1引言
可编程序控制器(以下简称PLC)自1969年诞生至今，凭借其优越的性能在世界范围内迅速得到推广应用，成为工业控制领域的通用自动控制装置，被誉为工业自动化的三大支柱之首[1]。PLC作为传统的继电器接触器控制系统的替代物，在自动控制领域占有极其重要的地位。下面对PLC中的软元件进行分析。
2PLC中软元件的作用
PLC控制系统是依靠程序进行控制的系统。PLC最常用的程序语言是梯形图。梯形图就是将各种软元件通过图线连接而成的线路图。这些软元件包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。由于程序是装在PLC内的存储器中看不见、摸不着的东西，我们可以想象在PLC内有很多软元件,这些软元件与硬元件具有相似的结构和作用原理，我们可以按照对硬元件的理解和分析方法来学习软元件。可以认为软元件中的继电器、定时器、计数器也是由线圈和常开常闭触头组成，线圈为驱动元件，触头为从动元件。这里需要说明的是，PLC中软元件的实质是PLC存储器中的某一位或某一存储单元。用某一位的“0”或“1”表示线圈的“得电”和“失电”两种状态。PLC中的这些存储单元之所以称之为软元件，一是因为与硬元件相比，软元件看不见、摸不着；二是因为这些软元件的状态可用程序来指定[2]，而我们常将程序称为软件，所以可将梯形图程序中的元件称为软元件。软元件在程序中的作用相当于传统的继电器接触器控制系统中的硬元件，是实现控制功能的基本单元。正确理解软元件的作用原理和使用方法是编制梯形图的基础。
3软元件分析
三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、F2、FX2、FX1、FX2C、FX0、FX0N、FX2N、FX2NC等系列。其中F系列已经停产，取而代之的是FX2系列机型，属于高性能叠装式机种，也是三菱公司的典型产品。20世纪90年代，三菱公司在FX系列PLC的基础上又推出了FX2N系列产品，该机型在运算速度，指令数量及通讯能力方面有了较大的进步，是一种小型化、高速度、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLC。
三菱公司的FX2N系列PLC软组件有输入继电器[X]、输出继电器[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]八大类。下面以日本三菱公司的FX2N系列PLC为例具体说明各类常用软元件。
3.1输入输出继电器
输入输出继电器的地址号是基本单元的固有地址号和扩展单元分配的地址号，为八进制编号。
输入继电器是PLC接收外部开关信号的端口，与内部输入继电器之间是采用光电绝缘电子继电器连接的，有无数常开、常闭触点，可以无限次使用，但是输入继电器不能用程序来驱动。
输出继电器是PLC向外部负载发送信号的端口，与内部输出继电器连接，输出继电器也有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用。
PLC的存储器分为两种,一种为系统程序存储器，这种存储器专门用于存放生产厂家或软件开发商为特定的产品开发的用以支持PLC各项工作的系统程序，这种程序用户不能改动,所以厂家在产品出厂时将系统程序固化到了只读存储器ROM中。另一种存储器是用户可以改写的存储器,用以存放用户程序和数据，分别叫用户程序存储器和数据存储器。一般将用户程序存放在EPROM或EEPROM中。数据存储器为随机存储器RAM，用以存放一些程序运行的中间结果、软元件的状态、定时器和计数器的当前值等等。这里需要指出，在RAM中划分为两部分区域：一部分区域为失电保持区，一部分为失电复位区。失电保持区各位的状态在PLC停电后将保持失电前的状态，而失电复位区各位的状态在PLC停电后将复位为0。这是因为失电保持区在PLC停电后将继续由备用锂电池供电以保持其失电前的状态。
3.2辅助继电器
辅助继电器也是存储器RAM的某一区域中的某些特定位。它是按十进制编号的，分为通用辅助继电器、掉电保持辅助继电器和特殊辅助继电器三种。
(1)通用辅助继电器的作用与继电器电路中的中间继电器类似，可作为中间状态存储及信号变换。通用辅助继电器的线圈只能被PLC的各种软组件的触点驱动，它有无数的电子常开与常闭触点，在程序中可以无限次地使用，但是不能直接驱动外部负载，除此以外其他用法与输出继电器相同。
(2)掉电保持辅助继电器在PLC失电后利用内部的后备电池进行供电，将保持失电前的状态。通用辅助继电器与掉电保持辅助继电器的比例可以通过外部设备设定参数进行调整。
(3)特殊辅助继电器的每一个都有其特定的用途。在PLC内部有很多的特殊辅助继电器，按使用方法可以分为触点利用型和线圈驱动型两大类。触点利用型的线圈由PLC自行驱动，用户只能用其触点。这类特殊辅助继电器常以时基、状态标志或专用控制组件出现在程序中。线圈驱动型继电器用于用户驱动线圈后，PLC作特定的运动。
注意，用户不可以使用尚未定义的特殊辅助继电器。
3.3状态继电器
FX2N系列PLC共有1000多个状态继电器（也称状态软元件，简称状态），其分类、地址（十进制数编号及用途如附表所示）。
附表 FX2N状态继电器
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类别
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组件编号
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数量
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用途及特点
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普通用途①
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供初始状态用
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S0～S9
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10
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用于状态转移图(SFC)的初始状态
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供退回原点用
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S10～S19
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10
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在多运行模式控制中，用作返回原点的状态
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普通用途
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S20～S499
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480
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用于状态转移图(SFC)的中间状态
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停电保持用②
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S500～S899
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400
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用于来电后继续执行停电前状态的场合
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信号报警用③
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S900～S999
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100
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可作为报警组件使用
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注释：①非电池后备区域。利用参数设定，可变为后备(停电保持)区域。
②电池后备区域(停电保持)。利用参数设定，可变为非后备区域。
③电池后备区域(停电保持)固定。(以RST，ZRST指令可清除内容)
状态继电器与辅助继电器一样，有无数常开触电与常闭触电，在可编程控制器的程序内可任意使用，次数不限。和状态继电器是构成状态转移图(SFC)的基本要素。是对工序步进型控制进行简易编程的重要软元件，与步进梯形图(STL)指令组合使用。如果不作步进状态程序中组态软件，状态继电器可以在一般的顺序控制程序中作辅助继电器使用。
3.4定时器
定时器是通过对时钟脉冲对机内1ms，10ms，100ms等不同规格的时钟脉冲的累加来计时的。相当于传统的继电器接触器控制系统中的得电延时时间继电器,也有线圈和常开常闭触头。定时器除了占有自己的编号的存储器外，还占有一个设定值寄存器和当前值寄存器。设定值寄存器存放程序赋予的定时设定值，当前值寄存器记录计时的当前值。这些寄存器均为16位二进制存储器，这两个值的范围为0~32767，其最大值乘以定时器的计时单位即是定时器的最大计时范围值。当当前值和设定值相等时，定时器的触头动作。定时器有两种，一种为积算定时器，一种为非积算定时器。这两种定时器的区别在于当定时器的线圈或PLC的电源停电再来电时，积算定时器的当前值将接着失电前的值累积计时，而非积算定时器将从0重新开始计时，而且积算定时器在用之前要用复位指令RST进行复位。
3.5计数器
计数器也是由线圈和触头组成,和定时器相似，计数器也有当前值和设定值，计数器分为通用型和失电保持型两种。它们的区别是失电保持型在PLC停电后再来电，计数器的当前值接着失电前的值累计。与积算定时器不同的是，计数器所谓的停电不包括线圈的失电，因为计数器就是计线圈前触头的通断次数的。不管哪种计数器在使用时都需要与复位指令配合使用进行复位。
3.6数据寄存器
数据寄存器用字母D表示。它实质为RAM中的两个存贮单元构成的16位寄存器。数据寄存器用于存放16位二进制数据。它的编号就是它在RAM中的地址。可以存储运算的中间结果，也可以用来保存与工序或任务相关的其他数据，如模拟量控制、数据运算、设置参数等。
4软元件与硬元件的比较
软元件与硬元件在结构和作用原理上有很多相似之处，这为我们学习PLC提供了很多方便,但二者也有一定区别，在学习时可以通过比较加以掌握。
(1)软元件的触头有无穷多个。这是因为程序执行时，每遇到软元件的触头时都要去相应的存储地址处读线圈的状态，从而确定触头的状态，而读状态的次数是不受限制的，所以在设计程序时不必为了减少触头的个数而煞费苦心。
(2)在设计和阅读梯形图时，可以按照传统的继电器接触器电路图的方法来理解，将梯形图的左右母线看成控制电源线，之所以采用这种形式是沿用了传统的继电器接触器控制系统的表示方法，便于学习，但实际上在PLC内部并不是真的存在这样的电路，所以在设计梯形图时，不必考虑省电节能问题。
(3)PLC在执行程序时是按循环扫描的方式工作的。梯形图中，上边逻辑行中的软元件状态会影响下边程序执行的结果。所以在编制程序时，要考虑逻辑行的上下顺序问题。
(4)软元件的编号即为该软元件在RAM中的地址，同一种软元件由于编号范围不同，其性能会有所区别，如定时器前246个(T0~T245)为非积算定时器，后10个(T246~T255)为积算定时器。而且不同编号范围的时钟脉冲周期会有区别,因此在使用软元件时要注意它们的编号所处的范围。
作者简介
李会娟（1978-）女副教授，就职于青海大学化工机械系自动化教研室；青海师范大学物理系计算机应用技术专业在职研究生在读，正在攻读学位：计算机应用技术硕士学位，已获双学士学位(工学学士学位、经济学学士学位)，清华大学企业管理研究生进修班结业。
参考文献
[1]常斗南．可编程序控制器原理、应用、实验[M]．北京：机械工业出版社，2002．
[2]王国海．可编程序控制器及其应用[M]．北京：中国劳动和社会保障出版社，2001．
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