第4章 C200Hα系列PLC硬件

本章以日本欧姆龙公司中型机C200Hα系列的PLC为例，介绍该型号PLC的接线、I/O单元和存储区。PLC接线是使用PLC时首先遇到的问题，第二个问题就是熟悉存储区的地址分配。

4.1 底板、电源与CPU

C200Hα系列属于完全模块化的PLC，多个模块安装在底板上，多个机架用电缆连接在一起，可以组成一个PLC系统。

4.1.1 底板

底板用于安装CPU、电源、I/O单元和其他特殊单元。底板分为两类。

（1）CPU底板，该底板上装有CPU、电源和I/O单元。CPU底板分为3槽、5槽、8槽和10槽，如C200HW-BC051底板具有5个槽。

（2）I/O扩展底板，该底板上没有CPU，只有电源和I/O单元。该底板也分为3槽、5槽、8槽、10槽，该底板只有使用专用的连接电缆与CPU底板连接才能工作。一个CPU底板可以扩展多个I/O底板，但是CPU底板与最后一个I/O扩展底板之间的距离必须小于12m。

使用中注意底板槽的序号，因为这些序号就是标准I/O单元的地址，底板上的槽是从左向右排序，最左边的槽是0槽。

4.1.2 电源

电源单元向CPU和I/O单元提供电源，电源单元有直流（DC）和交流（AC）两种的输入，可以按照需要选择。

1.PA204S电源单元

该电源单元采用交流输入，可以连接100～120V或200～240V电源，使用时注意按照电源的电压调整接线。

该电源还可以输出直流24V，该电源的范围为19.2～28.8V，输出电流为0.8A。该24V电源可以用于PLC的外电路。

接线时，在电源单元和供电电源之间应该连接1:1的隔离变压器，该变压器的副边不接地，这样可以减小PLC和大地之间的噪声，还可以保证人员的安全。该变压器的容量按照每个机架120VA设计。

接线时注意LG端子和GR端子的作用。GR端子应该接地，注意接线电阻不大于100Ω（采用线芯截面为2mm2的线）。而LG端子是电源过滤器的中间抽头，一般不要求接地，但是当干扰很大时，可以将该端子与GR连接在一起接地。但是最好不要将PLC和PLC外的设备公用一个接地点。

电源接线图如图4-1所示。

2.电源中断问题

PLC内装了一个时序电路，该电路可以处理电源瞬时断电或欠压产生的误动作。该电路对待不大于10ms的短暂电源故障不予处理，如果电源中断10～25ms，并且提供给CPU的工作电压低于额定值的85%时，则该电路使PLC停止工作，输出自动断开，当恢复到85%以上时，该电路使PLC自动恢复运行。

3.电源输入电压波动

电源电压为100～120V的交流电源，允许波动85～132V。

电源电压为200～240V的交流电源，允许波动170～264V。

电源电压为24V的直流电源，允许波动19.2～28V。

4.1.3 CPU

1.CPU的技术指标

本系列共有11种CPU型号，它们的技术指标如下。

1）用户程序存储器

存放梯形图的存储器，就是用户存储器。该存储器容量越大，用户程序就可以越复杂。

2）数据存储器

梯形图程序运行过程中和PLC运行过程中的数据就存储在这个存储器中。

3）扩展存储器

CPU单元上可以安装扩展存储器，扩展存储器可以扩展用户存储器和数据存储器的容量。安装了E2PROM的CPU可以直接读写用户存储器和I/O数据，若是安装的是EPROM存储器，则需要专用的EPROM写入器写入，所以不能存储I/O数据。

4）基本指令执行时间

执行一条基本指令所需要的时间。所需时间越短越好。

5）I/O点数

可以连接的输入/输出点数，点数越多，价格越高。

6）扩展I/O机架

允许扩展的I/O机架。

7）支持高密度I/O单元的最大数量

单个I/O单元上有大量I/O端子的单元为高密度I/O单元。CPU支持的高密度单元数量是有限的。

8）支持特殊I/O单元的最大数量

有特殊功能的单元称为特殊I/O单元，这些单元具有模数、数模、模糊、温度、位置、转速等功能，CPU支持这些单元的数量是有限的。

9）RS-232C

CPU上是否有串行通信口。

究竟选择哪一种CPU，需要考虑综合性能、价格和可扩展等诸多因素。例如，C200HE-CPU42-E基本配置的技术指标是：

（1）用户存储器容量7.2K字。

（2）数据存储器容量6K字。

（3）指令执行时间最小0.3μs。

（4）支持的最大I/O点数880点。

（5）可扩展的两个I/O机架。

（6）可以支持10个高密度I/O单元和10个特殊I/O单元。

（7）具有RS-232C串行通信口，还可以扩展通信板。

2.DIP开关

该系列CPU中有一个设置CPU的DIP开关，可设置的内容如下。

引脚1:ON=允许写入用户存储器；OFF=禁止写入用户存储器。

引脚2:ON=通电时，外扩存储盒的内容自动读出写入RAM；OFF=不自动读出。

引脚3:ON=编程器用英文显示信息；OFF=用日文显示。

引脚4:ON=允许用户设置扩展指令；OFF=使用扩展指令的默认设置。

引脚5:ON=用户设置通信参数；OFF=使用默认通信参数。起始位:1；数据位:7；偶校验；停止位:2；波特率:9600b/s。

引脚6:ON=编程器采用扩展装段模式；OFF=采用标准模式。

3.一般设置

引脚1:选择OFF，调试程序时，总是要随时写入用户存储器的，但是当PLC正式运行时，应该将该引脚设置为OFF。

引脚2；选择OFF，要是有扩展存储器，可以确认是否需要自动读出。

引脚3:选择ON。

引脚4:选择OFF，一般不设置扩展指令，若使用特殊的扩展指令时，需要该位为ON。

引脚5:选择OFF，使用默认设置。

引脚6:选择OFF，使用标准模式。

4.CPU中的电池

正常情况下，CPU中的电池可以使用5年。当ALARM灯闪烁，请在一周内更换电池。

4.2 I/O单元

4.2.1 输入/输出单元的一般问题

1.输入单元可以连接的设备

1）无源触点输出的设备

所谓无源触点输出设备，就是按钮或是继电器的常开或常闭触点。由于PLC输入单元的输入电路是一个光耦，所以在触点和PLC输入电路之间需要串联一个电源，当PLC是交流输入单元，则需要一个交流电源；若是直流输入单元，则需要一个直流电压源。触点与PLC之间的连接如图4-2所示。

2）三极管作为开关的输出设备

三极管的集电极和发射极之间也可以作为开关使用，当三极管导通时相当于开关闭合；当三极管截止时，相当于开关断开。图4-3所示是三极管作为开关的接线图。

3）具有二极管输出电桥的设备

若与PLC连接的设备具有二极管电桥输出电路，则可以按照图4-4所示的电路连接。

4）输入漏电流

当使用非触点输出设备时，由于开关元件是晶体管、晶闸管等元件，这些元件会由于自身的问题或电路设计问题，即使在截止时，也会有一个小的电流流过。该电流可能由如下原因引起：

（1）元件自身的漏电流，如三极管的反向漏电流ICEO；

（2）控制电路设计不好，开关元件没有可靠截止。

若该电流大于1.3mA，就可能引起PLC输入电路发生误动作为ON。解决的方法是在PLC输入端并联一个旁路电阻，如图4-5所示。

若已知漏电流为Io，要求Ii小于1.3mA，则

其中，Ii是PLC输入电流；Io是漏电流；R是旁路电阻；Ri是PLC的等效输入电阻。可以查PLC输入回路特性表得到，或者根据下列公式计算：

只要适当选择旁路电阻R的数值，就可以消除漏电流的影响。

2.输出单元

1）输出短路保护

输出端子的短路，会损坏输出元件或电路板，使用中应该在输出回路中串联保险丝。

2）晶体管输出的残余电压

若晶体管输出单元输出的残余电压大于TTL电路的标准低电平时，应该在晶体管输出单元与TTL电路之间增加图4-6所示的电路。

3）晶体管输出的漏电流

由于晶体管输出电路的OFF状态时，会有0.1mA左右的漏电流，当负载是晶体管或晶闸管时，可能引起误动作，解决的方法是在负载两端并联一个电阻，如图4-7所示。

电阻R的数值由下式计算：

式中，Uon为负载ON时的电压；I为漏电流；R为旁路电阻。

4）输出开启电流

有些负载在刚通电时的电流是正常工作电流的数倍，常称为负载的开启电流。当晶体管或晶闸管输出单元连接到大的浪涌电流负载时，需要采取图4-8所示的电路加以保护。

其中，图4-8（a）所示的电路是预先给负载（白炽灯等）一个小电流，当输出单元开启时，就不会有冲击电流了；而图4-8（b）所示的电路是在输出单元与负载之间串联了一个电阻，这样可以减小输出单元开启时流过单元的电流。

5）吸收感性负载的反电势

一个感性负载连接到输出单元时，必须在负载上并联一个浪涌吸收器或二极管，如图4-9所示，这样由负载产生的反电势就被吸收了。

一般情况下，电阻阻值选为50Ω，电容容量选为0.47μF，而二极管的耐压应该至少是负载电源电压的3倍，电流至少应为1A。

6）互锁电路

对于控制电机正/反转的电路，为了防止正/反转输出同时接通造成电源短路，一般应该加图4-10所示的互锁电路。

4.2.2 输入单元端子的接线

1.直流输入单元

1）DC输入单元ID211

DC输入单元电路如图4-11所示。在电路中使用了多一倍的发光二极管，目的是使输入电路对电源极性不敏感。

DC输入单元的参数见表4-1。

ON/OFF电压和输入电阻参数:这两个参数用于确定现场输入开关与PLC之间的距离，这个距离多大，取决于连接开关与PLC之间的连线电阻、输入回路电源的电压、PLC的输入电阻以及PLC的ON/OFF电压，就是当开关闭合时，要求加在PLC输入端的电压大于10.2V，而当开关断开时，要求加在PLC输入端的电压低于3V。

输入电流参数:该参数用于计算输入开关回路的电源电流。

ON/OFF响应时间:该参数用于说明输入模块对开关的响应速度，对于快于1.5ms的开关动作，该模块可能不能动作。例如，开关闭合1.5ms，然后又断开，则输入模块可能捕捉不到开关的动作。

而输入回路电源电压参数，用于确定电源电压的范围，低于这个电压，输入模块不动作，高于这个电压，输入模块中的电路受不了，可能要损坏发光二极管。

2）DC输入单元ID212

DC输入单元ID212的输入电阻为3kΩ，所以该单元的输入电流要比ID211小。该单元电路如图4-12所示，参数见表4-2。

2.交流输入单元

1）交流输入单元IA121、IA122

交流输入单元IA121的输入电路如图4-13所示，参数见表4-3。

该单元的输入电源是交流电源，电压是100～120V，频率为50Hz/60Hz。从该单元的参数可知，该单元的响应速度很低，为55ms。而且当开关闭合时，必须使该单元输入端子两端的电压高于60V AC，而当开关断开时，必须使该单元输入端子的端电压低于20V AC。

2）交流输入单元IA221、IA222

该单元的电路如图4-14所示，参数见表4-4。

该单元的输入电源是交流电源，电压是200～240V，频率为50Hz/60Hz。从该单元的参数可知，该单元的响应速度很低，为55ms。而且当开关闭合时，必须使该单元输入端子两端的电压高于60V AC，而当开关断开时，必须使该单元输入端子的端电压低于40V AC。

3.AC/DC输入单元

1）AC/DC输入单元IM211

该单元的输入电源既可以是交流电压，也可以是直流电压，在实际中根据需要方便地进行连接。该单元的输入接线电路如图4-15所示，参数见表4-5。

2）AC/DC输入单元IM212

该单元的输入电源可以是交流电压，也可以是直流电压，在实际中根据需要方便地进行连接。该单元的输入接线电路如图4-16所示，参数见表4-6。

4.2.3 输出单元端子的接线

1.触点输出单元

1）触点输出单元OC221、OC222、OC225、OC223、OC224

触点输出单元的电路如图4-17所示，参数见表4-7。

2）触点输出单元的预期寿命

触点输出单元使用欧姆龙公司的G6B-1174P-FD-US继电器，此继电器的触点寿命与触点流过的电流大小、环境温度有关。

触点寿命试验的条件是:开关频率，最大1800次/h。在此条件下，环境温度为23℃时，继电器的寿命与触点电流之间有很强的依赖关系，一般情况下，触点电流减小1/10，触点寿命可以增加10～20倍；而温度影响更大，在环境温度55℃时的寿命是室温（0～40℃）下继电器寿命的1/5。

继电器在达到预期寿命之前必须更换。

在继电器触点接有感性负载时，应该增加灭弧电路。在每个直流感性负载上并联一个保护触点的二极管，目的是延长触点寿命，防止噪声、减少碳化和氮化物沉积的产生，但是应该正确使用，否则会缩短继电器的寿命。

在输出单元继电器触点上使用灭弧电路，会延缓输出单元继电器的恢复时间。

吸收浪涌电流的阻容方法是在负载两端并联一个阻容串联电路，如图4-18所示，如果负载是一个继电器或一个电磁铁时，该电路使触点断开和负载复位之间出现一段时间延迟。

一般要求继电器触点每流过1A电流，电容器的电容量应为0.5～1μF；继电器触点上的1V电压，应有0.5～1Ω的电阻。在确定电容和电阻的参数时，应该考虑触点断开时电容对火花的抑制和触点闭合时电阻对流入负载电流的限制。

电容的耐压应该大于400V，若是交流电路，应该使用无极性电容。

注意:千万不要只用电容作为灭弧电路与负载并联，因为这种电路虽然在回路断开的瞬间防止火花的效果是非常有效的，但是当触点闭合时，触点可能会因电容的放电而熔化。

吸收浪涌电流的二极管方法:在负载两端并联二极管是触点灭弧的一个方法，该方法的电路如图4-19所示。该电路只能用于直流电源。

二极管可以将负载线圈内积聚的电能量转变成流出线圈的电流，该电流流过感性负载的电阻被转换成热量。

使用该方法时，触点断开和负载复位之间的延迟会比阻容方法大。

二极管的反向耐压值应为电源电压值的3倍，二极管的正向电流应等于或大于负载电流。

吸收浪涌电流的压敏电阻方法如下:使用压敏电阻吸收浪涌电流的电路如图4-20所示。压敏电阻具有的恒压特性可以防止触点间产生高压。如果电源电压是24V或48V，则压敏电阻并联在负载两端，而对于电源电压为100V或200V时，应该将压敏电阻并联在触点上。

2.晶体管输出单元

下面介绍部分欧姆龙公司的晶体管输出单元。

1）具有熔丝熔断检测的晶体管输出单元OD411

晶体管输出单元具有动作速度快、通断动作次数多的特点，所以在需要动作速度快或通断动作次数多的场合，就应该使用晶体管输出单元。OD411电路如图4-21所示。该单元熔丝熔断时，熔丝熔断指示灯亮。使用中注意将电源正极连接到V端，若不连接，则当晶体管截止时，漏电流将全部流过负载。该单元的参数见表4-8。可以通过检查该单元地址的08位是否变为ON，来判断熔丝是否断。

2）没有熔丝熔断检测电路的晶体管输出单元OD211

该单元接线电路如图4-22所示，参数见表4-9。由于该单元没有熔丝检测电路，所以当没有输出时，需要检查熔丝。使用中注意将电源正极连接到V端，若不连接，则当晶体管截止时，漏电流将全部流过负载。

3）没有熔丝保护的晶体管输出单元OD216

没有熔丝保护的晶体管输出单元OD216的接线电路如图4-23所示，参数见表4-10。该单元中的三极管接成射极输出方式。由于没有熔丝保护，若通过检查确认该单元无输出时就需要更换单元。

3.双向晶闸管输出单元

1）OA222V

双向晶闸管输出单元可以在交流高电压下高速切换负载电流，由于没有触点，所以寿命很长。该单元设有熔丝保护晶闸管，但是没有熔丝熔断检测电路，所以当没有输出时，请检查熔丝。该单元电路如图4-24所示，参数见表4-11。

2）OA224

OA224单元比OA222V的通断电流能力大，而且可以吸收更大的浪涌电流。电路如图4-25所示，参数见表4-12。该单元没有提供熔丝熔断检测电路，若没有输出，请检查熔丝。

4.2.4 高密度I/O单元

1.组-2高密度I/O单元

在需要大量输入点数时，就应该使用高密度I/O单元ID111（64点）、ID216（32点）或ID217（64点）。例如，做一个24键的键盘，这就需要一个32点的高密度输入单元。

高密度输入单元的输入电路如图4-26所示。高密度输入单元的响应速度一般小于1ms，电源电压为12V DC或24V DC。

使用这些单元的时候，注意每个I/O点的地址。

2.高密度晶体管输出单元

高密度晶体管输出单元OD218（32点）、OD219（64点）具有高的响应速度（ON响应时间0.1ms，OFF响应时间0.4ms）和熔丝熔断检测电路，可以应用于需要大量输出的场合，如推动数码管或发光二极管矩阵等。高密度晶体管输出单元电路如图4-27所示。

3.TTL兼容电平32点输入单元ID501

TTL兼容输入单元可以接受TTL电平的信号，该单元工作电压为5V DC，开启（ON）电压为3V，断开（OFF）电压为1V，完全兼容TTL电平。该单元的电路如图4-28所示。

4.TTL兼容电平32点输出单元OD501

TTL兼容输出单元可以输出TTL电平的信号，该单元工作电压为5VDC，输出低电平电压最大0.4V，完全兼容TTL电平，响应时间小于0.3ms。该单元的电路如图4-29所示。本单元上的DIP开关可以切换静态输出或动态输出、正逻辑或负逻辑。另外，晶体管输出单元OD215也能够兼容TTL电平。

5.TTL兼容输入/输出单元

TTL兼容输入/输出单元MD501、MD115将输入电路和输出电路集中到一个单元中，并可以在静态输入/输出或动态输入/输出之间切换。该单元可以在键盘扫描，数码管扫描等电路中使用。该单元的输入/输出电路与图4-27和图4-28所示电路基本相同。

4.2.5 B7A接口单元

当与PLC的距离小于500m的地方有一些开关信号需要输入或输出时，可以使用与欧姆龙公司PLC配套的标准B7A接口单元，该单元允许通过两根连线输出和输入16个开关量。若采用组-2B7A接口单元，则可以输出和输入32个或64个开关量。

例如，PLC在一个锅炉车间中，在300m处的给煤车间有10个开关量需要输入到PLC，另有8个开关量需要从PLC输出到给煤车间，这就需要在锅炉车间安装B7A接口单元，在给煤车间安装B7A连接终端。

具体传输距离取决于供电方式和信号速率。独立电源供电的B7A接口单元和独立供电的B7A链接终端连接如图4-30所示。

4.2.6 其他单元

C200Hα系列PLC不仅能够连接前述的I/O单元，还可以扩展如下特殊单元。

（1）高速计数器单元:该单元用于对高速脉冲信号进行计数，计数速度可达50千次/s。

（2）位置控制单元:该单元可以输出脉冲驱动步进电机或伺服电机。

（3）模拟量单元:对连续变化的模拟量进行A/D转换或D/A转换。

（4）模糊逻辑单元:实现自动控制中的模糊算法。

（5）温度控制单元:连接热电偶或热电阻，进行温度控制。

（6）PID单元:对控制系统进行PID控制。

（7）语音单元:该单元可以发出声音和输入声音。

（8）温度传感器单元:该单元可以连接热电偶进行温度测量。

（9）ID传感器单元:该单元可以连接其他设备构成非接触式信息识别系统。

（10）凸轮位置控制器:相当于48根凸轮轴一样工作。

就是因为有了这些单元，才使欧姆龙公司的PLC功能非常强大，可以适合不同的领域。

4.3 PLC的通信、安装环境和外接按钮

4.3.1 PLC与计算机之间的RS-232通信

在实际中，经常需要用计算机进行梯形图编程并把编译好的梯形图程序下载到PLC中去，这就需要在PLC与计算机之间连接一条电缆，该电缆连接PLC的RS-232串行口和计算机的RS-232串行口。一旦连接好电缆，在计算机上运行欧姆龙公司的专用软件CPT，就可以和PLC之间进行通信，对PLC进行数据读出与写入、程序下载等项操作。

1.OMRON可编程控制器C200HE的RS-232接口引脚分配

该接口的引脚分配见表4-13。

2.电缆连接图

PLC与计算机之间的电缆连接如图4-31所示。该电缆可以向欧姆龙公司购买，也可以自己制作。如果有条件，最好使用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层应该连接到RS-232接口的第1引脚上。

3.通信规格

该RS-232通信口采用：

（1）通信方法:半双工。

（2）同步方法:启动—停止。

（3）波 特 率:1200b/s，2400b/s，4800b/s，9600b/s，19200b/s。

（4）传输方法:点对点。

（5）传输距离:最大15m。

4.3.2 PLC安装环境

每种工业设备对安装环境都有特定的要求，PLC的安装也不例外，如果不满足安装环境，虽然不会影响PLC的功能，但是会影响PLC的使用可靠性和寿命。下面简单介绍PLC的安装环境。

1.PLC不能安装的环境

（1）环境温度低于0℃或高于55℃（编程时环境温度应该为0～45℃）。

（2）温度急剧变化或有凝露。

（3）环境湿度低于35%或高于85%。

（4）有腐蚀或易燃气体。

（5）有过多尘埃（特别是铁末尘埃）或氯化物。

（6）使PLC遭受冲击和振动。

（7）阳光直射。

（8）使PLC接触到水、油或化学试剂。

2.PLC的冷却

为确保PLC不致过热，需要考虑机架之间的净空距离和采用风扇进行冷却。安装PLC的机架之间应该有足够的空间，供I/O布线，但是I/O布线不应该妨碍散热。在确定机架之间的距离时，应该考虑线槽的宽度、布线长度、通风和PLC单元拆装的方便程度等因素，一般情况下，两个机架之间的距离应为70～120mm。

若是PLC的安装环境温度高于规定值或是将PLC安装在封闭的机箱内，就需要安装风扇进行冷却。

3.防止噪声干扰

不要将PLC安装在装有高压设备的控制屏上。PLC的安装位置至少离电源线200mm以上。

4.PLC的安装方向

PLC的安装方向必须按照要求安装，否则将会出现散热问题，一般要求是垂直安装，即安装方向就是面板上的字能够正常阅读的方向。

4.3.3 PLC外接按钮

一个电机控制电路如图4-32所示，电路中使用常开按钮启动电机，用常闭按钮停止电机运行，图4-32中KM是控制电机电源的继电器。这样的电路若是使用PLC时的外接线图如图4-33所示。同时为使PLC运行，在PLC中输入由图4-33转换来的图4-34所示的梯形图程序。

将图4-34所示的梯形图下载到PLC中后，发现KM继电器不动作，电机不能启动。这是因为按下启动按钮SB1时，PLC输入继电器00400常开触点接通，而输入继电器00401的常闭触点却因为连接了常闭按钮SB2处于断开状态，所以线圈00300不能得电。怎样才能使线圈00300得电呢？这就需要将00401触点变成常开触点，经过这样变化的梯形图如图4-35所示。

这样当常闭按钮SB2闭合时，常开触点00401一直闭合，当SB1按钮接通时，00400触点接通，线圈00300得电，KM得电，电机运行；当SB2按钮断开时，00401触点断开，线圈00300失电，KM失电，电机停止运行。

由此可见，如果PLC外接线都选择常开开关，则PLC中运行的梯形图与继电器控制电路图一致；如果PLC外接线选用常闭开关，则在梯形图中对应该常闭开关的位置应该使用常开触点。

通常为了与继电器控制电路图的习惯一致，在PLC的外接线中尽可能采用常开按钮或开关。

为什么会是这样呢？回想PLC输入电路，当外接常开开关断开时，没有电流流进输入电路，代表PLC内部常开触点断开；而当外接常开开关闭合时，电流流进输入电路，代表PLC内部常开触点闭合。外接开关断开与闭合与PLC内部的触点断开与闭合一致。

而当外接常闭开关闭合时，有电流流入输入电路，PLC内部的常闭触点断开；当外接常闭开关断开时，没有电流流入输入电路，PLC内部的常闭触点闭合，可见外接常闭开关的断开与闭合与PLC内部的常闭触点的断开与闭合不一致，所以不能使用PLC内部的常闭触点来代替外接的常闭开关。

在直接将继电器控制电路转换成梯形图时特别要注意这一点。

4.4 存储区

为实现有效、正确的控制，需要大量存储器存储各种类型的数据，这些数据都存放在CPU内的存储区。为了管理上的方便，按功能及用途将存储器分为各类存储区域，通过用户程序可以存取数据的区域称为数据区域，其他存储区是用户区域（UM），实际上，控制PLC的梯形图程序就存储在UM区域。

在PLC中，程序和数据可以放在ROM中或是后备电池支持的RAM中。

4.4.1 数据区域概述

存储器的常用单位有位、字节、字等，一位二进制数称为一个位，一个字由16个位组成。一位存储器有“0”或“1”两种状态，继电器也只有线圈“通电”或“断电”两种状态，因此可以将一位存储器看作一个“软”继电器，如果该位状态是“0”，则认为该软继电器线圈“通电”，常开触点断开；若位状态是“1”，则认为其线圈“通电”常开触点闭合。这样PLC的存储器就可以看成是很多“继电器”了。

这些继电器被分为几类，在输入映像区中的“继电器”与输入端子（回路）一一对应，被称为输入继电器，当输入回路中有电流时，该输入继电器为“1”，其常开触点“闭合”；若输入回路没有电流，则输入继电器为“0”，其常开触点“断开”。在输出映像区的“继电器”与输出回路一一对应，被称为输出继电器，当该输出继电器为“1”，则相当于常开触点闭合使输出回路导通，若该输出继电器为“0”，则相当于常开触点断开使输出回路断电。存储器中没有固定用途的位，在用户程序中可以用它们去控制其他位，一般又称这些位为中间继电器或工作位。

存储区内还有一类继电器被称为标志位或控制位。标志位可以被PLC程序自动置“0”或“1”来反映特别的操作状态，用户程序可以根据需要使用这些标志位。由于大多数标志位是PLC系统程序设置的，因此只能读而不能由用户程序直接控制。

与标志位对应的是控制位。控制位由用户程序设置为“0”或“1”来影响PLC系统程序产生特定的操作。有了标志位和控制位后，PLC系统程序和用户程序之间就可以进行互相“对话交流”了。

OMRON中型机C200Hα系列的数据存储区分配见表4-14。

从表4-14中可以看出，16个相邻的继电器被分为一组或称为一个通道，可以组成一个字，用于存储数据。在表中除了临时继电器区域TR00～TR07这8个继电器外，其余的区域都是以组或字为单位进行表示的。例如，内部继电器区域1，从IR000～IR235共236组，若按位计算有236×16=3776（位），相当于3776个“软”继电器。

4.4.2 数据区域结构

1.字与位

从表4-14中可以看出，OMRON中型机C200Hα系列PLC存储器的基本度量单位是字。每个字由16位组成，依次从右到左，编号的顺序为00～15。位序号为00的位称为最右位，而位序号为15的位称为最左位。术语最高位常指最左位，而最低位常指最右位。

在用户程序中使用数据区域中的继电器时，一般应给出数据区的简称和字地址，并在组号后加后缀特别指出序号。若按照字使用继电器，则只要数据区的简称和字地址，一些例子见表4-15。

从表4-15中可以看出，IR区域和SR区域与其他区域不同，尽管在书中或文章中解释时经常加注前缀IR和SR以明确地指出IR和SR区域，但是在编程中并不要求加注前缀。无前缀的数据区域总是指IR和SR区域，这是因为IR和SR区域的地址是统一顺序编址的，字或位的地址足以区分这两个区域。

DM区域中只能进行字操作，而不能进行位操作，而在IR、SR、HR、AR和LR区域中既可以进行字操作，又能进行位操作。

TC区域与其他区域也有区别，因为每个定时器和计数器都是由位和字组成的复合元件，单独的位和字地址都不能确定一个定时器/计数器的地址。所以，TC区域由TC号组成，每个号用于程序中定义不同的定时器和计数器。一般情况下，如果TC号的数据类型是二进制位，则是指定时器或计数器动作触点，当定时时间到或计数到时该二进制位接通；若是TC的数据类型是无符号十进制数，则是指定时器或计数器动作过程中的时间或计数值。

2.数据结构

以十进制形式输入的数据用BCD码存储，以十六进制输入的数据用二进制形式存储，所以一个二进制字能够表示4位十进制或十六进制数字。对于整个字，数字序号为0的数称为最右位数字，而数字序号为3的数称为最左位数。在使用数据时，一定要注意十进制和十六进制，应该按照指令的要求输入。

3.不同形式的数据转换

不同数制的数之间可以进行转换，二进制与十六进制、BCD与十进制数之间都可以很容易地进行转换，而BCD与十六进制之间可以使用BCD与十六进制数转换指令进行转换。

4.十进制数的小数点

十进制的小数点仅用于定时器，0.1代表1/10s。

5.带符号及不带符号的二进制数

许多指令可以使用带符号数或不带符号数，但是有一些指令只能使用不带符号数，使用中要加以注意。

6.无符号二进制数

无符号二进制数在OMRON PLC中是标准格式，除非特别声明，都是无符号数。无符号数的范围是0（0000H）～65535（FFFFH），而8位无符号数的范围为0（00000000H）～4294967295（FFFFFFFFH）。

7.带符号二进制数

带符号二进制数的符号位是第15位，第15位为0表示正数，而第15位为1表示负数。正数范围从0（0000H）～32767（7FFFH），负数范围从-32768（8000H）～-1（FFFFH）。

4.5 内部继电器区域

内部继电器（IR）区域既可以用作控制I/O点的数据（输入继电器/输出继电器），也可以用作内部处理和存储数据的工作位（中间继电器），可以按位和字存取。在C200Hα系列PLC中，IR区域由字IR000～IR235（IR区域1）和IR300～IR511（IR区域2）组成。存取IR区域1的时间比存取IR区域2的时间短。

输入/输出被映射在IR区域中，因此相关的字称为I/O字，I/O字中的位称为I/O位。IR区域的工作位在电源断开或PLC停止时被复位。

IR区域地址分配见表4-16。

1.I/O字

在IR区域可以给输入/输出单元分配I/O字，当输入接通时，相应的位变为ON，要使输出接通，则使相应的位为ON。这样程序就可以通过I/O字读取输入状态和控制输出状态。

2.输入位（输入继电器）

输入位直接反映PLC的外部输入，并在编程中可以不考虑顺序地任意次使用。

3.输出位（输出继电器）

输出位用于输出程序的执行结果，在使用中不考虑次序。在每个程序周期中，输出位只刷新一次，因此每一输出位仅能用于一条控制其状态的指令。若是多条指令对输出位有效，则PLC实际输出的只是最后一条指令确定的状态。

4.机架的字分配

I/O字根据机架槽位置分配给CPU机架和扩展I/O机架。机架槽分配见表4-17。从表中可以看到，每个槽分配一个I/O字，因此3个槽的机架只能使用最前面的3个字，5个槽的机架只能使用最前面的5个字，8槽机架只能使用最前面的8个字，分配给不用的或不存在槽的字可用作工作字。

例如，在CPU机架的第3槽安装了一个16个触点的继电器输出单元，则该单元的字地址是IR003，而该单元的第1输出端子的位地址是IR00300。

若是在CPU机架的第4槽安装了一个16点的输入单元，则该单元的字地址是004，而该单元的第1个输入端子的位地址是IR00400。

5.特殊I/O单元和从站机架分配

在大多数C200Hα系列PLC中，CPU机架和扩展机架上的所有槽中最多可安装16个特殊I/O单元，每个特殊I/O单元以它的单元号（0～F）为基准，在IR区分配10个字。

在C200Hα系列PLC中的某些CPU型号中，最多可以安装10个I/O特殊单元，每个单元根据它的单元号（0～9）分配给10个字。具体分配见表4-18。

6.I/O单元的位分配

根据所用的PLC型号，I/O单元可以使用一个字中的8～16位，对大多数I/O单元，不用于输入/输出的位可用作工作位。但是晶体管输出单元、双向晶闸管输出单元使用位08～11为熔丝熔断标志位和报警标志位，因此这些位不能用作工作位。

4.6 专用继电器区域

专用继电器（SR）区域包括标志位和控制位，用来监视PLC的运行，产生时钟脉冲及显示错误信号。SR区域的字地址为236～299。

SR区域分为两个部分，第一部分的字地址范围是236～255，第二部分的字地址范围是256～299。

表4-19列出了SR区域部分常用标志位及控制位的功能。标志位一般状态为OFF，只有在预定的条件出现时，才置为ON。

1.强制状态保持位

在编程和监视方式之间切换时，SR25211位决定进行启动或停止操作中被强制置位或复位的位状态是否维持。如果SR25211为ON，则位状态保持；如果SR25211为OFF，则当操作启动或停止时所有位返回到原默认值。

强制状态保持位只有在PLC设置允许时才有效。该位状态不受电源中断的影响，但是当登记I/O表后，该位状态变为OFF。

对SR25211的操作必须通过外围设备，如编程器和编程软件。

如果在PC设置中允许强制状态保持位，则有表4-20所列的断电和上电关系表。

2.I/O状态保持位

在编程方式与监视方式之间切换使操作启动或停止时，SR25212决定IR和LR区域的位状态是否保持。

该位状态不受电源中断的影响，但是当登记I/O表后，该位状态变为OFF。

SR25212的操作必须通过外围设备，如编程器或编程软件。

如果在PC设置中允许I/O状态保持位，则I/O状态保持位控制的断电和上电关系见表4-21。

3.输出关闭位

SR25215为“ON”时，使所有PLC的输出为OFF，此时在CPU面板上的OUTINHIBIT（输出禁止）指示灯亮。当输出关闭位为OFF时，按正常方式刷新输出位。

当电源中断或PLC操作停止时，输出关闭位保持，但是当登记I/O表后，该位状态变为“OFF”。

4.FAL（报警故障）区域

当FAL或FALS指令执行时，一个两位的BCDFAL代码输出至位25300～25307，这些代码由用户定义，用于错误诊断。PLC也把电池电压过低等FAL代码输出到这些位。执行操作数为00的FAL指令或在编程器上执行故障读操作，可以使这个区域复位。

5.电池低电压标志

CPU后备电池电压下降时，SR25308被置ON，CPU面板ALM/ERR（报警/错误）指示灯闪烁，SR25308可以通过编程来产生一个电池电压过低的外部报警。如果有必要，还可以在PLC设置中设置不允许报警。

6.周期时间错误

当周期超过100ms时，SR25309置ON，CPU面板上的ALM/ERR（报警/错误）指示灯闪烁，程序执行并不停止，只有超出监视定时器的最大时间限制时，程序才停止执行，但是当周期时间超过100ms时，计时就不精确了。

7.I/O检验错误标志

装在系统上的单元与登记在CPU中的I/O表不一致时，SR25310置ON，ALM/ERR（报警/错误）指示灯闪烁，但是PLC仍可以操作。

一旦该位为ON，为确保正常操作，应该停止PLC操作，检查单元以及修改I/O表。

8.第一周期标志

SR25315位在PLC操作开始时置ON，一个周期后又置为OFF，第一周期标志在初始化计数器及其他操作时很有用。25412位也是第一周期标志位。

9.时钟脉冲位

5个时钟脉冲可用于控制程序计时，每个时钟脉冲位在脉冲的前半部时间内置ON，后半部置OFF，也可以说，脉冲的占空比为50%。

这些时钟脉冲位常和计数器一起用于建立定时器。使用中注意如果程序执行时间过长，0.1s和0.02s的脉冲有可能不精确。位与时钟脉冲之间的对应关系见表4-22。

10.单步标志

当用STEP（08）指令启动单步执行时，SR25407在一个周期里置ON。

11.组-2单元错误标志

组-2高密度单元和B7A接口单元发生下列错误时SR位25414置ON。

（1）同一个I/O号设置了两次。

（2）同一个字分配给一个以上的单元。

当发生其中一个错误时，单元停止工作，同时ALARM（报警）灯闪烁，但是PLC照常工作。

当组-2单元错误标志位为ON时，相应的出错单元号保存在AR0205～AR0214，如果正确设置了I/O单元号并适当安装了单元，而仍不能启动单元，则可能是保险丝断了或单元硬件有故障，需要更换单元。

在AR区域的AR0215地址，也有一个高密度I/O单元和B7A接口单元错误标志。

12.特殊单元错误标志

SR25415置ON时表示下列错误发生：

（1）不止一个特殊I/O单元设相同的单元号；

（2）特殊I/O单元和PLC的CPU之间刷新数据时出错；

（3）上位机链接单元和PLC的CPU之间出错；

（4）远程I/O主单元上出现错误。

虽然PLC在SR25415为ON时继续运行，但是出错的单元停止工作，ALM指示灯闪烁。检查AR0000～AR0015状态，可以找出出错单元的单元号。

使用重启动位（AR0100～AR0115，SR25207和SR25213）可以重新启动单元运行，若相同单元号设置给一个以上特殊I/O单元，则重新启动不起作用，需要关断电源，纠正单元号设置，再通电重新启动。

即使AR0100～AR0115（重启动位）置ON，SR25415仍不会变为OFF。需要用编程器读取错误或梯形图程序执行FAL（06）00指令，才能将SR25415置OFF。

13.指令执行错误标志ER

如果用不正确的操作数来执行指令，SR25503就会置ON，指令出错的一般原因是该用BCD数据时而没用，或间接寻址的DM字不存在。当ER标志位置为ON时，当前指令将不执行。

14.算术标志

下列标志用于数据移位、算术运算以及比较指令，一般缩写为两个字母。这些标志位当执行END（01）指令时都将复位，因此不能通过编程设备监视。

（1）负标志（N）。当计算结果为负数时，SR25402位为ON。

（2）上溢出标志（OF）。当二进制加或减的结果超出7FFF或7FFFFFFF时，SR位25404置ON。

（3）下溢出标志（UF）。当带符号二进制加或减的结果超出8000或80000000时，SR位25405置ON。

（4）进位标志（CY）。当算术运算的结果产生进位或循环/移位指令把“1”移入CY时，SR位25504置ON，CY的内容也用于一些算术运算，如把它与其他操作数一起进行加或减运算，在程序中可以通过设置进位和清除进位指令来设置/清除该标志位。（5）大于标志（GR）。两数操作比较中当前者大于后者时，SR位25505置ON。

（6）等于标志（EQ）。两数操作比较的结果相等时，或算术运算的结果是0时，SR位25506置ON。

（7）小于标志（LE）。两数操作比较时，当前者小于后者时，SR位25507置ON。

15.中断子程序区域

SR位26200～26215用来设置中断子程序的最大处理时间。处理时间的增量为0.1ms。

SR位26300～26315用来放置最大处理时间的中断子程序号，当有中断时，SR26315置ON。

16.PLC设置错误标志

（1）PLC设置启动错误。发生PLC设置启动错误（DM6600～DM6605），SR位27500置ON。

（2）PLC设置运行错误。发生PLC设置运行错误时（DM6613～DM6623），SR位27501置ON。

（3）PLC设置通信/错误设置/混杂错误。当PLC设置通信、错误设置或混杂错误发生时（DM6635～DM6655），SR27502置ON。

17.组-2错误标志

SR位28000～28015用作组-2高密度I/O单元（单元号0～F）的错误标志。当单元出错时，相应的错误标志置ON。在AR区域中10个位（AR0205～AR0214）也用作单元0～9的错误标志。

18.特殊I/O单位重启动位和错误标志

SR位28100～28115用作特殊I/O单元（单元号0～F）的重启动位。重新启动一个特殊I/O单元，先置相应的位ON，再置OFF。在AR区域中10个位（AR0100～AR0109）也用作单元0～9的重启动位。

SR位28200～28215用作特殊I/O单元（单元号0～F）的错误标志。当单元出错，相应的错误标志置ON。在AR区域的10个位（AR0000～AR0009）也用作单元0～9的错误标志。

4.7 辅助继电器区域

辅助继电器（AR）区域的字地址从AR00～AR27，位地址从AR0000～AR0015。大多数AR区域的字和位都有特定的用途，如标志位、时钟和控制位等。AR区域的功能见表4-23。

1.AR位0100～0109对应特殊I/O特殊单元号0～9

重启动特殊I/O单元（包括PLC链接单元），置相应的位ON和OFF（或接通和断开电源）在特殊单元重新启动的过程中，不要存取刷新的数据。

2.组-2错误标志

AR位0205～0215对应于组-2高密度I/O单元0～9和B7A接口单元（I/O号），功能和SR位28000～28015的功能一样。

3.日历/时钟区域和位

1）日历/时钟区域

C200Hα系列CPU内置时钟。如果AR2114（时钟停止位）为OFF，日期、天和时间将有效，并以BCD码形式存储在AR18～AR20和AR2100～AR2107。

2）30s补偿位

AR2113为“ON”时，将日历/时钟区的秒数“四舍五入”。例如，当时钟的描述为29或更小时，就置00，如秒数为30或大于30时，则在分钟数上加1，而置秒数为00。

3）时钟停止位

AR2114为OFF时，允许日历/时钟区域工作，而为ON时停止时钟工作。

4）时钟设置位

AR2115用来设置日历/时钟区域:首先置AR2114（停止位）为ON，再设置日期和时间，最后置AR2115为ON，日历/时钟开始工作，而把AR2114和AR2115都置OFF。

5）电源关闭计数器

AR23用4位BCD码记录PLC电源关闭的次数。

4.8 数据存储器区域

数据存储器（DM）区域分配表见表4-24。

通过PLC设置，可以使用DM7000～DM8599作为特殊I/O单元区域来代替DM1000～DM2599。

尽管DM区域和其他数据区一样，每字包含16位，但是DM区域的数据不能通过位定义用于位操作数的指令。通过程序可以写DM0000～DM6143，但是DM6144～DM6655只能从外围设备改写。掉电时DM区域的状态可以保留下来。

1.特殊I/O单元数据

按PLC设置中字DM6602设置的值，可以决定以下方面:DM区域的1000个字或1600个字分配给特殊I/O单元（每个I/O特殊单元分配100个字）。

DM单元的地址是DM1000～DM2599，还是区域DM7000～DM8599。

当DM字不分配给特殊I/O单元可以用作其他用途。具体分配见表4-25。

2.错误记录区域

DM6000～DM6030用于存储PLC出错的10个记录，显示PLC中发生错误的性质、时间和日期。

只要AR0715（错误记录允许位）为ON时，错误记录区将存储由系统或FAL（06）/FALS（07）产生的错误代码。

错误区域的结构是每个错误记录占用位于DM6001～DM6030中的3个字，可以通过错误记录指针DM6000的内容获得所存的最后一个记录。10个记录中每一个记录号、DM字、指针值见表4-26。

错误记录的结构是:第一个字是错误代码，第二、三个字表示日期和时间。错误代码由系统产生或由FAL（06）/FALS（07）产生，时间和日期来自AR18和AR19（日历/时间区域），错误代码分为致命错误和非致命错误。记录结构见表4-27，错误代码见表4-28。

当AR715（错误记录允许位）为ON时，开始记录出现的错误，记录的方式取决于AR713位，若AR713位为ON，则记到第11个记录时，第1个记录将被丢掉，全部记录向前推进一条；若AR713位为OFF，则记满10个记录后，就不再记录错误了。

当AR714（错误记录复位位）置ON，然后再置OFF，则可以复位错误记录区域。

3.PLC设置

PLC设置（DM6600～DM6655）区域包括决定PLC操作的设置，PLC设置的数据可以通过编程器和编程软件来改变，当然UM不能写保护（DIP开关1脚）。

DM6600～DM6655中数据只有当PLC处于编程模式才能设置或修改，当PLC处于编程或监控运行模式时，可以设置或修改DM6635～DM6655中的数据。

如下设置字可以使用编程软件在编程模式下修改：

① 启动方式（DM6600）；

② 启动方式指定（DM6601）；

③ 周期监视时间（DM6618）；

④ 周期时间设置（DM6619）；

⑤RS-232C端口设置（DM6645～DM6649）；

⑥ 外设端口设置（DM6650～DM6654）。

PLC一般都在默认设置下工作，只有需要变更设计环境时才修改设置。使用专用软件SSS（中文版）和CPT可以修改设置。

4.9 其他继电器区域

1.保持继电器区域

保持继电器（HR）区域用于存储/操作各种数据并按字按位存取，字地址为HR00～HR99，位地址为HR0000～HR9915。HR位可以按任何次序和普通位一样用于程序。

当系统操作方式改变、电源中断或PLC操作停止，HR区域保持状态不变。

HR区域的位和字可用于PLC中止操作时保留数据，HR位还有各种特殊用途，如用KEEP指令产生一个锁存继电器及形成自保持输出。

2.定时器/计数器区域

定时器/计数器（TC）区域用来生成定时器和计数器，并保存定时器/计数器结束标志、设定值（SV）和当前值（PV），通过TC号（TC000～TC511）可存取这些数。使用下列指令TIM、TIMH、CNT、CNTR（12）和TTIM（87），每一个TC号可以定义一个定时器或计数器。

一旦用其中的一条指令定义好TC号，该号码就不能再在程序的其他地方使用，否则在程序监测时会出错，TC号可以按任何次序定义。注意，重复使用TC号是编程时常见的错误。

TC号被定义好后，就可以作为操作数用于其他指令，但是作为定时器使用时，要加前缀T，作为计数器时，要加前缀C。

3.链接继电器区域

链接继电器（LR）区域用作普通数据区，在PLC间传递信息，通过PC链接系统可以实现这种传递。

4.临时继电器区域

临时继电器（TR）区域只给LD和OUT指令提供了8个位，用于某些分支类型梯形图程序。TR的地址为TR0～TR7，只要同一TR在同一指令块中没有重复使用，则每位可以任意次序使用任意次。

4.10 扩展数据存储器区域

在C200Hα系列PLC中，UM区域包含梯形图程序，部分UM区域可以分配用作扩展数据存储器（DM）区域或I/O注释区。

UM的容量范围从C200-CPU11-E中3.2K字到C200HX-CPU□4-E中31.2K字。

分配扩展DM区可以使用编程器和专用开发软件，但是I/O注释区的分配只能使用专用软件。在进行分配之前，确信有足够多的存储器空间供梯形图使用。

习题4

4-1 为什么要在电源单元和供电单元之间接入1:1的隔离变压器？

4-2 若是PLC的电源电压为220～240V，该PLC允许的电压波动范围是多少？

4-3 PLC电源模块中输出的24V电源与电源模块提供给PLC其他模块的电源之间有何关系？该24V电源的电压范围是多少？输出电流是多少？

4-4 底板的0槽是在底板的左端还是右端？如何排序？

4-5 PLC控制系统的接地有哪些要求？

4-6 简述CPU的技术指标。

4-7 PLC的输入方式有哪几类？

4-8 PLC的输入/输出电路中，采用光电隔离的作用是什么？

4-9 图4-13中，当电源电压分别为3V DC、10.2V DC、12V DC、24V DC、26.4V DC时，计算输入电流是多少？

4-10 说明PLC输入和输出回路漏电流可能使PLC误动作的机理，并指出解决办法。

4-11 PLC输出电路有哪几种常见形式？

4-12 使用继电器输出单元时应该注意什么？

4-13 开启冲击电流对晶体管和晶闸管输出型PLC有什么危害，怎样解决？开启冲击电流对继电器输出型PLC有无危害？为什么？

4-14 图4-36所示的输入接线图中ID212单元能否正确动作？图4-36中电源电压为24V，导线电阻0.2Ω/m。

4-15 试叙述PLC的安装环境。

4-16 I/O通道号是如何规定的？I/O继电器的地址是如何确定的？

4-17 什么是输入位、输出位和工作位？

4-18 输入位00412对应的外部输入应接在输入模块的哪个输入端上？该模块应该安装在哪个底板的哪个通道上？

4-19 特殊I/O单元与机架槽位置之间是什么关系？

4-20 PLC通过什么方式显示CPU后备电池电压过低？

4-21 PLC中有几种算术标志？它们位于哪个继电器区域？地址是哪个字、哪个位？

4-22 内部数据区是如何划分的？其地址范围如何确定？哪些数据区可以位寻址？哪些数据区只能以通道为单位寻址？

4-23 数据存储区DM的哪些区域可读可写？哪些区域只能读取数据？

4-24 时钟脉冲位有哪些？

4-25 试写出PLC中的实时时间的地址。

4-26 哪个继电器区域可以在PLC断电后保持数据不丢失？