2.1 FX2N系列PLC的I/O编程元件及使用

2.1.1 编程元件概述

PLC作为工业控制用专用计算机，为了更好地表达控制逻辑关系，将存储单元划分成几个大类，称之为编程元件。PLC内部的编程元件是我们进行编程操作的对象，不同的编程元件在程序工作过程中完成不同的功能。

为了便于理解，特别是便于熟悉低压电器控制系统的工程人员理解，通俗地称之为输入、输出继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，是“软继电器”。所谓“软继电器”，是系统软件用二进制一个位的“开”和“关”的状态，来模拟继电器的“通”和“断”的状态。因此，这些“软继电器”的工作线圈没有工作电压等级、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。

正如上面所说，编程元件实质上是存储器中的位（或字），因此其数量是很大的，为了区分它们，给它们每类用字母标识，并在其后编号。在FX2N系列产品中，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代表数据寄存器等。

2.1.2 输入继电器（X）

PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制编号）。

输入继电器的线圈的吸合或释放只取决于与之相连的外部触点的状态，因此其线圈不能由程序来驱动，即在程序中不出现输入继电器的线圈。在程序中使用的是输入继电器常开/常闭两种触点，且使用次数不限。

基本单元输入继电器线圈都是八进制编号的地址，输入为X000～X007，X010～X017，X020～X027等。输入继电器一般排列于机器的上端。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的编号是按与基本单元最靠近的开始，顺序进行编号。

2.1.3 输出继电器（Y）

PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，内部常开/常闭触点供内部程序使用。

输出继电器的常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它们一般位于机器的下端，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的开始，顺序进行编号。

2.1.4 I/O元件的基本使用

图2-1所示的梯形图是通过一个输入继电器X000常开触点的通断来控制输出继电器Y0的得电和失电。梯形图最左边的竖线叫做左母线，最右边的竖线叫做右母线，两根母线可看作具有220V电压。当X000的常开触点闭合时，Y0的线圈两端就被加上电压，线圈得电。

图2-1 输入、输出继电器的使用

除了直接用输出线圈的方式来对输出继电器进行编程外，我们还可以用置位SET和复位RST指令来操作输出继电器。当SET指令前面的条件成立时（线路被接通），输出继电器被置位，即成为得电状态，这与直接输出线圈的区别在于，即使之后前面的条件不成立（线路被断开），输出继电器仍然保持得电状态，直到RST指令被执行，输出继电器才被复位。因此出现了SET指令必定要有RST指令与之配合，如图2-2所示。

图2-2 用置、复位指令控制输出继电器

读者应该观察到了，在这个梯形图里X0和X1的常开触点里多了一个向上的箭头。这表示上升沿触点，即该触点在X0得电的上升沿闭合一个扫描周期，下一个扫描周期又复位。如果用普通的触点，哪怕你仅按下按钮1s，在此期间，由于PLC的扫描周期是ns级的，PLC就反复执行了无数次这条指令。因此，置位和复位指令前面的执行条件，我们一般采用上升沿或下降沿脉冲。在今后的编程应用中，你能体会到这样控制输出继电器的精准性。

2.1.5 电动机起动/停止编程（自锁环节）

图2-3所示是PLC输入/输出设备连接图，如果外部X0连接一个按钮开关，而Y0连接一个接触器的线圈，接触器主触头接至电动机主电路，则被称为点动控制电路。

【实例1】 在实际应用中，如果要用一个起动和一个停止按钮并通过PLC来控制一个电动机的起动和停止，即电动机起动/停止编程。这里起动按钮和停止按钮就是PLC的输入设备，而接触器则是PLC的输出设备。

图2-4所示是电动机主电路连接图。

确定X0所连的按钮开关为起动按钮，而X1所连的按钮开关为停止按钮。然后使用如下梯形图利用输入、输出继电器完成对电动机起动/停止功能的控制。注意，图2-5与图2-1所示的梯形图进行比较会发现在X000的常开触点下面并联了一个Y0的常开触点，当Y0线圈得电后，Y0的常开触点会由断开转为闭合，这个环节我们叫做“自锁”，想想看这样做较之图2-1所示梯形图优点在哪里？而X001的常闭按钮在当X1所连的开关闭合时，X1动作，常闭按钮断开，从而切断了“电路”，Y0线圈失电，Y0常开触点也随之断开。

图2-3 PLC输入/输出设备连接图

图2-4 电动机主电路连接图

图2-5 起动/停止控制梯形图

这里，初学者很常见的一个疑问就是在PLC的连线上，断开按钮为什么是使用按钮的常开触点，而不是常闭触点？这是因为在PLC控制系统中，用梯形图代替了低压电器控制系统中的控制电路，所以在梯形图中出现了软继电器X1的常闭触点。而PLC的外部连线图不过是建立一个外部实际输入/输出设备和软继电器之间的一一对应关系。

2.1.6 电动机正反转编程（互锁环节）

【实例2】在用PLC来控制异步电动机时，常常会用两个输出继电器分别控制一个电动机的正转和反转接触器，即分别完成正转和反转。电动机的正转和反转接触器严格要求不能同时得电，因此需要在梯形图中实现两个输出继电器的“互锁”。

这里输入/输出元件较多，需要建立一个正反转控制I/O（输入/输出）分配表，见表2-1。

表2-1 正反转控制I/O分配表

正反转控制梯形图如图2-6所示。

从图2-6可以看出，当按下正转按钮后，电动机正转，如要反转，需要先按下停止按钮，再按下反转按钮，电动机才能反转。如果在电动机正转过程中出现误动作，直接按下了反转按钮，由于Y0的常闭触点串在Y1的线路上，就使得Y1不能得电，这就保护了电动机不因误动作而损坏。自锁是用自身的常开触点实现，而互锁是用对方的常闭触点实现。

注意，对于电动机正反转等同时得电会造成事故的环节，严格要求互锁，不仅在程序中要求互锁，在外部连线上也必须互锁。也就是两个接触器的线路里还必须硬件互锁。

在这个控制环节里，我们看到，用以完成线路“接通”的功能往往使用常开触点，而且多个常开触点采用并联；用以完成线路“断开”的功能往往使用常闭触点，而且多个常闭触点采用串联。

图2-6 正反转控制梯形图