位十进制数（0～9）的方法，因此可用于BCD码输出形的数字式开关或七段码的显示器控制等方面。

其他数制有：浮点数和常数K、H。

FX2N、FX2NCPLC具有高精度浮点运算功能，用二进制浮点数进行浮点运算，同时用十进制浮点值实施监视；PLC的程序进行数制处理时，必须使用常数K（十进制数）或常数H（十六进制数）。其作用和功能如下：常数K是表示十进制整数的符号，主要用于指定定时器或计数器的设定值或应用指令操作数中的数制；常数H是十六进制数的表示符号，主要用于指定应用指令操作数的数制。

在编程用外部设备上进行指令数制的相关操作时，十进制数加K后输入，十六进制数加H后输入。例如20，用十进制表示为K20，用十六进制则表示为H14。

FX系列PLC中使用的数制可按表2-5进行转换。

FX系列PLC中几种常用型号的编程元件及编号见表2-6。

2.2.1　输入继电器X

输入、输出继电器的编号是由基本单元固有地址号及按照与这些地址号相连的顺序给扩展设备分配的地址号组成的。这些地址号使用的是八进制数。

输入继电器（X）是PLC接收外部输入信号的窗口。输入继电器与输入端相连，它是专门用来接收PLC外部开关信号的元件。PLC通过光电耦合器，将外部信号的状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映像寄存器中。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路或电子传感器（如接近开关）。在梯形图中，线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。输入继电器的元件号为八进制，X0～X177，最多128点。输入继电器的线圈在程序中不允许出现。图2-3所示为输入继电器X0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）为输入映像寄存器中的状态，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X0～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X0～X37（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X40开始编号。表2-7为FX2N系列PLC主机输入继电器元件编号。

输入继电器的元件号为八进制，各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X0～X7、X10～X17、X20～X27，它们一般位于机器的上端。例如，FX2N-32M型PLC共有16个输入点，编号分别为X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7，X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17。输入继电器的线圈在程序设计时不允许出现。

PLC在每一个周期开始时读取输入信号，输入信号的通、断持续时间必须大于PLC的扫描周期，否则，会丢失输入信号。

2.2.2　输出继电器Y

输出继电器（Y）是PLC向外部负载发送信号的窗口，它用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器的线圈由程序控制，由PLC内部程序的指令驱动。输出继电器用来将PLC的输出信号通过输出电路硬件驱动外部负载。图2-4所示为输出继电器的等效电路。

输出继电器的线圈在程序设计时只能使用一次，不可重复使用，但触点可以多次使用。输出继电器的线圈“通电”后，继电器型输出模块中对应的硬件输出继电器的常开触点闭合，使外部负载工作。硬件输出继电器只有一个常开触点，接在PLC的输出端子上。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Y0～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，如输出为Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27，它们一般位于机器的下端。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。表2-8为FX2N系列PLC主机输出继电器元件编号。

输出继电器的元件号为八进制，如FX2N-32M型PLC共有16个输出点，编号分别为Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17。

在各基本单元中，按X0～X7、X10～X17、…、Y0～Y7、Y10～Y17、…八进制数的方式分配输入和输出继电器的地址号、扩展单元和扩展模块的地址号，接在基本单元的后面，以八进制方式依次分别对X和Y连续编号。

在有些特定的输入继电器的输入滤波器中采用了数字滤波器，因此，可利用程序改变滤波值。所以，在高速接收的应用中，可以分配这种输入继电器地址号。

输入、输出继电器的等效电路如图2-5所示。

输入、输出继电器的动作时序如图2-6所示。

（1）输入处理

在执行程序之前，将PLC所有输入端子的ON/OFF状态读入输入映像寄存器。在执行程序的过程中，即使输入变化，输入映像寄存器的内容也不变，而在下一周期的输入处理时，读入该变化。注意，输入触点出现ON-OFF、OFF-ON的变化后，在判定ON/OFF之前，输入滤波器会造成响应滞后（约为10ms）。

（2）程序处理

PLC根据程序存储器的指令内容，从输入映像寄存器或其他软元件的映像寄存器中读出各软元件的ON/OFF状态，从0步开始依次进行运算，然后将结果存入映像寄存器。因此，各软元件的映像寄存器随着程序的执行逐步改变其内容，而且输出继电器的内部触点根据输出映像寄存器的内容执行动作。

（3）输出处理

所有指令执行结束，将输出Y的映像寄存器的ON/OFF状态传输至输出锁存区，成为PLC的实际输出。PLC内的外部输出用触点，按照输出用软元件的响应滞后时间动作。

2.2.3　辅助继电器M

辅助继电器（M）是PLC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。PLC内有很多的辅助继电器，辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器。它们是用软件实现的，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，是一种内部的状态标志，起到相当于继电器控制系统中的中间继电器的作用，只供内部编程使用。它的电子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。在FX2N系列PLC中，辅助继电器采用M0～M499，共500点，辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号。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。表2-9为FX2N系列PLC辅助继电器编号。

FX系列PLC的辅助继电器有：通用辅助继电器、保持辅助继电器、特殊辅助继电器三种。

（1）通用辅助继电器

在FX系列PLC中，输入继电器和输出继电器的元件号采用八进制编排，其他编程元件的元件号都采用十进制编排，所以，通用辅助继电器的元件号采用十进制编排。

不同型号的PLC其通用辅助继电器的数量是不同的，其编号范围也不同，使用时必须参照其编程手册。FX2N型PLC通用辅助继电器点数为500点，元件号为M0～M499。FX系列PLC的通用辅助继电器与输出继电器一样，没有断电保持功能。通用辅助继电器在PLC运行时如果电源突然断电，则全部线圈均为OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON状态的线圈以外，其余的仍将保持OFF状态，因为它们没有断电保护功能。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。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，在使用时，除了不能驱动外部元件外，其他功能与输出继电器非常类似，如图2-7所示。

FX2N系列PLC内的一般用辅助继电器和停电保持用辅助继电器的分配可通过外部设备的参数设定进行调整。

（2）保持辅助继电器

如果在PLC运行过程中停电，那么输出继电器及一般的辅助继电器都断开。再运行时，除了输入条件为“ON”外，其他都是断开状态。但是，根据控制对象不同，有时需要记忆停电前的状态，再运行时再现该状态。断电保持辅助继电器就用于上述目的，它利用PLC内装的备用电池或EEPROM进行停电保持。在将断电保持专用继电器作为一般辅助继电器使用的场合，应在程序最前面的地方用RST或ZRST指令清除内容。断电保持辅助继电器在断电后能保存原工作状态，是靠PLC内部备用电池供电的。

FX2N型PLC保持辅助继电器点数共有2572点，元件号为M500～M3071。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中的锂电池供电，来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。

如图2-8所示，它是一种具有断电保持功能的辅助继电器用法。X000接通后，M600动作，其常开触点闭合自锁，即使X000再断开，M600的状态仍保持不变。若此时PLC失去供电，等PLC恢复供电后再运行时，只要停电前X001的状态不发生改变，M600仍能保持动作。M600保持动作不是因为自锁，而是M600断电保持辅助继电器有后备电池供电。

断电保持辅助继电器用途示例如图2-9所示。

再运行时，其前进方向与停电前的前进方向相同。X000=ON（左限位开关）→M600=ON→右驱动→断电→平台中途停止→再运行（M600=ON）→X001=ON（右限位开关）→M600=OFF，M601=ON→左驱动。

（3）特殊辅助继电器

PLC内有大量的特殊辅助继电器，它们都有其各自的特殊功能。FX2N系列PLC中有256个特殊辅助继电器，地址编号为M8000～M8255，这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能，分为只能利用触点型和线圈驱动型两大类。

①只能利用触点型　这类特殊辅助继电器的线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。典型的只能利用触点型特殊辅助继电器如下。

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

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

M8005：PLC后备锂电池电压过低时接通。

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

②线圈驱动型　这类特殊辅助继电器的线圈可由用户驱动，而线圈被驱动后PLC将做特定动作。典型的线圈驱动型特殊辅助继电器如下。

M8030：线圈被驱动后使后备锂电池欠电压指示灯熄灭。

M8033：线圈被驱动后PLC由RUN状态进入STOP状态后，映像寄存器与数据寄存器的内容不变。即若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。

M8034：线圈被驱动后禁止所有的输出。即若使其线圈得电，则将PLC的输出全部禁止。

M8039：线圈被驱动后PLC以D8039中指定的扫描时间工作。即若使其线圈得电，则PLC按D8039中指定的扫描时间工作。

注意，没有定义的特殊辅助继电器，不允许在用户程序中出现。

2.2.4　状态继电器S

状态继电器（S）是作为步进梯形图或SFC表示的工序号使用的继电器。不作为工序号使用时，与辅助继电器一样，可作为普通的触点/线圈进行编程；另外也可作为信号报警器，用于外部故障诊断。状态继电器在步进顺控程序的编程中是一类非常重要的软元件，状态继电器用来记录系统运行中的状态。状态继电器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。

FX2N及FX2NC系列状态继电器有五种类型：初始状态继电器S0～S9，共10点；回零状态继电器S10～S19，共10点；通用状态继电器S20～S499，共480点；具有断电保持功能的状态继电器S500～S899，共400点；供报警用的状态继电器（可用作外部故障诊断输出）S900～S999，共100点，见表2-10。

在使用状态继电器时应注意：

①状态继电器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；

②状态继电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；

③FX2N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继电器。

通用状态继电器没有断电保持功能，S0～S9供初始状态使用。断电保持状态继电器S500～S899在断电时依靠后备锂电池供电保持。报警状态继电器S900～S999可用作外部故障诊断输出，报警状态继电器为断电保持型。

状态继电器在SFC中的使用如图2-10所示。

在图2-10所示的工序步进控制中，如果启动信号X000为ON，则状态S20置位（ON），下降用的电磁阀Y000开始动作。其结果是，若下限限位开关X001为ON，则状态S21置位（ON），夹紧用的电磁阀Y001动作。

如果夹紧动作确认的限位开关X002为ON，则状态S22置位（ON）。随着状态动作的转移，状态自动返回原状态。

通用状态继电器在电源断开后，都变为OFF状态；但断电保持用状态继电器能记忆电源停电前一刻的ON/OFF状态，因此也能从中途工序开始运行。

状态继电器与辅助继电器一样，有无数的常开、常闭触点，在顺控程序内可随意使用。此外，在不用于步进梯形图指令时，状态继电器（S）也与辅助继电器（M）一样可在一般的顺控中使用，如图2-11所示。

FX2N及FX2NC系列PLC可通过外围设备参数的设定，变更一般用状态继电器和断电保持状态继电器的分配。

一般用状态继电器使用的情况如下，应在程序的起始部分设置复位电路，如图2-12所示。

2.2.5　定时器T

定时器（T）相当于继电器-接触器系统中的时间继电器，可对可编程控制器内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，主要用于延时控制。利用基于时钟脉冲的定时器，可检测到0.001～3276.7s。

FX2N系列PLC内有256个定时器，可以提供无限对常开、常闭延时触点。定时器的编号范围为T0～T255。定时器一般分两类，通用型定时器和累积型定时器。其中，通用型定时器246个，累积型定时器10个。每个定时器的设定值在K0～K32767之间。定时器是根据时钟脉冲的累积计时的，时钟脉冲有1ms、10ms和100ms三种，当所计时间到达设定值时其输出触点动作。定时器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状态的映像寄存器（占二进制的一位），这三个单元使用同一个元件号。

定时器可以用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，一般使用有断电保护功能的数据寄存器，目的是断电时不会丢失数据。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往也会发生误动作。

定时器指令符号及应用梯形图如图2-13所示。

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，定时器的输出触点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23s（10×123ms=1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生断电时，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。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个为现时值寄存器，在编程时由用户设定累积值。

2.2.6　计数器C

计数器（C）用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数，其结构与定时器类似，通常设定值在程序中赋予，有时也可根据需求在外部进行设定。

计数器可用常数（K）作为设定值，也可用数据寄存器（D）的内容作为设定值。如果计数器输入端信号由OFF变为ON时，计数器以加1或减1的方式进行计数，当计数值加到设定值或计数器减为“0”时，计数器线圈得电，其相应触点动作。

FX2N系列PLC提供了两类计数器：内部计数器和高速计数器。内部计数器是PLC在执行扫描操作时对内部信号X、Y、M、S、T、C等进行计数的计数器，要求输入信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期时间要长；高速计数器的响应速度快，因此对于频率较高的计数就必须采用高速计数器。

2.2.7　数据寄存器D

数据寄存器（D）是存储数据用的软元件。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。FX系列PLC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。数据寄存器可以存储16位二进制数或称一个字。要想存储32位二进制数据（双字），必须同时用两个序号连续的数据寄存器进行数据存储。例如，用D0和D1存储双字，D0存放低16位，D1存放高16位。字或双字的最高位为符号位，0表示为正数，1表示为负数。FX2N、FX2NC系列PLC数据寄存器编号见表2-11。

跟其他软元件一样，数据寄存器也有供一般使用和断电保持使用两种。

在数据寄存器中，还有供变址（修改）用的V、Z寄存器。V、Z寄存器与其他软元件一起使用如下所示：

令V0=5、Z0=5，则D100V0=D105，C20Z0=C25。

数据寄存器可用于定时器与计数器设定值的间接指定和应用指令中。数据寄存器的数值读出与写入一般采用应用指令，而且可以从数据存储单元（显示器）与编程装置直接读出与写入。数据寄存器分为通用数据寄存器、断电保持数据寄存器、特殊数据寄存器和文件寄存器等。

（1）通用数据寄存器

通用数据寄存器D0～D199，共200点。将数据写入通用数据寄存器后，其值将保持不变，直到下一次被改写。PLC由运行（RUN）状态进入到停止（STOP）状态时，所有的通用数据寄存器的值都变为0。如果特殊辅助继电器M8033接通，PLC由运行（RUN）状态进入到停止（STOP）状态时，通用数据寄存器的值将保持不变。当M8033为“ON”状态时，D0～D199有断电保持功能；当M8033为“OFF”状态时，则它们无断电保持，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

断电保持数据寄存器D200～D7999，共7800点。通道分配为D200～D511，共312点；或为D200～D999，共800点（由机器的具体型号定）。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；断电保持数据寄存器在PLC由运行（RUN）状态进入到停止（STOP）状态时，其值保持不变。利用参数设定，可以改变断电保持数据寄存器的范围。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。然而在两台PLC做点对点的通信时，D490～D509被用作通信操作。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以上用作文件寄存器。

（3）特殊数据寄存器

特殊数据寄存器D8000～D8255，共256点，其作用是用来监控PLC的运行状态。未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用，具体可参考PLC使用手册。特殊数据寄存器是指写入特定目的的数据，或事先写入特定的内容。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），用来控制和监视PLC内部的各种工作方式和元件，如备用锂电池的电压、扫描时间、正在动作的状态继电器的编号等。PLC上电时，这些数据寄存器被写入默认的值。

（4）文件寄存器

文件寄存器D1000～D7999，共7000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，文件寄存器以500点为单位。文件寄存器实际上被设置为PLC的参数区，它可被外部设备存取。文件寄存器与锁存寄存器重叠，数据不会丢失。FX2N系列PLC的文件寄存器可以通过块传送指令来改写其内容。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。

RAM文件寄存器的通道分配为D6000～D7999，共2000点。

例如驱动特殊辅助继电器M8074。由于扫描被禁止，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），如图2-14所示。

2.2.8　变址寄存器V/Z

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。变址寄存器实际上是一种具有特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微型计算机中的变址寄存器，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）。变址寄存器可以像其他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（V为高位，Z为低位）。

FX2N系列PLC的变址寄存器有16个点，即V0～V7和Z0～Z7。当V0=8、Z1=20时，执行指令MOV D5V0D10Z1，则数据寄存器的元件号D5V0实际上相当于D13（5+8=13），D10Z1则相当于D30（10+20=30）。

变址寄存器都是16位数据寄存器。32位指令中V、Z自动组对使用，V作为高16位，Z作为低16位，使用时只需编写Z。

V、Z两种变址寄存器与数据寄存器有同样的结构。变址寄存器的结构如图2-15所示。

2.2.9　常数K/H

常数一般用于定时器、计数器的设定值或当前值，以及功能指令中的操作数。PLC中常用的数是十进制数和十六进制数，常数也作为器件对待，在存储器中占有一定的空间。为了区分，十进制数前冠以K，十六进制数前冠以H，主要用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值。例如20这个数，在PLC中用十进制表示为K20，用十六进制表示则为H14。

2.2.10　指针P/I

指针用于分支与中断。分支用的指针（P）用于指定FNC 00（CJ）条件跳转或FNC 01（CALL）子程序的跳转目标。中断用的指针（I）用于指定输入中断、定时中断和计数器中断的中断程序。FX系列PLC指针编号见表2-12。