摘要：一些相對(duì)較復(fù)雜的控制任務(wù)如果由繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)會(huì)比較困難，但是如果用PLC來(lái)代替相應(yīng)的繼電器電路的話就簡(jiǎn)單方便很多，而且穩(wěn)定性也將得到大大提高，尤其是有關(guān)定時(shí)的問(wèn)題。文章對(duì)PLC中定時(shí)器的用法及其精度的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：PLC；定時(shí)器；線圈觸點(diǎn)指令位置；定時(shí)精確度；繼電器電路 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP391 文章編號(hào)：1009-2374（2016）06-0076-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.038

1 PLC概況

自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸普遍，尤其我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是在大、中型企業(yè)的產(chǎn)品的生產(chǎn)線上。近幾年來(lái)，在我國(guó)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，繼電器這種傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)基本被淘汰掉了，而微控制器數(shù)字控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)則被廣泛使用。這兩種控制系統(tǒng)相比較下，PLC被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，原因就是它具有設(shè)計(jì)和調(diào)試周期比較短、編程相對(duì)較簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、抗干擾的性能較強(qiáng)和可靠性能較高等優(yōu)點(diǎn)。

2 定時(shí)器的概況

2.1 PLC中定時(shí)器的分類

在傳統(tǒng)的繼電器電路中，時(shí)間繼電器的功能是延時(shí)控制，那么在PLC程序中我們可以用定時(shí)器來(lái)代替，同樣用于時(shí)間的控制。三菱FX2N系列的可編程控制器最多有256個(gè)定時(shí)器T可供使用，普通的定時(shí)器在這時(shí)就占用了246個(gè)（這其中又分有100ms和10ms兩大類，其中100ms的定時(shí)器從T0～T199共占用了200個(gè)，并且它們的定時(shí)范圍為0.1～3276.7s；10ms的定時(shí)器有46個(gè)，從T200～T245；積算型定時(shí)器10個(gè)（又分100ms和1ms兩類），積算型定時(shí)器定時(shí)單位為100ms的從T250～T255占用了6個(gè)，定時(shí)范圍為0.1～3276.7s；10ms的積算型的定時(shí)器則由4個(gè)，從T246～T249，而它們最小可定時(shí)0.01s，最大可定時(shí)327.67s。

2.2 定時(shí)器的工作過(guò)程

可編程控制器中的定時(shí)器是對(duì)機(jī)器內(nèi)部不同規(guī)格的時(shí)鐘脈沖來(lái)計(jì)數(shù)定時(shí)的。每個(gè)定時(shí)器都占有三個(gè)寄存器：一個(gè)是自己的編號(hào)所占的寄存器，另外還有兩個(gè)寄存器分別是設(shè)定值的寄存器和當(dāng)前值的寄存器。其中當(dāng)前值的寄存器是對(duì)機(jī)內(nèi)相應(yīng)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的。定時(shí)設(shè)定值就放在設(shè)定值寄存器里面，設(shè)定數(shù)值可以在數(shù)據(jù)寄存器（D）中進(jìn)行間接賦值或直接用十進(jìn)制常數(shù)（K）來(lái)表示。不管哪種寄存器都是16位二進(jìn)制的存儲(chǔ)器，定時(shí)器的最大計(jì)時(shí)范圍就是寄存器的最大值再乘上該定時(shí)器的計(jì)時(shí)單位即可。如果滿足了某個(gè)定時(shí)器計(jì)時(shí)的條件時(shí)，則它的當(dāng)前寄存器就要開始計(jì)時(shí)。只有它的當(dāng)前值與其設(shè)定值寄存器里存放的設(shè)定值一樣時(shí)，定時(shí)器的常開或常閉觸點(diǎn)才開始動(dòng)作，并且它的常開或常閉觸點(diǎn)在某個(gè)程序中是可以無(wú)限次被使用的。也就是說(shuō)當(dāng)定時(shí)器的線圈得電的時(shí)候，它的相對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)并不會(huì)馬上動(dòng)作，而是要等到它的定時(shí)時(shí)間到后才能動(dòng)作，只要是定時(shí)器的定時(shí)條件消失，定時(shí)器會(huì)因?yàn)樗木€圈沒電而被復(fù)位（而對(duì)于有掉電保持的定時(shí)器是除外的），當(dāng)定時(shí)條件重新滿足時(shí)，定時(shí)器則會(huì)從零開始定時(shí)（有掉電保持的會(huì)從上次掉電時(shí)定的時(shí)間上進(jìn)行累加）。

2.3 積算型定時(shí)器在使用過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

所謂的積算型定時(shí)器就是如果計(jì)時(shí)條件或者PLC斷電的時(shí)候，它相應(yīng)的觸點(diǎn)狀態(tài)和當(dāng)前值寄存器的內(nèi)容都能保持不變，也就說(shuō)不會(huì)因?yàn)榫€圈失電而復(fù)位歸零。反而是如果再次上電或重新滿足了它的計(jì)時(shí)條件時(shí)都是可以再繼續(xù)“接力”計(jì)時(shí)的，所以稱它是“積算”型的定時(shí)器。積算型定時(shí)器中的當(dāng)前值寄存器是具有接力記憶功能的，如果要想消除它這種接力的記憶功能，就必須在程序中使用特定的復(fù)位指令RST來(lái)掃除當(dāng)前值寄存器的內(nèi)容。如果想用數(shù)據(jù)寄存器里的內(nèi)容作為設(shè)定值時(shí)，一般需要使用具有掉電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器。

另外，定時(shí)器也是可以被作為數(shù)據(jù)寄存器來(lái)使用的，但此時(shí)就不再具備定時(shí)功能了。

3 與定時(shí)器定時(shí)精確度有關(guān)聯(lián)的因素

這里所說(shuō)的定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間精度是指從定時(shí)器線圈得電開始算時(shí)，一直到計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)以后定時(shí)器的相應(yīng)的觸點(diǎn)動(dòng)作的這一段時(shí)間。而這段時(shí)間等同于定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間加上PLC的掃描時(shí)間以及相關(guān)定時(shí)器的時(shí)間周期。其中，定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間的單位是s，PLC的掃描周期的單位s，定時(shí)器的時(shí)間周期的單位也是s，1ms、10ms、100ms的定時(shí)器分別對(duì)應(yīng)為0.001s、0.01s、0.1s。此外，1ms的定時(shí)器指令執(zhí)行以后是以中斷的方式對(duì)1ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的。

3.1 PLC的掃描周期

PLC的工作方式為自上而下從左到右循環(huán)掃描式，而在每個(gè)掃描周期中又分為5個(gè)階段，這5個(gè)階段分別為內(nèi)部的處理、通信的服務(wù)、輸入信號(hào)的刷新、程序的執(zhí)行和輸出信號(hào)的刷新階段，而這5個(gè)階段的執(zhí)行并不是同時(shí)進(jìn)行的。一般來(lái)說(shuō)，在這5個(gè)階段中最費(fèi)時(shí)的要算執(zhí)行程序指令的階段。程序指令的執(zhí)行階段所需要的時(shí)間的多少與用戶程序的長(zhǎng)短，所用到的指令的種類和所用的CPU的型號(hào)的執(zhí)行速度有決定性的聯(lián)系，因此PLC這種循環(huán)掃描的工作方式所產(chǎn)生的掃描周期是定時(shí)器定時(shí)精確度的一大因素。

3.2 輸入輸出的滯后時(shí)間

所謂的輸入輸出模塊的滯后時(shí)間是指以PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生了變化的時(shí)刻為起點(diǎn)，以該信號(hào)所控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生改變的時(shí)刻為終點(diǎn)，從起點(diǎn)到終點(diǎn)這段時(shí)間間隔，又常常被稱作是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。這段時(shí)間由以下兩部分組成：一是因工作方式為掃描方式所帶來(lái)的時(shí)間的滯后；二是輸入、輸出模塊的時(shí)間滯后。濾波時(shí)間常數(shù)的大小決定了輸入的濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，一般情況下為10ms左右。而輸出模塊的滯后時(shí)間則與輸出模塊中所用到的開關(guān)元件的類型有非常大的關(guān)系。假如是繼電器類型的輸出電路，那么輸出設(shè)備由導(dǎo)通到斷開的最長(zhǎng)時(shí)間可能有10ms；但如果是晶體管型的輸出電路的話，則輸出設(shè)備由導(dǎo)通到斷開的時(shí)間也就只有1ms左右。

此外定時(shí)器觸點(diǎn)在程序中的位置也是影響定時(shí)精度的有關(guān)因素之一。

3.3 定時(shí)器的線圈指令在觸點(diǎn)指令的前面的情況

第一種的極限情況：在PLC剛執(zhí)行完“輸入刷新”階段后定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)（X0）剛好變?yōu)镺N。因?yàn)镻LC在每一個(gè)掃描周期中，對(duì)輸入信號(hào)只會(huì)掃描1次，所以在這個(gè)掃描周期中定時(shí)器的相關(guān)觸點(diǎn)是不能動(dòng)作的，必須要等到下一個(gè)掃描過(guò)程中才能動(dòng)作，這樣一來(lái)就有了一個(gè)掃描周期的時(shí)間誤差。第二種的極限情況：假如是在剛剛執(zhí)行完了該定時(shí)器的線圈指令后，它的定時(shí)時(shí)間才能完成，那么也就是說(shuō)定時(shí)時(shí)間是在執(zhí)行完OUT T0指令后才到達(dá)。但是定時(shí)器的觸點(diǎn)要想動(dòng)作的必要條件是在先到定時(shí)時(shí)間，然后再執(zhí)行線圈指令，所以在本次的掃描過(guò)程中定時(shí)器的觸點(diǎn)是不會(huì)動(dòng)作的，只能在下一個(gè)掃描周期中才能動(dòng)作，可是此時(shí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了大約兩個(gè)掃描周期的時(shí)間。經(jīng)過(guò)上述兩種極限情況的分析我們可以看出：在最不理想的情況下，定時(shí)器的定時(shí)將會(huì)有3個(gè)掃描周期的時(shí)間誤差。而且如果此時(shí)再考慮到輸入輸出電路中的濾波的時(shí)間的話，那誤差就會(huì)更大了。

3.4 定時(shí)器的線圈指令在相應(yīng)觸點(diǎn)指令之后的情況

根據(jù)上面的情況來(lái)分析：在極限情況下會(huì)產(chǎn)生1個(gè)掃描周期的誤差，但是如果定時(shí)器的相應(yīng)的觸點(diǎn)指令是在其線圈指令之前，那么即便是在第2個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)Y0才可能有輸出的。這時(shí)因?yàn)樘菪螆D程序執(zhí)行的順序?yàn)閺淖笸摇⒆陨隙碌?，所以只能再等一個(gè)掃描周期。這樣的話，定時(shí)器的定時(shí)的時(shí)間誤差就有3個(gè)掃描周期。所以在這種情況下，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間誤差會(huì)有4個(gè)掃描周期。這還沒有算上輸出輸入電路的濾波的時(shí)間。這樣的時(shí)間誤差在有些情況下是不能允許的，譬如要求的定時(shí)時(shí)間很短，只有十幾ms甚至更短。

3.5 定時(shí)器的觸點(diǎn)在程序中不同放置位置對(duì)精度影響

有這樣一個(gè)控制任務(wù)，其要求是當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕之后，1號(hào)電磁閥的線圈就會(huì)立馬動(dòng)作，5s后停止動(dòng)作，同時(shí)2號(hào)電磁閥動(dòng)作，并且1號(hào)電磁閥和2號(hào)電磁閥不能同時(shí)動(dòng)作。在編程過(guò)程中如果不加注意的話就往往會(huì)設(shè)計(jì)成“程序一”：

表1

程序一 程序二

LD X000 OUT T0 K50 LD X000 OUT Y000

OR Y000 LD T0 OR Y000 LD T0

ANI X001 OR Y001 ANI X001 OR Y001

ANI T0 ANI X001 ANI Y001 ANI X001

ANI Y001 ANI Y001 OUT T0 K50 ANI Y001

OUT Y000 OUT Y001 ANI T0 OUT Y001

現(xiàn)對(duì)程序一做如下的分析：在按下了啟動(dòng)的按鈕后，1號(hào)電磁閥就會(huì)持續(xù)動(dòng)作，定時(shí)器也開始了定時(shí)。由于PLC執(zhí)行程序的順序?yàn)樽陨隙?，并且定時(shí)器的觸點(diǎn)的動(dòng)作的必要條件是在先到達(dá)定時(shí)時(shí)間，然后再執(zhí)行其線圈的指令。故該定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)并不能動(dòng)作的。而在執(zhí)行完定時(shí)器的線圈指令后，即使其常開觸點(diǎn)是閉合的，但是1號(hào)電磁閥的常閉觸點(diǎn)是斷開的，故1號(hào)電磁閥也不能得電。而到下一個(gè)掃描周期時(shí)，定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)是斷開的，1號(hào)則為關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器被復(fù)位。由于定時(shí)器此時(shí)已被復(fù)位，其常開觸點(diǎn)也不能動(dòng)作，2號(hào)也為關(guān)閉。這時(shí)1號(hào)電磁閥和2號(hào)電磁閥都是斷電的狀態(tài)，這樣是不能完成1號(hào)電磁閥向2號(hào)電磁閥轉(zhuǎn)換的要求。如果現(xiàn)將“程序一”中定時(shí)器的常開觸點(diǎn)的指令放在其線圈指令之后的話，就如“程序二”中所示，則即可完成1號(hào)電磁閥向2號(hào)電磁閥的轉(zhuǎn)換的要求。通過(guò)以上的分析我們可看出：當(dāng)定時(shí)器的觸點(diǎn)指令在程序中的位置不同，不僅是對(duì)精度有影響，還可能完成不了控制任務(wù)的

要求。

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作者簡(jiǎn)介：甄天作，男，山東濟(jì)寧人，濟(jì)寧市技師學(xué)院助理講師，研究方向：自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）