编程元件系指可编程序控制器内部等效于继电器功能的不同器件。FX2N系列PLC编程元件有输入输出继电器（X与Y）、辅助继电器（M）、状态继电器（S）、定时器（T）、计数器（C）、数据寄存器（D）、和指针（P、I、N）等七大类。
　　FX2N系列PLC编程元件由两部分组成，第一部分用一个字母代表编程元件，第二部分用数字表示该编程元件的编址号。

图1 晶体管输出接线示例

1．输入继电器
　　输入继电器（X）是PLC用于接收用户设备发出的输入信号，每一个输入继电器线圈均与相应PLC输入接口端子相连，并有无限个常开触头和常闭触头供编程时使用。图2是继电器输入模块等效电路，其中输入继电器线圈X0连接在相应的输入接口端子X0上。

图2 继电器输入模块等效电路

　　输入继电器线圈只能由外部输入信号驱动，而不能用程序内部指令驱动，其触头也不能直接输出带负载，因此在PLC程序中输入继电器只有触头没有线圈。
根据PLC只是在每一扫描周期开始时读入输入信号，这就要求输入信号（“ON”或“OFF”）的保持时间大于PLC的扫描周期，否则，PLC在一个扫描周期中可能读不到保持时间过短的输入信号，而导致输入信号丢失。

2．输出继电器
　　输出继电器（Y）用于PLC向执行机构控制元件传送控制信号，继电器输出模块等效电路见图3。
　　每一个输出继电器均通过一个输出常开硬触头与相应PLC输出端相连，该输出常开硬触头反映了输出继电器线圈的通与断的状态，例如当输出继电器Y0通电，则输出常开硬触头Y0的信号状态为“1”。受输出继电器Y0控制的供编程用常开触头和常闭触头则可以无限次使用。

图3 继电器输出模块等效电路

　　输出继电器线圈的通断状态由PLC程序执行结果决定，在每一次扫描周期最后阶段，CPU以批处理方式将输出映像寄存器的内容传送到PLC的输出接口端子，使外部负载工作。
FX2N系列PLC的输入输出继电器元件序号见表1。

表1 FX2N系列PLC输入输出继电器元件序号

　　辅助继电器（M）在逻辑运算中起中间状态暂存作用，相当于继电器控制线路中的中间继电器。辅助继电器线圈状态由PLC中间运算结果决定，受辅助继电器线圈控制的常开和常闭触头数量可以无限次使用，物理上一个辅助继电器触头只是内部存储器的一个状态标志存储位，所以辅助继电器触头既不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载。

1．通用辅助继电器
　　通用辅助继电器没有断电保持功能。PLC上电前所有通用辅助继电器均自动复位为“OFF”状态，上电时除了因外部输入信号而变为“ON”状态的通用辅助继电器以外，其余均保持“OFF”状态，上电后的状态则由输入信号决定。

2．断电保持辅助继电器
　 　断电保持辅助继电器具有记忆功能，PLC断电时由PLC内部的锂电池将断电保持辅助继电器状态保持在相应的映像寄存器中，重新上电后再从映像寄存器中调入断电时的状态并在该基础上继续工作。
　　表2是FX2N系列PLC通用辅助继电器和断电保持辅助继电器序号区域分配表。其中M500～M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。

表2  FX2N系列PLC通用辅助继电器及断电保持辅助继电器

　　例：图4梯形图中，M500为断电保持辅助继电器，试分析断电及重新上电过程中该继电器的状态。

图4 断电保持辅助继电器功能示例

 　　答：设系统失电时，M500线圈处于通电状态，则PLC重新上电后，M500处于记忆时的通电状态，所以M500常开触头闭合实现自锁，直至常闭触头X2断开时，线圈M500才会失电。
所以断电保持辅助继电器状态只受外部输入信号影响，不受系统通电与断电的影响。

3．特殊辅助继电器
　　特殊辅助继电器共256点，用于表示PLC的特殊状态。它们都有各自的特殊功能，例如提供时钟脉冲和标志、设定PLC运行方式、或者用于步进顺序、禁止中断等。
　　触头型特殊辅助继电器
　　触头型特殊辅助继电器由系统程序驱动其线圈，在用户程序中可以直接使用其触头而不能出现其线圈，常用触头型特殊辅助继电器见表3。

表3 常用触头型特殊辅助继电器

　　线圈型特殊辅助继电器

　　线圈型特殊辅助继电器由用户程序驱动线圈，使PLC执行特定的操作，而用户不使用其触头。常用线圈型特殊辅助继电器例如：
　　M8030的线圈通电后，表示电池电压降低的发光二极管；M8034的其线圈通电后，PLC禁止所有的输出，即所有外部输出均为“OFF”，但PLC程序仍然正常执行。

　　状态继电器（S）主要用于编制PLC的顺序控制程序，一般与步进顺序控制指令STL配合使用。
　　常用状态继电器有初始状态继电器（S0~S9共10点）、回零状态继电器（S10~S19共10点，供返回始点时用）、通用状态继电器（S20~S499共480点，没有断电保护功能，需断电保持功能时，可用程序设定）、断电保持状态继电器（S500~S899共400点，断电时用带锂电池的RAM或EEPROM保存其ON或OFF状态）、报警用状态继电器（S900~S999共100点，使用信号报警器置位ANS和信号报警器复位ANR指令时起外部故障诊断输出作用，称为信号报警器）。
　　在非顺序控制程序中，状态继电器（S）也可用作辅助继电器（M）。此外状态继电器的常开触头与常闭触头在PLC编程中可以无限次使用。

图5 状态器(S)的作用

　　例：图5是采用状态器S进行机械手动作控制顺序功能图，分析各状态继电器作用。
　　答：当启动信号X0为0N时，机械手下降，到下降限位X1开始夹紧工件，夹紧到位信号X2为ON时，机械手开始上升，上升到上限X3后停止，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)，并有各自的输出操作(驱动Y0、Y1、Y2)。
　　从启动开始由上至下随着状态动作转移，下一状态动作时上一步的状态自动复原。采用状态继电器后，步与步之间的动作互不干扰，且不必考虑不同步之间的互锁，设计清晰简洁。

　　数据寄存器（D）用于为模拟量控制、位置量控制、数据I/O存储参数及工作数据，每一个数据寄存器均为16位，其中最高位规定为符号位，可用两个数据寄存器组合起来存放32位数据，仍规定最高位为符号位。FX2N系列PLC中常用数据寄存器有以下四类。

1.通用数据寄存器
　　通用数据寄存器有D0~D199共200点，其他数据不写入时，通用数据寄存器保持已写入的数据，并在PLC状态由运行（RUN）转为停止（STOP）时，通用数据寄存器内全部存储数据清零；若将特殊辅助继电器M8033置1，则PLC由RUN转为STOP时，存储数据将保持。

2．断电保持数据寄存器
　　断电保持数据寄存器D200～D7999共7800点，具有断电保持功能，即在写入新数据前，原有数据在电源断开时也不会丢失，其中D490～D509用作两台PLC进行点对点时的通信。

3．特殊数据寄存器
　　特殊数据寄存器D8000～D8195共106点，特殊数据寄存器用于监控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。

4．变址寄存器
　　变址寄存器有V0～V7和Z0～Z7共16点，均为16位寄存器。变址寄存器作用相当于微处理机中的变址寄存器，用于改变元件的编号(变址)，变址寄存器可以读写，需要进行32位操作时，则将V、Z串联使用(Z为低位，V为高位)。

　　例：设V0=5，求执行D20V0时，被执行元件的编号。
　　答：被执行元件编号为D（20+V0)=D（20+5）=D25，即将原执行元件的编号D20改为D25。

　　定时器(T)相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器，FX2N系列PLC定时器有T0~T255共256点，其中通用定时器246点，积算定时器10点，见表4。

表4  FX2N系列PLC定时器编号分配

　　每一个定时器有一个设定值寄存器(一个字长，用户可用用户程序存储器内的常数k或数据寄存器D的内容作为设定值)、一个当前值寄存器(一个字长)、一个用来存储其输出触头状态的映像寄存器(一个二进制位寄存器)组成，三个寄存器使用同一地址编号。
　　定时器还有无限个常开触头和常闭触头供编程时使用，当定时器设定时间到，常开触头接通，常闭触头断开。

 1．通用定时器
　　通用定时器不具备断电的保持功能，当输入电路断开或停电时定时器复位清零，通用定时器有100ms和10ms两种。

　　例：图6为使用T200通用定时器延时控制梯形图，试分析通用定时器T200延时控制原理及设定值寄存器内数据在通电与断电过程中的变化情况。

图6 T200通用定时器延时控制梯形图

 　　答：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（所经过的延时时间为123×0.01s=1.23s），定时器的常开触头T200接通，线圈Y0通电。当X0断开后定时器复位．计数值变为0，其常开触头T200断开，线圈Y0也随之断开。
　　外部电源断电时，定时器也将复位并清零，计数值也变为0。

2．积算定时器
　　积算定时器具有计数累积功能，即在定时过程中若PLC断电或定时器线圈断开，积算定时器将保持当前计数值，待PLC电源或定时器线圈恢复通电后在保持当前计数值的基础上继续累积计数，只有将积算定时器复位，当前计数值才清除为0。积算定时器有1ms和10ms两种。

　　例：图7为使用T253积算定时器延时控制梯形图，试分析其控制过程及电源从通电到断电再到通电过程中，计数当前值的变化情况。

图7 T253积算定时器延时控制梯形图

 　　答：当X0接通时，T253当前值计数器开始累积100ms时钟脉冲的个数。当PLC电源经t0后断开，而T253尚未计数到设定值K345，则当前计数值保留，电源接通并使X0再次接通后，T253从保留的当前计数值开始继续累积，经过t1时间，当前计数值达到K345时，定时器的常开触头T253接通，使线圈Y0接通。累积总时间为345×0.1s=34.5s。
　　当复位输入X1接通时，定时器才复位，当前值变为0，定时器常开触头也随之复位。

　　FX2N系列PLC有内部计数器和高速计数器两类，内部计数器（C）用于对内部映像寄存器(如X、Y、M、S、T等)提供的触头信号上升沿进行计数，分为16位加法计数器及32位双向计数器两种；高速计数器则用于对外部脉冲信号（如旋转编码器脉冲信号）进行计数。

1．16位加法计数器
　　16位加法计数器（C）地址编号为C0~C199共200点，其中C0～C99共100点为通用型，C100～C199共100点为断电保持型。计数设定值为1～32767。
　　图8是16位加法计数器动作过程。X10为复位信号，当X10为0N时C0复位为零开始进入计数状态。X1l是计数输入，每当X11接通一次计数器当前值增加1。

图8  16位加法计数器计数过程梯形图

　　若计数器计数设定为10，则计数当前值到达10后计数器C0的常开触头接通，使线圈Y0接通。此后即使输入X11再接通，计数器的当前值也保持不变直至复位输入X10再次接通，执行RST复位指令为止。
计数器复位时，输出触点也复位，Y0被断开，计数当前值被清为零，再次进入计数状态，常数K或数据寄存器D均可用于计数值设定。

2．32位双向计数器
　　32位加减双向计数器地址编号为C200~C234共35点，其中C200～C219共20点为通用型，C220～C234共15点为断电保持型。32位双向计数器设定值范围为-214783648～214783647。
　　C200～C234计数器的计数方式（是加计数，还是减计数）由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。特殊辅助继电器置为ON时为减计数，置为OFF时为加计数，16位计数器一样，可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数设定值。
　　图9是32位双向计数器计数过程梯形图。X12控制M8210实现计数方式选择，若X12闭合，为减计数方式。X14为计数输入，C210的设定值为10。设C210置为加计数方式，则只需 X12断开，控制M8210为OFF时即为加计数方式。

图9  32位双向计数器计数过程梯形图

　　当X14计数输入累加至10时，计数器的常开触头C210接通，输出继电器线圈Y1通电。当前值大于10时计数器仍为ON状态，只有当前值由10减至9时，计数器才变为OFF，输出保持为OFF状态。
复位输入X13接通时，计数器的当前值为0，输出触点也随之复位。

3．高速计数器
　　高速计数器C235～C255共21点，但只能共享PLC上一个6个高速输入端X0~X5，所以高速计数器一次最多能使用6个，表5是各类高速计数器对应输入端的接线分配表。

表5  高速计数器输入端接线分配

注：U—加计数输入、D—减计数输入、B—B相输入、A—A相输入、R—复位输入、S—起动输入。X6与X7只能用作起动信号，不能作计数信号用。

　　1）单相单计数输入高速计数器
　　单相单计数输入高速计数器地址编号为C235～C245共11点。触点动作与32位双向计数器相同，通过控制M8235～M8245的状态可设定计数方式。
　　图10是无启动复位端单相单计数输入高速计数器计数过程梯形图。当X10断开，M8235为OFF，此时C235为加计数方式，反之则为减计数方式。由X12选中C235，查表5可知其输入信号来自于X0，C235对X0信号增计数，当前值达到1234时，C235常开触头接通，线圈Y0通电。X11为复位信号，当X11接通时，C235复位。

图10 单相单计数输入高速计数器计数过程梯形图

 　　图11带起动复位端单相单计数输入高速计数器计数过程梯形图。查表5可知，X1和X6分别为该高速计数器的复位输入端和起动输入端。
　　利用X10通过M8244可设定其计数方式，当X12与X6同时接通时开始计数，计数的输入信号来自于X0，C244的设定值由D0和D1指定。除了可用X1立即复位外，也可用梯形图中的X11复位。

图11  带起动复位端单相单计数输入高速计数器计数过程梯形图

　　2）单相双计数输入高速计数器
　　单相双计数输入高速计数器地址编号为C246～C250共5点。该高速计数器有—个为加计数输入端、一个为减计数输入端，可利用M8246～M8250的状态控制其计数方式。
　　图12是单相双计数输入高速计数器计数过程梯形图。X10为复位信号，其有效 (ON) 则C248复位。查表5可知，也可利用X5对其复位。当X11接通时，选中C248，输入来自X3和X4。
　　3）双相高速计数器
　　双相高速计数器地址编号为C251～C255共5点。A相和B相的信号时序决定了双相高速计数器的计数方式，见图13所示A相和B相之间的时序图。A相处于ON状态时，B相由OFF到ON时为加计数方式；当A相为ON时，若B相由ON到OFF，则为减计数方式所示。

图12 A相与B相间的时序图

图13 单相双计数输入高速计数器计数梯形图

　　时序图是一种描述信号导通时间与断开时间的矩形波形图，绘制时序图时通常把两种或两种以上信号按自左至右的时间顺序绘制在水平线上，时序图左端通常表示信号产生的始点。时序图主要表示在某一时间点上各信号的导通与断开状态、各信号的导通与断开时间的长短以及各个信号导通与断开的周期等内容。
　　图14是双相高速计数器计数过程梯形图。当X12接通时，C251计数开始。查表5可知，其输入来自X0（A相）和X1（B相）。当计数超过设定值时线圈Y2接通。
若X11接通，则计数器复位。M8251接通时线圈Y3接通，此时为加计数方式，反之当M8251断开时，线圈Y3断开，设为减计数方式，即用M8251～M8255，可控制C251～C255的计数方式。

图14 双相高速计数器计数过程梯形图

　　指针包括分支和子程序用指针（P）和中断用指针（I）。在梯形图中指针放在左侧母线的左边。

1．分支和子程序指针
　　分支和子程序用指针地址编号为P0～P127共128点，用于指示跳转指令CJ的跳转目标或子程序调用指令CALL所调用子程序的入口地址。
　　图15是分支指针执行过程梯形图。当X1常开触头接通时，执行跳转指令CJ P0，PLC跳到标号为P0处执行P0以后的程序，并根据SRET返回。

图15 分支指针执行过程梯形图

2.中断指针
　 　中断指针（I）用于指示中断程序的入口位置。执行中断程序后遇到中断返回指令IRET时返回主程序。中断指针有输入中断指针及定时器指针等，输入中断指针表示型式为：
　　　　　　　　　　I  ?     ??
　　　　　　　　　　   ①     ②
　　① 是输入端子号0~5，分别表示从X0~X5输入端子，每个输入端子只能用1次；
　　② 是中断方式，00表示下降沿中断，01表示上升沿中断。
　　定时器指针表示型式为：
　　　　　　　　　　I ?     ??      
　　　　　　　　　　  ①     ②
　　① 是定时器中断号6~8，每个定时器只能用1次；
　　② 是定时器的定时时间，10~99mA。

　　例如I101为当输入端子X1的信号从OFF～ON变化时，执行编在FEND指令后，以I101为标号之后的中断程序，并根据IRET指令返回。I610为每隔10mA就执行编在FEND指令后，以I610为标号之后的中断程序，并根据IRET指令返回。

3. 常数
　　常数分为K、H两种进制数，其中K表示十进制整数，主要用于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，16位十进制常数的范围为-32 768~+32 767，32位十进制常数的范围为-2 147 483 648~+2 147 483 647。
　　H表示十六进制数，主要用于表示应用功能指令的操作数值。16位十六进制常数的范围为0~FFFFH，32位十六进制常数的范围为0~FFFFFFFFH。

　　叙述输入输出继电器工作原理、辅助继电器、状态继电器、通用定时器及内部计数器作用及控制功能。

　　资讯：整理归纳听课笔记
　　决策：确定FX2N系列PLC编程元件作用及控制功能叙述报告形式
　　计划：设计叙述报告内容及叙述步骤
　　实施：撰写FX2N系列PLC编程元件作用及控制功能叙述性报告
　　检查：查阅资料自查
　　评估：小组评估