《機電一體化控制技術與系統(tǒng)》課件第5章

第5章可編程序控制器5.1順序控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)5.2可編程序控制器基礎5.3三菱FX2N系列可編程序控制器及其指令系統(tǒng)5.4可編程序控制器的基本應用5.5可編程序控制器的高級應用

5.1順序控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)

5.1.1順序控制系統(tǒng)

1.順序控制

順序控制是指根據(jù)預先規(guī)定好的時間或條件，按照預先確定的操作順序，對開關量實現(xiàn)有規(guī)律的邏輯控制，使控制過程依次進行的一種控制方法。順序控制的應用非常廣泛，例如組合機床的動力頭控制、搬運機械手的控制、包裝生產(chǎn)線的控制等都屬于順序控制的范疇。

2.順序控制系統(tǒng)的分類

按照順序控制系統(tǒng)的特征，可將順序控制系統(tǒng)劃分為時間順序控制系統(tǒng)、邏輯順序控制系統(tǒng)和條件順序控制系統(tǒng)。

（1）時間順序控制系統(tǒng)：以執(zhí)行時間為依據(jù)，每個設備的運行與停止都與時間有關。

例如，物料的多級輸送。物料經(jīng)過多級傳送帶由起始點輸送到目的地，在物料的輸送過程中，為了防止物料的堵塞，通常要按以下順序動作：

啟動：先啟動后級輸送帶，再啟動前級輸送帶，A→延遲10s→B→延遲10s→C停止：先停止前級輸送帶，再停止后級輸送帶，C→延遲10s→B→延遲10s→A

物料的多級輸送示意圖如圖5－1所示。再如，十字路口的交通信號燈。雖然不同路口的時間設置不同，但對于確定的路口，南北向與東西向的紅、綠、黃信號燈點亮的時間順序是嚴格確定的。例如：

南北向：綠燈亮（26s）、黃燈亮（4s）、紅燈亮（30s）、綠燈亮（26s）……

東西向：紅燈亮（30s）、綠燈亮（26s）、黃燈亮（4s）、紅燈亮（30s）……

十字路口的交通信號燈示意圖如圖5－2所示。圖5－1物料的多級輸送圖5－2交通信號燈（2）邏輯順序控制系統(tǒng)：按照邏輯先后關系順序執(zhí)行操作指令，與執(zhí)行時間無嚴格關系。

例如，化學反應池中的液位控制。在化學反應池中，基料與輔料以一定的比例，在加熱的情況下產(chǎn)生化學反應并生成最終產(chǎn)品。在反應初期，基料泵工作，基料進入，到達液位1后，攪拌機啟動并開始攪拌；當液位上升到2時，基料泵停止工作，輔料泵工作，輔料進入；當液位到達3時，輔料泵停止工作，加料完成，開始加熱，進行化學反應?；瘜W反應池中的液位控制示意圖如圖5－3所示。圖5－3化學反應池中的液位控制整個加料過程看似也是按照時間先后關系完成的，但仔細分析可知，實際上整個加料過程是按照邏輯先后關系完成的，與時間無嚴格關系。也就是說，基料從開始加入到停止加入，花1分鐘還是5分鐘，只與生產(chǎn)效率有關，而與結果無關。

（3）條件順序控制系統(tǒng)：根據(jù)條件是否滿足執(zhí)行相應的操作指令。

例如，電梯運行控制。某層乘客按了向上的按鈕，電梯控制器根據(jù)電梯的當前層和乘客所在層的位置，來決定上升還是下降：

電梯在乘客層上：下降

電梯在乘客層下：上升

電梯運行控制示意圖如圖5－4所示。圖5－4電梯運行控制5.1.2順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

順序控制系統(tǒng)有多種實現(xiàn)方法，具體包括：

（1）由繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)（機械式開關）。

在繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)中，所有的操作和邏輯關系都由硬件來完成，即由繼電器的常開、常閉觸點，延時斷開、延時閉合觸點，接觸器，開關等元件完成系統(tǒng)所需要的邏輯功能。受繼電器機械觸點的壽命和可靠性限制，此類系統(tǒng)的可靠性較差，使用壽命短，更改邏輯關系不方便，只用在一些老式的或極其簡單的控制系統(tǒng)中。（2）由晶體管組成的無觸點順序邏輯控制電路（電子式開關）。

采用晶體管、晶閘管等半導體元件代替繼電器，組成無觸點順序邏輯控制電路，使邏輯控制系統(tǒng)提高了可靠性和使用壽命，但仍存在更改邏輯關系不方便的缺點，目前也很少使用。

（3）可編程序控制器（軟件開關）。

可編程序控制器用存儲器代替了機械式開關和電子式開關，用存儲器的存儲值代替了開關的狀態(tài)，不僅大大提高了開關的可靠性和使用壽命，而且存儲器的存儲值可以無限次使用，只要更改控制程序就可以實現(xiàn)更改邏輯關系。

（4）由計算機組成的順序邏輯控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)通常應用于集散控制系統(tǒng)或工控機中，可實現(xiàn)邏輯控制功能，適合于大型系統(tǒng)。

5.2可編程序控制器基礎

5.2.1可編程序控制器的結構及分類

1.可編程序控制器的定義

可編程序控制器自產(chǎn)生到現(xiàn)在，隨著各種新技術的加入，仍處于發(fā)展過程中，因此，它還沒有最終的、明確的定義。國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee，IEC）在1987年頒布的PLC標準中對PLC做了如下定義：

可編程序控制器是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可編程序存儲器作為內部指令記憶裝置，具有邏輯、排序、定時、計數(shù)及算術運算等功能，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出模塊控制各種類型的設備和生產(chǎn)過程。

2.可編程序控制器的結構

圖5－5

PLC結構框圖（1）中央處理器（CPU）：是系統(tǒng)的運算和控制中心，用來實現(xiàn)邏輯運算、算術運算以及實現(xiàn)對全機的控制。CPU可以是通用的字節(jié)處理器，如MCS－8051系列等，也可以是位片式處理器，如AMD2900、AMD29033等；有的大型PLC既具有字節(jié)處理器，又有位片式處理器（雙或多處理器）。

（2）存儲器（ROM/RAM）：包括系統(tǒng)程序存儲器（EPROM、RAM）和用戶程序存儲器（EPROM、RAM），分別用于存儲、運行系統(tǒng)和用戶程序。（3）輸入/輸出（I/O）模塊：將現(xiàn)場各種交/直流開關、模擬信號送入PLC內部，同時，根據(jù)PLC的運算結果來控制各種電機、電磁鐵等受控設備，主要完成各種電平轉換、信號格式轉換和輸出驅動。

（4）電源：有交流220V供電型，也有24V直流供電型。

（5）外部設備：編程器是編制、調試和監(jiān)控用戶程序的必備設備；簡易式手持編程器主要用于工廠現(xiàn)場編程、調試用；智能編程終端一般由計算機＋編程軟件構成，可用于編制和仿真大型控制程序。

除編程器等必備外設外，還有外存儲器、打印機、圖形顯示器等供選擇和使用。外部設備主要通過外設I/O接口與PLC實現(xiàn)連接。

（6）I/O擴展：主要在基本單元輸入/輸出點不夠或需要擴展其他功能模塊時使用，以組成更為全面復雜的控制系統(tǒng)，如擴展網(wǎng)絡通信模塊、溫度控制模塊等。

3.可編程序控制器的分類

1）按I/O點規(guī)模分類

I/O規(guī)模是指PLC的輸入/輸出點數(shù)和，主要是指PLC的控制規(guī)模。根據(jù)PLC的控制規(guī)模，可以將PLC大致分為小型機、中型機和大型機。模擬量的路數(shù)可折算成邏輯量的點數(shù)，一路模擬量相當于8~16個點。PLC按I/O點規(guī)模的分類參見表5－1。表5－1

PLC按I/O點規(guī)模分類表可編程序控制器按功能分為低檔機、中檔機和高檔機。低檔機以邏輯運算為主，具有計時、計數(shù)、移位等功能。中檔機一般有整數(shù)及浮點運算、數(shù)制轉換、PID調節(jié)、脈沖輸出、中斷控制及聯(lián)網(wǎng)等功能，可用于復雜的邏輯運算及閉環(huán)控制等場合。高檔機除具備低、中檔機的所有功能以外，具有更強的數(shù)字處理能力，可進行矩陣運算、函數(shù)運算，可完成數(shù)據(jù)管理工作，有更強的通信和組網(wǎng)能力，可以和其他計算機或PLC構成分布式生產(chǎn)過程綜合控制管理系統(tǒng)。

2）按結構特點分類

按PLC的結構特點，可將PLC分為箱體式、模塊式和基板式三種。

（1）箱體式。

微型機和小型機大多采用箱體式，將CPU、電源、I/O單元等集成在一個箱體內，構成一體式PLC，可實現(xiàn)經(jīng)濟、便捷的目的。箱體式PLC如圖5－6所示。箱體式PLC的基本單元，其控制點數(shù)和功能往往是固定的，當控制點數(shù)不夠或要進行功能擴展時，可通過I/O擴展口進行擴展，如通過擴展I/O模塊來增加控制點數(shù)，通過擴展A/D模塊來增加模擬控制功能等。圖5－6箱體式PLC（2）模塊式。

中、大機型一般采用模塊式結構。模塊式PLC由若干模塊組成，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊、特殊模塊等。模塊安裝在底板或支架上，根據(jù)不同需要進行選配，具有組合靈活、維護方便等優(yōu)點。目前，有些廠家的小型PLC也在朝著模塊化的方向發(fā)展。模塊式PLC如圖5－7所示。圖5－7模塊式PLC圖5－8基板式PLC（3）基板式。

為實現(xiàn)機電一體化，有些廠家生產(chǎn)出了基板式或內插板式PLC，可方便地嵌入到有關裝置中，如有些數(shù)控系統(tǒng)，其內部用于邏輯控制的裝置就是內插板式PLC。圖5－8就是歐姆龍（Omron）公司生產(chǎn)的CPM2B型基板式PLC。

除了上述三種類型的PLC之外，還出現(xiàn)了一種軟PLC（SoftPLC），其實質是在計算機上用軟件實現(xiàn)PLC的功能，是計算機技術與PLC的進一步結合，如BECKHOFF公司的TWinCAT、SOFTPLC公司的SoftPLC以及西門子公司的WinAC等產(chǎn)品。5.2.2可編程序控制器的輸入/輸出模塊

1.開關量輸入模塊

1）直流開關量輸入

如圖5－9所示，R1和R2構成分壓器，R2、C構成阻容濾波電路，二極管VD起保護作用（防止電源接反），發(fā)光二極管LED指示輸入狀態(tài)（亮表示現(xiàn)場開關合上），光耦實現(xiàn)輸入電路的信號連接、電氣隔離和電平轉換。在圖5－9中，現(xiàn)場開關合上后，電流從輸入端子流進PLC，稱為源入型。如果現(xiàn)場開關合上后，電流從輸入端子流出，則稱為漏入型。圖5－9直流開關量輸入

2）交流開關量輸入

如圖5－10所示，R1和R2構成分壓器，R3是限流電阻，C是濾波電容，雙向光耦實現(xiàn)整流和隔離作用，發(fā)光二極管LED指示輸入狀態(tài)（亮表示現(xiàn)場開關合上）。交流開關量輸入模塊沒有源入、漏入之分，適合直流開關量的無方向輸入。圖5－10交流開關量輸入

2.開關量輸出模塊

1）晶體管輸出

如圖5－11所示，三極管V作為開關元件，發(fā)光二極管LED指示輸出狀態(tài)（亮表示負載通電），光耦實現(xiàn)輸出電路的信號連接、電氣隔離和電平轉換。如果負載得電后，電流從輸出端子流進PLC，則稱為漏出型，圖5－11所示為漏出型；如果負載得電后，電流從輸出端子流出，則稱為源出型。晶體管輸出只適合于直流輸出，由于無觸點，因而使用壽命長，響應速度快，但輸出電流小。圖5－11晶體管輸出

2）繼電器輸出

如圖5－12所示，發(fā)光二極管LED指示輸出狀態(tài)（亮表示負載通電），繼電器實現(xiàn)輸出電路的信號連接和電平轉換，負載可以是直流的，也可以是交流的。繼電器輸出模塊沒有源出、漏出之分，且適合交、直流輸出，輸出電流可達2A左右，可直接驅動電磁閥線圈，但由于使用繼電器，因而使用壽命有限，響應速度較慢。因此，在輸出頻繁通斷的場合（如脈沖輸出），應選用晶體管或晶閘管輸出型。

3）晶閘管輸出

晶閘管輸出適合于大功率輸出場合。圖5－12繼電器輸出

3.模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊可輸入工業(yè)控制過程中的一些模擬量，如電壓、壓力、流量等，如圖5－13所示。PLC的模擬量輸入一般要求4~20mA電流或0~10V（或1~5V）電壓。圖5－13模擬量輸入模塊

4.模擬量輸出模塊

模擬量輸出模塊主要用于控制工業(yè)生產(chǎn)過程的模擬執(zhí)行裝置，如控制比例電磁閥閥門開度以控制流量，如圖5－14所示。PLC的模擬量輸出可以是4~20mA電流或0~10V（或1~5V）電壓?？删幊绦蚩刂破鞯膽梅秶鷺O廣，控制對象具有多樣性。為了處理一些特殊對象和問題，可編程序控制器還可以根據(jù)需要擴展一些特殊功能模塊：

（1）位置/運動控制模塊；

（2）通信模塊；

（3）溫度控制模塊；

（4）計數(shù)模塊；

（5）PID控制模塊；

（6）CRT/LCD顯示驅動模塊；

（7）ASC碼顯示單元；

（8）存儲器卡與并行接口模塊。圖5－14模擬量輸出模塊5.2.3可編程序控制器的工作機制

1.輸入采樣階段

在此階段，將掃描所有輸入端子，將輸入端子的狀態(tài)（On/Off）存入輸入映像寄存器，輸入映像寄存器被刷新，故稱為輸入采樣階段。掃描結束后，在下一個循環(huán)周期來到之前，輸入端子的狀態(tài)改變不影響輸入映像寄存器的值，要等到下一個掃描周期才能體現(xiàn)。

2.程序執(zhí)行階段

對梯形圖按照從左到右、從上到下的順序進行掃描并執(zhí)行用戶程序（用戶也可使用跳轉指令改變執(zhí)行順序），當指令用到輸入、輸出設備的狀態(tài)時，就從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀取當前值，然后進行相應的運算，結果存入元件映像寄存器。在此階段，元件映像寄存器的值隨程序的運行在不斷地被刷新，輸入映像寄存器保持（與外界隔離，即使輸入端子發(fā)生變化也不會被刷新）。

3.輸出階段

在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中的值送入輸出映像寄存器，再通過輸出模塊輸出到輸出端子，從而改變（控制）設備的狀態(tài)。

PLC的一個循環(huán)周期如圖5－15所示。關于PLC的工作機制，需要注意以下幾個問題：

（1）PLC的一個循環(huán)周期與程序的復雜程度和PLC的CPU速度有關，程序簡單，CPU越快，則周期越小，反之越大。

（2）PLC輸入端子的狀態(tài)改變要到下一個循環(huán)周期才能反映出來，理論上存在時間上的滯后，但由于循環(huán)周期很小（毫秒級），實際上從外部看來程序會立即對輸入做出響應。圖5－15

PLC的工作機制以上兩個問題在編制PLC程序的時候應加以注意，尤其是在對實時性要求很高的控制場合?，F(xiàn)在的PLC已經(jīng)做了許多改進，例如，在程序運行的時候，可以強制掃描部分輸入端子以及時獲取其狀態(tài)，可以強制輸出而不必等到程序運行結束。還有，在PLC中引入中斷機制，讓PLC像計算機一樣具有處理中斷的能力。所以，現(xiàn)在PLC的工作機制也不再局限于周期循環(huán)掃描機制，所有這些改進不僅擴大了PLC在工業(yè)控制中的應用范圍，也是PLC適應現(xiàn)代復雜控制的必然結果。5.2.4可編程序控制器的編程語言

PLC通過其內部的用戶程序實現(xiàn)對生產(chǎn)裝備的控制，用戶采用編程語言將控制要求和任務描述出來，通過編譯器轉換成PLC能識別的機器代碼。編程語言有多種表達形式，主要有梯形圖、指令表、順序功能圖、功能塊圖和高級語言等。

1.梯形圖（LadderDiagram，LD）

PLC的梯形圖是在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而來的，二者具有很多的相似點，若能看懂繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖，則一般也能較容易地看懂PLC的梯形圖。這對于熟悉繼電器控制系統(tǒng)的工程技術人員而言，可以比較方便地掌握PLC的梯形圖。下面通過交流電機正反轉控制（正—?！矗┑睦^電器控制電路與PLC梯形圖（三菱FX系列）的對比，來說明兩者的異同（在PLC系統(tǒng)中停止按鈕已更改為常開按鈕）。

從圖5－16、圖5－17、圖5－18可以看出：

（1）繼電器梯形圖（實為接線圖）與PLC梯形圖中使用的主令電器（開關或按鈕）、接觸器是一樣的。但在繼電器控制系統(tǒng)中，由主令電器（開關或按鈕）和繼電器、接觸器等元件串、并聯(lián)，通過接線來實現(xiàn)控制邏輯；而在PLC控制系統(tǒng)中，主令電器（開關或按鈕）和接觸器等元件主要是起輸入、輸出用，邏輯關系則是通過PLC內部的梯形圖程序來實現(xiàn)的。（2）在繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖中，兩側豎線是實際的電源線（一般為交流220V），而在PLC梯形圖中，兩側的豎線稱為母線。雖然二者名稱不同，但在實際編程或讀程序時，可以把母線看做是“虛擬電源線”，有“虛擬電流”通過。

（3）繼電器控制系統(tǒng)中的常開、常閉觸點和線圈，基本對應于PLC控制系統(tǒng)中的常開、常閉觸點和線圈，在兩者的梯形圖中也有一定的對應關系。但應注意，在繼電器的梯形圖中，是實際的、可見的機械觸點，而在PLC的梯形圖中，則是概念性的常開、常閉觸點和線圈，實質是存儲器中的存儲單元。

（4）PLC的梯形圖以END指令作為結束標志，而繼電器的梯形圖則沒有。圖5－16交流電機正反轉控制（正—停—反）繼電器控制電路圖5－17交流電機正反轉控制（正—?！矗㏄LC接線圖圖5－18交流電機正反轉控制（正—?！矗㏄LC梯形圖

2.指令表（InstructionList，IL）

指令表又稱為助記符語言，是最基本的PLC編程語言，與單片機程序中的匯編語言類似。指令表可讀性較差，一般情況下，PLC程序設計軟件都能實現(xiàn)梯形圖和指令表的自動轉換。

指令表格式：操作碼（命令語句）［＋操作數(shù)］以下是圖5－17所示梯形圖所對應的指令表程序：

LDIX000 MPP

MPS LDX002

LDX001 ORY001

ORY000 ANB

ANB ANIY000

ANIY001 OUTY001

OUTY000 END

3.順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）

順序功能圖又稱為狀態(tài)轉移圖或狀態(tài)流程圖，是適用于順序控制的標準化語言。它包含步、動作和轉換三個要素。順序功能編程法可將一個復雜的控制過程或任務分解為小而簡單的工作狀態(tài)，對這些小的工作狀態(tài)進行編程后，再依一定的順序控制要求連接組合，形成整體、復雜的控制程序。順序功能圖體現(xiàn)了一種編程思想，對于編制復雜程序有重要意義。圖5－19是組合機床的動力頭運動控制示意圖。在加工過程中，動力頭的工作過程是：按下啟動按鈕后，動力頭從原點（行程開關SQ1ON）開始快速前進（S20，快進1）；至行程開關SQ2（行程開關SQ2ON），轉為慢速前進（S21，工進1）；加工至行程開關SQ3（行程開關SQ3ON），轉為快速退回（S22，快退1，目的是排屑）；退至行程開關SQ2（行程開關SQ2ON），轉為快速前進（S23，快進2）；至行程開關SQ3（行程開關SQ3ON），轉為慢速前進（S24，工進2）；加工完成（行程開關SQ4ON）后，快速退回（S25，快退2）至原點（行程開關SQ1ON），等待下一次加工命令。圖5－19組合機床的動力頭運動控制示意圖圖5－20組合機床的動力頭運動控制SFC圖

4.功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）

功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路中布爾代數(shù)的編程語言。該編程語言用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側是輸入，右側是輸出。功能塊圖如圖5－21所示。

圖5－21所示的邏輯關系為圖5－21功能塊圖

5.其他高級語言

隨著PLC的快速發(fā)展，PLC與其他的工業(yè)控制器組合完成更加復雜的控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越多。為此，很多類型的PLC都支持高級編程語言，如Basic、Pascal、C等各種高級編程語言。這種編程方式稱為結構文本（StructureText，ST），主要使用在PLC與計算機聯(lián)合編程或通信等場合。5.2.5與其他順序邏輯控制系統(tǒng)的比較

1.PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較

PLC控制系統(tǒng)是在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，二者有著很多的共同點。但PLC是基于計算機技術的，其在功能和性能上大大超過了繼電器控制系統(tǒng)。兩者的區(qū)別見表5－2。表5－2

PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較

2.PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)的比較

隨著計算機控制系統(tǒng)可靠性的提高，PLC控制系統(tǒng)計算速度的加快，兩者的區(qū)別會越來越少。一般來說，計算機控制系統(tǒng)適用于涉及復雜數(shù)學運算的控制算法的場合，而PLC則在主要使用邏輯控制方法的場合發(fā)揮其技術優(yōu)勢。另外，PLC具有更好的環(huán)境適應性，而計算機控制系統(tǒng)具有更好的時間響應性。表5－3

PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)的比較5.2.6可編程序控制器的應用概況

隨著PLC功能的不斷完善及性價比的不斷提高，PLC的應用范圍越來越大，目前其在鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等領域得到了廣泛應用。

1.開關量的開環(huán)控制

開關量的開環(huán)控制是PLC的最基本控制功能，可以是時序邏輯、組合邏輯、延時控制、計數(shù)功能等多種控制方式。它取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，可應用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)線自動控制等方面，例如注塑機、印刷機械、切紙機械、彎管機械、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電梯控制等。

2.模擬量的閉環(huán)控制

對于模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了有開關量的輸入/輸出以實現(xiàn)某種順序或邏輯控制外，還有模擬量的輸入/輸出以實現(xiàn)過程控制中的PID調節(jié)或模糊調節(jié)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。這類PLC系統(tǒng)能實現(xiàn)對溫度、流量、壓力、位移、速度等參量的連續(xù)調節(jié)與控制。以往這些控制功能只能通過計算機才能實現(xiàn)，現(xiàn)在的大、中型PLC甚至有些公司的小型PLC也能實現(xiàn)這些功能。該控制系統(tǒng)被廣泛用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐等設備的控制。

3.數(shù)字量的智能控制

利用PLC接收和輸出高速脈沖，再配備相應的傳感器（如旋轉編碼盤）或脈沖伺服裝置（如步進電機、伺服電機），PLC控制系統(tǒng)就能實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。很多公司在生產(chǎn)PLC的同時，還開發(fā)了許多智能模塊，如數(shù)字控制模擬、位置/運動控制模塊，可實現(xiàn)多軸控制、位移/速度控制、曲線插補等功能?？梢哉f，現(xiàn)代的PLC已具備了數(shù)控（NC）系統(tǒng)的部分功能。該控制系統(tǒng)在組合機床、機器人、金屬成型機械等方面得到了廣泛應用。

4.數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

PLC除了實現(xiàn)現(xiàn)場控制功能外，還能把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集下來，送到顯示終端（如觸摸屏）或通過遠程通信模塊送到上位機系統(tǒng)，此時的PLC不僅實現(xiàn)了現(xiàn)場控制功能，還實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。

此外，有的PLC本身就帶有海量數(shù)據(jù)記錄單元（如海量CF卡），可以實現(xiàn)本地的數(shù)據(jù)采集與存儲。

目前，很多大型電廠、水廠使用PLC來實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。

5.聯(lián)網(wǎng)、通信及集散控制

PLC的聯(lián)網(wǎng)、通信能力很強，可以通過PLC的通信模塊實現(xiàn)PLC之間的對等通信，也可實現(xiàn)與上位機的聯(lián)網(wǎng)與通信，通過上位計算機實現(xiàn)對多臺PLC的管理，還可以與一些智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器等）進行聯(lián)網(wǎng)和通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換并實施控制。

利用PLC強大的聯(lián)網(wǎng)通信功能，把PLC作為現(xiàn)場控制單元，用上位計算機實現(xiàn)對多臺PLC的管理，從而實現(xiàn)分散控制、集中管理的目的，這就是基于PLC組建的集散控制系統(tǒng)（DCS）。5.3三菱FX2N系列可編程序控制器及其指令系統(tǒng)

5.3.1三菱可編程序控制器概述

1.三菱系列可編程序控制器簡介

三菱PLC是三菱電機（MitsubishiElectric）公司的產(chǎn)品，涵蓋了大、中、小型等全系列型號。目前使用的小型（含超小型）系列主要是FX系列（如FX0N、FX1S、FX1N、FX2C、FX2N等型號,如圖5－22所示），中大型系列包括大A系列和小A系列（AnN、AnA、AnS等型號），更為先進、小巧的Q系列（QNS、QnAS等型號）正在逐步得到廣泛應用。圖5－22

FX系列PLC2.FX2N系列可編程序控制器

FX2N系列PLC是在FX2系列的基礎上推出的高檔次的PLC，較FX2系列在運算速度、指令數(shù)量及通信能力方面有了較大改進，是一種小型化、高速度、高性能的PLC。

FX2N系列PLC由基本單元（BasicUnit）、擴展單元（ExtensionUnit）、擴展模塊（ExtensionModule）和特殊功能單元（SpecialFunctionUnit）組成，可進行方便、靈活的配置?；締卧U展單元、擴展模塊的配置如圖5－23所示。圖5－23

FX2N的靈活配置圖5－24

FX2N系列型號名稱體系

1）基本單元

基本單元包括CPU、存儲器、輸入/輸出接口及電源，是PLC的主要部分，可單獨工作。如圖5－24所示，在單元/模塊區(qū)分中以M表示基本單元。FX2N系列基本單元類型有16點~128點多種類型。

每個基本單元最多可以連接1個功能擴展板，8個特殊單元和特殊模塊。FX2N系列基本單元可擴展連接的最大輸入/輸出點為：輸入最大184點，輸出最大184點，輸入/輸出總計最大256點。

2）擴展單元

擴展單元用于增加I/O點數(shù)，內部設有電源。因擴展單元無CPU，故其必須與基本單元一起使用。如圖5－24所示，在單元/模塊區(qū)分中以E表示擴展單元。

3）擴展模塊

擴展模塊用于增加I/O點數(shù)及改變I/O比例，內部無電源，由基本單元或擴展單元供電。因擴展模塊無CPU，故必須與基本單元一起使用。如圖5－24所示，在單元/模塊區(qū)分中以EX或EY表示擴展模塊。

4）特殊功能單元

特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計算機通信模塊等。這些特殊功能模塊均要用直流5V電源驅動。

FX2N系列各種單元、模塊及其技術指標（包括一般技術指標、電源技術指標、輸入技術指標、輸出技術指標和性能技術指標），可參見相關手冊。5.3.2三菱FX2N系列可編程序控制器的軟組件及其功能

1.輸入/輸出繼電器（X/Y）

輸入/輸出繼電器是用來在PLCCPU和外部設備之間進行數(shù)據(jù)交換的軟組件。輸入/輸出繼電器的等效電路如圖5－25所示。圖5－25輸入/輸出繼電器的等效電路

1）輸入繼電器（X）

輸入繼電器位于輸入映像寄存器中，它與PLC的輸入端子相連，保持著從外部設備（如按鈕、開關、行程開關、光電傳感器、數(shù)字開關等現(xiàn)場設備）送來的ON/OFF（1/0）數(shù)據(jù)。

外部輸入設備的狀態(tài)在每次掃描周期開始時被采樣，采樣結果以1或0的方式寫入輸入映像寄存器，供程序運行時調用。在程序運行和輸出階段，輸入設備狀態(tài)的改變要等到下一個掃描周期才能反映出來，存在理論上的“滯后”現(xiàn)象。

FX2N系列PLC通過相關的應用指令支持直接訪問I/O端口。使用立即輸入指令可以讓程序在需要時直接讀取相關端口的狀態(tài)，且不影響輸入映像寄存器的狀態(tài)。

輸入繼電器的編號采用八進制編碼，通過擴展最多可達184點，且不能用程序修改。

2）輸出繼電器（Y）

輸出繼電器位于輸出映像寄存器中，它與PLC的輸出端子相連，將程序的運算結果輸出到外部設備（如螺線管、電磁開關、信號燈、數(shù)字指示器等）。

輸出繼電器由程序驅動，使用立即輸出指令時，除了立即影響對應的外部設備狀態(tài)之外，還可立即改變相應輸出繼電器的值。

輸出繼電器的編號采用八進制編碼，通過擴展最多可達184點，但輸入/輸出總計不超過256點。

PLC中的輸入/輸出繼電器實際上是存儲器的存儲單元，因此，其內部數(shù)據(jù)可無限次使用。理論上，其常開、常閉觸點可有無限個（在每個使用的地方，實際上都是調用其內部數(shù)據(jù)1或0），并在程序中可多次使用，這與繼電器接觸器等實際電器的觸點有本質的區(qū)別。但應注意，輸出繼電器只有一對觸頭可以用于外部實際設備的控制，將程序運行的結果作用于設備，在程序中可無限次使用的是記憶在存儲器存儲單元中的狀態(tài)。

輸入/輸出繼電器與PLC上的輸入/輸出端子相對應，輸入/輸出端子的常規(guī)接線請參見FX2N系列PLC使用手冊。

2.輔助繼電器（M）

輔助繼電器是被PLCCPU使用的內部繼電器，不能直接同外部設備相連接。輔助繼電器相當于中間繼電器，常用作中間轉換單元，起到中間狀態(tài)的暫存作用。例如：用于構造移位寄存器，作中間轉換單元等。

在FX2N系列PLC中，輔助繼電器有以下幾種類型：

1）普通用途的輔助繼電器

普通用途的輔助繼電器編號為M0～M499（共500點），在PLC啟動（包括正常啟動或停電后重啟）時，普通用途的輔助繼電器的值作清零處理。

2）具有停電保持用途的輔助繼電器

如果PLC在運行過程中停電，則輸出繼電器與普通用途的輔助繼電器都會清零（或斷開）。但是，對于某些控制對象，可能需要保存停電前的狀態(tài)，以便復電后繼續(xù)運行。在這種情況下，就要用到具有停電保持用途的輔助繼電器。具有停電保持用途的輔助繼電器利用PLC內的后備電池供電，可以保存停電前的狀態(tài)。圖5－26是停電保持繼電器應用在滑塊左右往復運動機構的例子。具有停電保持用途的輔助繼電器M600、M601的狀態(tài)決定電動機的轉向，從而決定滑塊左右移動方向。在滑塊向左移動到中間某個位置時停電，復電后，電動機保持停電前的轉向，保證滑塊繼續(xù)左行直至撞到左行程開關XK1。若不具備停電保持作用，則復電后滑塊只能停在中間等待下一個指令。具有停電保持用途的輔助繼電器編號為M500～M1023（共524點）。注意，普通用途的輔助繼電器與具有停電保持用途的輔助繼電器的編號可通過PLC參數(shù)設定進行修改，可以將普通用途的輔助繼電器設定為具有停電保持用途的輔助繼電器，反之亦然。

在PLC并聯(lián)通信時，編號為M800～M999的輔助繼電器留作通信用。圖5－26停電保持輔助繼電器的應用

3）停電保持專用輔助繼電器

停電保持專用輔助繼電器的作用與具有停電保持用途的輔助繼電器是一樣的，由于其供停電保持專用，因而不能通過參數(shù)設定來改變其用途。

4）特殊輔助繼電器

特殊輔助繼電器具有各自不同的功能，編號為M8000～M8255。以下列舉部分特殊輔助繼電器，更多特殊輔助繼電器及其功能參見相關手冊。

M8000：運行（RUN）監(jiān)控（PLC運行時接通）；

M8002：初始脈沖（僅在PLC運行開始時的第一個掃描周期接通，常用于程序的一些初始化工作）；

M8011：10ms脈沖；

M8012：100ms脈沖；

M8030：使電池欠壓燈熄滅；

M8033：PLC停止時輸出保持；

M8034：禁止全部輸出。

3.狀態(tài)繼電器（S）

狀態(tài)繼電器是構成順序功能圖（SFC）的基本要素，是步進控制簡易編程的重要元件，它與步進梯形圖指令STL組合使用。狀態(tài)繼電器有以下五種類型：

（1）供初始狀態(tài)用：S0～S9（共10點），用于SFC的初始狀態(tài)。

（2）供返回原點用：S10～S19（共10點），在多運行模式中，用于返回原點的狀態(tài)。

（3）普通用途：S20～S499（共480點），SFC的中間狀態(tài)。

（4）供停電保持用：S500～S899（共400點），SFC的中間狀態(tài)，有停電保持。

（5）供信號報警用：S900～S999（共100點），可作為報警組件使用，有停電保持。狀態(tài)繼電器不用于步進控制指令時，可作為輔助繼電器在程序中使用。同輔助繼電器一樣，普通用途的狀態(tài)繼電器與具有停電保持用途的狀態(tài)繼電器的編號可以通過對PLC的參數(shù)設定來改變。供信號報警用的狀態(tài)繼電器的編號不能改變。

順序步進控制原理參見圖5－19、圖5－20。供信號報警用的狀態(tài)繼電器也可用作外部故障診斷的輸出。當系統(tǒng)發(fā)生多個故障時，驅動報警狀態(tài)繼電器進行報警，在消除最小地址號的故障后就能知道下一個故障地址號的狀態(tài)。圖5－27所示的程序就實現(xiàn)了外部故障診斷功能。該程序使特殊輔助繼電器M8049有效，啟動對所有報警狀態(tài)進行監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，M8048就驅動Y010進行報警顯示輸出（例如可接故障燈），復位按鈕X005消除當前最小地址號報警故障。圖5－27信號報警器的使用圖5－27的運行過程如下：

①若M8000（PLC運行監(jiān)控）＝ON，則特殊輔助繼電器M8049（報警有效），開始監(jiān)視報警狀態(tài)繼電器S900～S999；

②在Y000閉合之后，如果檢測到X000在1秒內不動作（閉合），則S900置位報警（ANS：應用指令，信號報警器置位）；

③如果X001與X002同時不工作時間超過2秒，則S901置位報警；

④如果X003＝ON，X004在10秒內不動作（閉合），則S902置位報警；⑤若S900～S999中存在報警狀態(tài)，則特殊輔助繼電器M8048（報警工作）有效，故障顯示Y010輸出；

⑥按鈕X005用于消除報警狀態(tài)。每當X005＝ON一次，可將當前最小地址號的動作報警狀態(tài)繼電器復位（ANRP：應用指令，信號報警器復位），直至Y010＝OFF。

4.定時器（T）

定時器相當于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器，在程序中用于定時控制。FX2N系列PLC內的定時器有以下四種類型，不同類型定時器的定時分辨力與定時范圍不同：

(1)100ms型：T0～T199（共200點，定時范圍為0.1～3276.7秒）；

(2)10ms型：T200～T245（共46點，定時范圍為0.01～327.67秒）；

(3)1ms累積型：T246～T249（共4點，定時范圍為0.001～32.767秒）；

(4)100ms累積型：T250～T255（共6點，定時范圍為0.1～3276.7秒）。定時器的定時時間由定時器類型與定時器設定值共同決定。例如：T0K100，定時器T0的脈沖寬度為100ms，設定值為100，所以定時時間為100ms×100＝10s。實際上，定時器是通過對PLC內部的1ms、10ms、100ms等不同規(guī)格的時鐘脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)定時的，類型就是選擇的脈沖寬度，設定值就是設定的計數(shù)總值。定時器除了用十進制常數(shù)（K+常數(shù)）來設定外，還可以用數(shù)據(jù)寄存器D的存儲值來間接設定。

定時器除了占有一個編號的存儲器之外，還占有一個設定值寄存器和一個當前值寄存器，設定值寄存器用于存放設定的初值，當前值寄存器用于存放當前的計時值，可用程序讀取。當定時值達到設定的計時條件時，定時器動作。

不用作定時用的定時器可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。普通定時器與累積型定時器的工作過程不同。圖5－28和圖5－29分別展示了普通定時器的工作過程和累積型定時器的工作過程。

在圖5－28中，X000為計時條件，定時器設定時間為3s（K30），當X000＝ON時，定時器T10開始計時，計時時間不夠3s時，定時器不動作，只有在有效計時時間（此時為X000＝ON）達到設定值后，T10線圈得電，常開觸點閉合（常閉觸點斷開），計時條件被破壞（X000＝OFF），定時器隨即復位，不保持。圖5－28普通定時器在圖5－29中，X000同樣為計時條件，定時器的設定時間也為3s（K30），由于采用的是累積型定時器（T251），第一次計時時間（t1＝2s）在X000失電時并不丟失，第二次計時從第一次計時的基礎上進行累加，在多次累積達到設定時間（t1＋t2＝3s）后，T251線圈得電，常開觸點閉合（常閉觸點斷開），計時條件被破壞（X000＝OFF），定時器保持，除非用復位指令RST進行復位。

從以上定時器的工作過程來看，所有定時器都是通電延時型（上升沿觸發(fā)），要想得到其他種類的定時器（例如失電延時型（下降沿觸發(fā)）），需要通過通電延時型定時器來構建，具體請參見定時器指令。圖5－29累積型定時器

5.計數(shù)器（C）

計數(shù)器在程序中用于計數(shù)控制。FX2N系列PLC內的計數(shù)器分為內部計數(shù)器與外部計數(shù)器。內部計數(shù)器是對機內組件（X、Y、M、S、T和C）的信號計數(shù)，由于機內組件信號的頻率低于掃描頻率，因而它是低速計數(shù)器（通常在10Hz以下），也稱普通計數(shù)器。對外部高于掃描頻率的信號進行計數(shù)時，需要用到機內的高速計數(shù)器（數(shù)千赫茲甚至更高，與掃描時間無關）。

1）內部計數(shù)器

內部計數(shù)器分為16位單向（增）計數(shù)器和32位雙向（增/減）計數(shù)器。

（1）16位單向計數(shù)器。16位單向計數(shù)器的設定值與當前寄存器都是16位的，設定值在K0～K32767范圍內有效。16位增計數(shù)器又分為以下兩種類型：

·16位增計數(shù)器（普通用途）：C0～C99（共100點，計數(shù)范圍為0～32767）；

·16位增計數(shù)器（停電保持）：C100～C199（共100點，計數(shù)范圍為0～32767）。圖5－30所示為16位增計數(shù)器的工作原理。圖中X011為計數(shù)脈沖輸入，每當X011接收一個脈沖的上升沿（上升沿有效），計數(shù)器的當前值就增加1。當計數(shù)值達到設定值時，計數(shù)器線圈得電，常開觸點閉合（常閉觸點斷開），之后即使X011有脈沖輸入，計數(shù)器的當前值保持不變。當復位按鈕X010有效（X010＝ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器復位，當前值清0，線圈失電，常開觸點斷開（常閉觸點閉合）。圖5－30

16位增計數(shù)器的工作原理（2）32位雙向計數(shù)器。32位計數(shù)器的設定值與當前寄存器都是32位的，設定值在K-2147483648～K2147483647范圍內有效。32位雙向計數(shù)器又分為以下兩種類型：

·32位雙向計數(shù)器（普通用途）：C200～C219（共20點，計數(shù)范圍為-2147483648～2147483647）；

·32位雙向計數(shù)器（停電保持）：C220～C234（共15點，計數(shù)范圍為-2147483648～2147483647）。

32位雙向計數(shù)器（C200～C234）又稱為可逆計數(shù)器或增/減計數(shù)器，其計數(shù)方向（增或減）由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定。例如，當M8200有效（M8200＝ON）時，C200為減計數(shù)器，否則，為增計數(shù)器。32位雙向計數(shù)器的計數(shù)方向與輔助繼電器的對應關系可參考相關手冊。圖5－31所示為32位雙向計數(shù)器的工作原理圖中X014為計數(shù)脈沖輸入，X012為方向選擇。每當X014接收一個脈沖的上升沿（上升沿有效），如果X012有效（X012＝ON→M8200＝ON），則計數(shù)器的當前值就減少1，否則，計數(shù)器的當前值就增加1。當計數(shù)值的當前值由-6向-5增加時，計數(shù)器線圈得電，常開觸點閉合（常閉觸點斷開）；當計數(shù)值的當前值由-5向-6減少時，計數(shù)器線圈失電，常開觸點斷開（常閉觸點閉合）。當復位按鈕X013有效（X013＝ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器復位，當前值清0，線圈失電，常開觸點斷開（常閉觸點閉合）。

32位雙向計數(shù)器是循環(huán)計數(shù)器，從+2147483647增加1時，當前值就變?yōu)?2147483648。同樣，從-2147483648減少1時，當前值就變?yōu)?2147483647。

計數(shù)器的設定值除了用十進制常數(shù)（K+常數(shù)）來設定外，還可以用數(shù)據(jù)寄存器D的存儲值來間接設定（由于是32位，在間接設定時，要占用連續(xù)2個編號的數(shù)據(jù)寄存器，如D0、D1）。不用作計數(shù)的計數(shù)器也可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。

普通用途的計數(shù)器在計數(shù)過程中發(fā)生停電時，當前值不能保存。若要保存當前值，需要用到停電保持計數(shù)器。

2）高速計數(shù)器

與內部計數(shù)器相比，高速計數(shù)器具有以下特點：

（1）對外部高頻信號進行計數(shù)，工作在中斷方式。計數(shù)頻率較高，達到數(shù)十千赫茲;并且，為了滿足控制的實時性要求，計數(shù)器的計數(shù)、啟動、復位等功能都采取中斷方式工作。

(2)工作方式靈活。除了具有內部計數(shù)器的功能之外，還可以通過機外信號實現(xiàn)對啟動、復位、改變計數(shù)方向等功能的控制。

（3）使用專用的工作指令。有專門的控制指令，以中斷工作方式實現(xiàn)控制。

FX2N系列PLC內的高速計數(shù)器編號為C235～C255（共21點，計數(shù)范圍為-2147483648～2147483647），具體分配如下：

①1相1輸入（無啟動/復位端子）：C235～C240（共6點）；

②1相1輸入（帶啟動/復位端子）：C241～C245（共5點）；

③1相2輸入（雙方向）：C246～C250（共5點）；

④2相2輸入：C251～C255（共5點）。

6.數(shù)據(jù)寄存器（D/V/Z）

數(shù)據(jù)寄存器用于存放數(shù)據(jù)。在FX2N系列PLC中，有以下幾種類型的數(shù)據(jù)寄存器：

·普通用途：D0～D199（共200點）；

·供停電保持用：D200～D511（共312點）；

·停電保持專用：D512～D7999（共7488點）；

·特殊用途：D8000～D8195（共106點）；

·變址寄存器：V7～V0，Z7～Z0（共16點）。所有數(shù)據(jù)寄存器都是16位（其中最高位為符號位）的，將兩個16位的數(shù)據(jù)寄存器組合，可形成32位（其中最高位為符號位）存儲器。16位數(shù)據(jù)寄存器處理的數(shù)據(jù)范圍是-32767～32768，32位數(shù)據(jù)寄存器處理的數(shù)據(jù)范圍是-2147483648～2147483647。通常用兩個編號相鄰的16位數(shù)據(jù)寄存器來組成32位的數(shù)據(jù)寄存器，高位為大的號碼，低位為小的號碼。在變址寄存器中，V為高位，Z為低位。例如，指定低位為D0，則D1自動被占有為高位。考慮到外圍設備的監(jiān)視功能，建議低位采用偶數(shù)編號。

1）普通用途數(shù)據(jù)寄存器

普通用途數(shù)據(jù)寄存器只要不寫入新數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不變，但在運行中停電或停止時，所有數(shù)據(jù)將被清0（若將特殊輔助繼電器M8033置位，則由運行轉停止時，數(shù)據(jù)能保持，但停電后仍不能保持）。

2）供停電保持用數(shù)據(jù)寄存器

供停電保持用數(shù)據(jù)寄存器能在運行轉停止或停電后保持住數(shù)據(jù)。普通用途數(shù)據(jù)寄存器與供停電保持用數(shù)據(jù)寄存器的編號可以通過對PLC的參數(shù)設定來改變。

在并聯(lián)通信中，D490～D509被通信占用。

3）停電保持專用數(shù)據(jù)寄存器

與供停電保持用數(shù)據(jù)寄存器一樣，停電保持專用數(shù)據(jù)寄存器能在運行轉停止或停電后保持住數(shù)據(jù)。

D1000以上的數(shù)據(jù)寄存器，通過參數(shù)設定可作為最大7000點文件寄存器使用。從D1000開始，以500點作為單位，可指定1~14個塊。D1000～D7999中不用作文件寄存器的部分，仍可作為一般的停電保持專用數(shù)據(jù)寄存器使用。文件寄存器實際上是一類專用數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲大量的數(shù)據(jù)，例如采集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)、多組控制參數(shù)等。圖5－32是文件寄存器的結構示意圖。在PLC啟動運行時，數(shù)據(jù)塊傳送命令（BMOV）將內部RAM或選件板內設定的文件寄存器區(qū)［A］中的數(shù)據(jù)成批傳送到系統(tǒng)RAM內的文件寄存器區(qū)［B］中，供系統(tǒng)中除了數(shù)據(jù)塊傳送指令以外的應用指令對文件寄存器區(qū)［B］進行讀寫。反之，也可以通過數(shù)據(jù)塊傳送命令（BMOV）將系統(tǒng)RAM內的文件寄存器區(qū)［B］的數(shù)據(jù)成批傳送到內部RAM或選件板內設定的文件寄存器區(qū)［A］中。圖5－32文件寄存器的結構示意圖應注意的是，系統(tǒng)RAM內的文件寄存器區(qū)［B］雖然具有停電保持功能，但在PLC啟動運行時，其內的數(shù)據(jù)會被從［A］中讀入的數(shù)據(jù)初始化并覆蓋。因此，要想保持［B］中的數(shù)據(jù)，必須對［A］中的數(shù)據(jù)進行同步更新。

4）特殊用途數(shù)據(jù)寄存器

特殊用途數(shù)據(jù)寄存器是指寫入特定目的的數(shù)據(jù)，或已事先寫入特定內容的數(shù)據(jù)寄存器，其內容在電源接通時被置于初始值（一般清除為0，具有初始值的內容，則利用系統(tǒng)ROM將其寫入）。例如，在D8000中，監(jiān)視定時器的時間通過系統(tǒng)ROM進行初始設定，要想改變其設定值，利用傳送指令（BMOV）在初始化脈沖（M8002）的時候將目標值寫入即可。更多特殊用途的數(shù)據(jù)寄存器請參見相關手冊。

5）變址寄存器

變址寄存器V、Z和通用數(shù)據(jù)寄存器一樣，是進行數(shù)據(jù)讀、寫的16位數(shù)據(jù)寄存器，主要用于運算操作數(shù)地址的修改。在進行32位數(shù)據(jù)運算時，可用Z0～Z7和V0～V7進行組合使用，例如，（V0，Z0）、（V1，Z1）等。

圖5－33所示為變址寄存器的使用情況。根據(jù)V、Z的內容修改軟組件的地址號，稱為軟組件的變址。若V0＝7，Z0＝25，則D5V0＝D（5＋7）＝D12，D10Z0＝D（10＋25）＝D35，即當X001接通（X001＝ON）時，將D12內的數(shù)據(jù)傳送到D35。圖5－33變址寄存器的使用可用于變址寄存器進行變址的軟組件包括X、Y、M、S、P、T、C、D、常數(shù)K、常數(shù)H、KnX、KnY、KnM和KnS。但是，變址寄存器不能修改V、Z本身或位數(shù)指定用的Kn本身。例如K4M0Z0有效，而K0Z0M0無效。

7.指針（P/I）

指針用于跳轉、中斷等程序的入口地址，與跳轉、子程序、中斷程序等應用指令一起使用。按用途指針可分為分支用指針P和中斷用指針I(yè)兩類。

1）P指針

P指針用于條件轉移、子程序調用指令中。P指針的應用如圖5－34所示。在圖5－34（a）中，當X000有效（X000＝ON）時，跳轉指令CJ起作用，程序跳轉至指定的標識P0處，執(zhí)行其后面的程序，在跳轉之間的程序不被執(zhí)行。在圖5－34（b）中，當X001有效（X001＝ON）時，子程序調用指令CALL起作用，主程序跳轉至標識P1處的子程序繼續(xù)運行，當子程序運行完畢后，子程序通過應用指令SRET返回跳轉點，繼續(xù)運行主程序。

P指針的編號為P0～P127，共128點，其中P63表示跳轉至END指令（程序結束）。程序中的P指針編號不能出現(xiàn)重復。圖5－34分支指針應用

2）I指針

I指針用于中斷處理，常與開中斷指令EI、關中斷指令DI和中斷返回指令IRET一起使用。I指針又分為三種類型：輸入中斷，定時器中斷和計數(shù)中斷。

（1）輸入中斷（I00□～I50□，共6點）：接收來自特定的輸入信號（I00□～I50□分別與X000～X005輸入端子對應），不受PLC掃描周期的影響，相應的輸入端子有效，執(zhí)行相應的中斷子程序。通過輸入中斷可處理比掃描周期更短的信號，因而可在順控過程中作為必要的優(yōu)先處理或短時脈沖處理控制中使用。（2）定時器中斷（I6□□～I8□□，共3點）：

在各指定的循環(huán)時間（10～99ms）執(zhí)行中斷子程序，在需要有別于PLC的運算周期的循環(huán)中斷處理控制中使用。

（3）計數(shù)中斷（I010～I060，共6點）：

根據(jù)PLC內置高速計數(shù)器的比較結果，執(zhí)行中斷子程序，用于利用高速計數(shù)器優(yōu)先處理計數(shù)結果的控制。5.3.3三菱FX2N系列可編程序控制器的指令系統(tǒng)

FX2N系列PLC的指令系統(tǒng)由27種基本（順控）指令、2種步進指令和132種應用指令（309個）組成。該指令系統(tǒng)功能豐富，能完成復雜的控制，指令簡明易懂，一般工程技術人員，特別是原來習慣繼電器系統(tǒng)控制的工程技術人員，很容易上手并寫出質量較高的程序。限于篇幅，在此僅介紹基本指令，步進指令及應用指令請參見相關手冊或資料。

FX2N系列PLC的編程語言主要采用梯形圖（LD）和指令表（IL），指令表是指令的集合，與梯形圖有嚴格的對應關系。三菱公司的PLC程序設計軟件（FX－PCS/WIN系列、MelSoftGXDeveloper等）都能實現(xiàn)梯形圖和指令表的自動轉換，三菱公司的PLC仿真軟件GXSimulator還能實現(xiàn)部分PLC的離線仿真。表5－4基本指令一覽表

1.邏輯取及線圈驅動指令LD/LDI/OUT

1）指令說明

①LD：將常開（NormalOpen，NO）觸點與左母線相連，也可以與后面介紹的ANB、ORB指令配合使用于分支起點處，占1程序步（Step）。

②LDI：將常閉（NormalClose，NC）觸點與左母線相連，也可以與后面介紹的ANB、ORB指令配合使用于分支起點處，占1程序步。

③OUT：驅動輸出繼電器Y、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、定時器T、計數(shù)器C的線圈，但不能用于輸入繼電器X（驅動Y、M占1程序步，驅動S、特M占2程序步，驅動T占3程序步，驅動C占3～5程序步）。OUT指令可多次并聯(lián)使用。

2）編程應用

圖5－35給出了LD、LDI、OUT指令的編程應用實例，左側是梯形圖，右側是對應的指令表程序，步序號一般由程序設計軟件自動生成。在程序中，OUTT0語句占3個程序步，所以后續(xù)的語句LDT0的步序號為4+3＝7，在OUTT0語句下的K19是T0定時器的設定值。注意，寫程序和讀程序都應遵循從左到右、從上到下的順序。圖5－35

LD、LDI、OUT指令的編程應用

2.觸點串聯(lián)指令AND/ANI

1）指令說明

①AND：串聯(lián)一個NO觸點，串聯(lián)觸點數(shù)不受限制，可多次使用，占1程序步。

②ANI：串聯(lián)一個NC觸點，串聯(lián)觸點數(shù)不受限制，可多次使用，占1程序步。

2）編程應用

圖5－36給出了AND、ANI指令的編程應用實例。需要注意的是，程序中的第5、6、7步，在利用OUT指令對M101線圈驅動后，通過NO觸點（也可以是NC觸點）繼續(xù)驅動線圈Y004，這種接法稱為縱接輸出。但圖5－37所示情況就不是縱接輸出，必須用到后面講的堆棧指令（MPS、MPP），要注意區(qū)別。圖5－36

AND、ANI指令的編程應用圖5－37非縱接輸出

3.觸點并聯(lián)指令OR/ORI

1）指令說明

①OR：并聯(lián)一個NO觸點，并聯(lián)觸點數(shù)不受限制，可多次使用，占1程序步。

②ANI：向右串聯(lián)一個NC觸點，并聯(lián)觸點數(shù)不受限制，可多次使用，占1程序步。2）編程應用

圖5－38給出了OR、ORI指令的編程應用實例。在多級并聯(lián)關系中，后級與前面已并聯(lián)好的塊之間是并聯(lián)關系。圖5－38

OR、ORI指令的編程應用

4.串聯(lián)電路塊的并聯(lián)指令ORB

1）指令說明

①ORB指令用于串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接，不帶操作數(shù)，占1程序步。

②由兩個或兩個以上觸點串聯(lián)連接的回路稱為串聯(lián)電路塊，電路塊以LD、LDI指令開始。

③多個串聯(lián)電路塊并聯(lián)時，可多次使用ORB指令，但總次數(shù)限制在8次（主要是受LD、LDI指令重復使用次數(shù)的限制），并且，在多次使用時，注意多個ORB指令應分開使用。如圖5－39所示，中間的程序具有較好的性能與可讀性，尤其是在程序較復雜時。圖5－39

ORB指令的編程應用

2）編程應用

圖5－39給出了ORB指令的編程應用實例。注意，圖中的中間程序是ORB指令的較優(yōu)寫法，右側的程序也是對的，但性能與可讀性較中間程序差。

5.并聯(lián)電路塊的串聯(lián)指令ANB

1）指令說明

①ANB指令用于并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接，不帶操作數(shù)，占1程序步。

②由兩個或兩個以上觸點并聯(lián)連接的回路稱為并聯(lián)電路塊，電路塊以LD、LDI指令開始。

③多個并聯(lián)電路塊串聯(lián)時，可多次使用ANB指令，但總次數(shù)限制在8次（主要是受LD、LDI指令重復使用次數(shù)的限制）。與ORB指令一樣，在多次使用時，注意多個ANB指令應分開使用，以保證程序的性能與可讀性。

2）編程應用

圖5－40給出了ANB指令的編程應用實例。在圖5－40中，寫塊B的指令時，應將塊B內的左側直線當成塊內母線，因此，塊B就是由兩條支路與一個NO觸點并聯(lián)形成的。圖5－40

ANB指令的編程應用

6.脈沖檢測指令LDP/LDF/ANDP/ANDF/ORP/ORF

1）指令說明

①LDP：上升沿檢測運算開始，占1程序步。

②LDF：下降沿檢測運算開始，占1程序步。

③ANDP：上升沿檢測串聯(lián)連接，占1程序步。

④ANDF：下降沿檢測串聯(lián)連接，占1程序步。

⑤ORP：上升沿檢測并聯(lián)連接，占1程序步。

⑥ORF：下降沿檢測并聯(lián)連接，占1程序步。對于上述指令，有：

（1）LDP、ANDP、ORP在不同的位置進行上升沿檢測，僅當檢測處出現(xiàn)由OFF→ON的上升沿變化時，使驅動的線圈接通1個掃描周期。

（2）LDF、ANDF、ORF在不同的位置進行下降沿檢測，僅當檢測處出現(xiàn)由ON→OFF的下降沿變化時，使驅動的線圈接通1個掃描周期。

2）編程應用

圖5－41給出了脈沖檢測指令的編程應用實例。在圖中，當X000、X001、X002由OFF→ON變化或由ON→OFF變化時，M0與M1接通1個掃描周期。圖5－41脈沖檢測指令的編程應用脈沖檢測指令與其他指令的組合可以完成不同的功能。在圖5－42（a）中，脈沖檢測指令+輸出指令等效于微分指令，在X010由OFF→ON變化時，M6接通1個掃描周期。在圖5－42（b）中，程序的功能也是等效的。當脈沖檢測指令作用于輔助繼電器M時，會因輔助繼電器的編號不同而造成動作上的差異，在編程中應予以注意。在圖5－43（a）中，X000驅動M0（M0由OFF→ON）后，M0的NO觸點有效，同時上升沿檢測有效，與M0對應的①～④的所有觸點都動作，其中，①～③執(zhí)行的是上升沿檢測，④執(zhí)行的是LD指令。用脈沖檢測指令驅動M0～M2799范圍內的輔助繼電器時，都有類似功能，但用脈沖檢測指令驅動M2800～M3071范圍內的輔助繼電器時，則會出現(xiàn)不同的動作。圖5－42不同指令的等效圖5－43脈沖檢測指令驅動不同編號的輔助繼電器造成的動作差異在圖5－43（b）中，X000驅動M2800（M2800由OFF→ON）后，M2800的NO觸點有效，但只有特定的上升沿檢測有效，分別是位于M2800線圈上面的塊A與塊B中的第一次上升沿或下降沿檢測有效，塊A中的第二次上升沿檢測無效，塊B中的第二次上升沿檢測無效，但第一次下降沿檢測有效，第二次下降沿同樣無效，塊C執(zhí)行的是LD指令。利用這一特性，可有效地對步進梯形圖中“利用同一信號進行狀態(tài)轉移”進行高效率的編程。

7.堆棧指令MPS/MRD/MPP

1）指令說明

①MPS：進棧指令，用于運算存儲，不帶操作數(shù)，占1程序步。

②MRD：讀棧指令，用于存儲讀出，不帶操作數(shù)，占1程序步。

③MPP：出棧指令，用于存儲讀出與復位，不帶操作數(shù)，占1程序步。對于堆棧指令，有：

（1）堆棧指令用于進棧、讀棧和出棧操作，類似于匯編程序中的PUSH、READ和POP指令。

（2）在FX2N系列PLC中，有11個被稱為棧的中間運算結果存儲器。使用1次進棧指令MPS，就將當前的運算結果進棧，再使用一次，將當前結果進棧，同時將前面的結果移入下一棧；使用1次讀棧指令MRD，讀出棧的最上端的數(shù)據(jù)，不移動數(shù)據(jù)；使用1次出棧指令MPP，先讀出棧頂?shù)臄?shù)據(jù)，同時，棧底數(shù)據(jù)向上移動一層，移出的數(shù)據(jù)丟失（即遵循棧的先進后出規(guī)則）。

（3）讀棧指令MRD可多次使用（即多次使用中間結果），但MPS與MPP必須成對使用，并且連續(xù)使用次數(shù)應少于?？倲?shù)，即11次。2）編程應用

編程示例1：一層堆棧，如圖5－44所示。圖5－44一層堆棧的編程應用圖5－45四層堆棧的編程應用及改進

8.主控指令MC/MCR

1）指令說明

①MC：主控電路塊起點，不帶操作數(shù)，占3程序步。

②MCR：主控電路塊終點，不帶操作數(shù)，占2程序步。

對于主控指令，有：

（1）編程時，經(jīng)常會遇到一個或一組開關同時控制多個線圈的情況，若在每個線圈的控制部分加入同樣的觸點，則將多占存儲單元，且程序復雜，可讀性差。主控指令控制的操作組件的NO觸點與主控指令后的母線垂直串聯(lián)，相當于一組梯形圖的總開關。（2）主控指令MC/MCR之間的梯形圖（或程序）執(zhí)行與否，取決于MC的輸入條件。如圖5－46所示，若輸入X000有效，則執(zhí)行MC/MCR之間的梯形圖；若X000斷開，則跳過MC/MCR之間的梯形圖。此時，MC/MCR之間軟組件的狀態(tài)根據(jù)性質不同而不同：

對于累積定時器、計數(shù)器、置位/復位指令驅動的軟組件，保持斷開前的狀態(tài)；

對于非累積定時器、計數(shù)器、OUT指令驅動的軟組件，均變?yōu)镺FF狀態(tài)。（3）執(zhí)行MC指令后，母線（LD、LDI）向MC觸點后移動，通過MCR指令返回到原母線，并向下繼續(xù)執(zhí)行程序。

（4）使用不同的軟組件Y、M，可多次使用MC指令，但不能多次使用同一編號的Y、M軟組件，這樣易與OUT指令一樣形成雙線圈輸出。

（5）在沒有嵌套的多個主控指令程序中，可以多次平級使用N0編號；在有嵌套的多個主控指令程序中，嵌套級Ni的編號按從小到大的順序用MCR返回，返回時按照從大到小的順序。

2）編程應用

主控指令的編程應用實例參見圖5－46。圖5－46

MC、MCR指令的編程應用

9.微分指令PLS/PLF

1）指令說明

①PLS：上升沿微分輸出指令，使操作組件在上升沿時產(chǎn)生1個掃描周期的脈沖輸出，占2程序步。

②PLF：下降沿微分輸出指令，使操作組件在下降沿時產(chǎn)生1個掃描周期的脈沖輸出，占2程序步。

2）編程應用

微分指令的編程應用實例參見圖5－47。從圖中的時序可以看出，PLS、PLF指令可以將較寬的脈沖信號變成較窄的脈沖信號，相當于對輸入信號進行了微分。圖5－47

PLS、PLF指令的編程應用

10.置位/復位指令SET/RST

1）指令說明

①SET：置位指令，使線圈接通并保持，驅動Y、M占1程序步，驅動S、特M占2程序步。

②RST：復位指令，使線圈斷開，復位Y、M占1程序步，驅動S、特M占2程序步，驅動T、C占2程序步，驅動D、V、Z、特D占3程序步。對于置位/復位指令，有：

（1）SET指令為置位指令，線圈接通并保持（相當于置1），RST指令為復位指令，斷開線圈（相當于置0）。

（2）對于同一組件，SET、RST指令可多次重復使用，但最后執(zhí)行的SET、RST指令有效。

（3）RST指令除了可以復位Y、M、S，還可對D、V、Z和累積型定時器T和C進行復位。

2）編程應用

置位/復位指令的編程應用實例參見圖5－48。在圖5－48中，在X000由OFF→ON時，置位指令SET有效，Y000置位；在X000由ON→OFF時，Y000仍然保持。在X001由OFF→ON時，復位指令有效，Y000復位；在X001由ON→OFF時，Y000保持復位。其他類似。圖5－48

SET、RST指令的編程應用

11.取反指令INV