游珍珍

?

西門子S7-200PLC定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用

游珍珍

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

文章闡述了西門子S7-200PLC的定時(shí)器指令的分類，著重闡述了通電延時(shí)型定時(shí)器TON和有記憶型的通電延時(shí)型定時(shí)器TONR的工作原理，介紹了幾種常見(jiàn)的定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，介紹了西門子S7-200PLC定時(shí)器在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。

西門子S7-200；PLC；定時(shí)器

1　引　言

可編程控制器（PLC）是應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大、使用方便的通用工業(yè)控制裝置，如果控制要求發(fā)生改變，PLC只需要通過(guò)修改程序即可實(shí)現(xiàn)控制要求[1]。因此，PLC問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速發(fā)展。西門子S7-200是一款小型的PLC，廣泛應(yīng)用于檢測(cè)及控制等自動(dòng)化領(lǐng)域。

西門子S7-200系列PLC通用性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域的自動(dòng)控制，因此在高校實(shí)踐教學(xué)中通常采用該型號(hào)PLC。定時(shí)器指令是S7-200系列PLC中非常重要的指令之一，定時(shí)器指令通過(guò)依靠PLC內(nèi)部的時(shí)鐘脈沖，可以完成各種定時(shí)控制，因此，想要用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，熟練掌握定時(shí)器的應(yīng)用是必不可少的。

2　定時(shí)器指令簡(jiǎn)介

2.1定時(shí)器的分類

PLC中的定時(shí)器與繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器功能類似，用于定時(shí)控制。定時(shí)器是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時(shí)值，按一定的時(shí)間單位（內(nèi)部時(shí)鐘1ms、10ms、100ms）進(jìn)行定時(shí)控制的PLC內(nèi)部裝置。每個(gè)定時(shí)器都有狀態(tài)位、當(dāng)前值以及定時(shí)設(shè)定值，當(dāng)當(dāng)前值達(dá)到定時(shí)設(shè)定值時(shí)狀態(tài)位置1，即定時(shí)器輸出為1。

西門子S7-200有3種定時(shí)器，它們的時(shí)基增量分別為1ms、10ms和100ms。時(shí)基增量又可以稱為定時(shí)精度。

西門子S7-200PLC內(nèi)部的定時(shí)器分為通電延時(shí)型(TON)定時(shí)器、斷電延時(shí)型(TOF)定時(shí)器和記憶型通電延時(shí)定時(shí)器(TONR)三種類型[2]。定時(shí)器的編號(hào)范圍為T0~T255，但是每一個(gè)編號(hào)與定時(shí)精度相聯(lián)系，不能隨便選取編號(hào)，而應(yīng)根據(jù)不同的定時(shí)精度去選取編號(hào)。定時(shí)設(shè)定值的最大值為32767，根據(jù)定時(shí)精度的不同，可以得到不同的最大定時(shí)時(shí)間，例如定時(shí)精度為0.1s的定時(shí)器最大定時(shí)時(shí)間為3276.7s，而定時(shí)精度為0.001s的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間只能達(dá)到32.767s，以TON型定時(shí)器為例，定時(shí)精度為0.1s的定時(shí)器的編號(hào)只能從T37-T63以及T101-T255之間選擇。TON和TOF是共用定時(shí)器編號(hào)，因此，在同一程序段中同一個(gè)編號(hào)不能同時(shí)給TON和TOF用。

2.2定時(shí)器工作原理

定時(shí)器是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時(shí)值，按一定的時(shí)間單位進(jìn)行計(jì)時(shí)的PLC內(nèi)部裝置，PLC運(yùn)行后，當(dāng)定時(shí)器的輸入條件為1，當(dāng)前值從0開(kāi)始增加[3]，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值到達(dá)定時(shí)設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器狀態(tài)位置1。

定時(shí)器的工作原理是：定時(shí)器輸入接通，當(dāng)前值就按照定時(shí)精度的頻率開(kāi)始往上計(jì)數(shù)，當(dāng)當(dāng)前值計(jì)數(shù)到預(yù)先設(shè)置的定時(shí)設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器的狀態(tài)位置1[4]。當(dāng)前值的最大值為32767，時(shí)基越大，定時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，但精度越差。

2.2.1TON指令工作原理。圖1是利用西門子S7-200PLC TON定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)控制輸出線圈Q0.0的梯形圖程序及其工作過(guò)程時(shí)序圖。在圖1的梯形圖中，當(dāng)定時(shí)器的輸入端I0.0為1，定時(shí)器T37開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開(kāi)始增加，當(dāng)當(dāng)前值達(dá)到定時(shí)設(shè)定值PT時(shí)，T37輸出為1，從而使Q0.0輸出為1，其后當(dāng)前值仍增加，最大可達(dá)到32767，但不影響定時(shí)器的輸出狀態(tài)。

當(dāng)使能輸入端I0.0斷開(kāi)，定時(shí)器不能工作，T37輸出也斷開(kāi)。若輸入持續(xù)接通時(shí)間沒(méi)有達(dá)到定時(shí)時(shí)間，T37輸出也立即斷開(kāi)，那么線圈Q0.0輸出也斷開(kāi)。

圖1.通電延時(shí)型定時(shí)器工作過(guò)程

2.2.2TONR指令工作原理。有記憶的通電延時(shí)型定時(shí)器TONR指令的程序及時(shí)序分析如圖2所示。當(dāng)定時(shí)器的輸入端接通，定時(shí)器就開(kāi)始延時(shí)，當(dāng)前值以0.01s的時(shí)間間隔開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)，當(dāng)前值大于或等于定時(shí)設(shè)定值（PT）時(shí)，T3狀態(tài)位置1。而使能端輸入端I0.0斷開(kāi)時(shí)，當(dāng)前值具有保持功能，當(dāng)輸入再接通時(shí)，當(dāng)前值從上次斷開(kāi)時(shí)的值再遞增計(jì)數(shù)。T3輸出為1后必須要采用復(fù)位指令對(duì)其復(fù)位才能使T3復(fù)位為0。

圖2.有記憶的通電延時(shí)型定時(shí)器工作過(guò)程

以上兩種定時(shí)器工作原理不同，因此應(yīng)用場(chǎng)合也不一樣，TON可以用于不連續(xù)的定時(shí)場(chǎng)合，TONR則可以用于需要累計(jì)定時(shí)的場(chǎng)合。

3　定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用電路舉例

延時(shí)控制是最常用的邏輯控制形式，因此定時(shí)器是PLC中最重要的器件之一。怎樣正確使用定時(shí)器成為學(xué)習(xí)PLC程序設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。

3.1一個(gè)機(jī)器掃描周期的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器

設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器掃描周期的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，需要充分利用定時(shí)器的工作原理，在定時(shí)器使用后如何對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位使定時(shí)器能夠重復(fù)使用，可以將輸出線圈的常閉觸點(diǎn)作為定時(shí)器的輸入端，當(dāng)定時(shí)器狀態(tài)位置1時(shí)，依靠本身的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)從而使定時(shí)器復(fù)位，并使定時(shí)器重新開(kāi)始定時(shí)，進(jìn)行循環(huán)工作。梯形圖如圖3所示，Q0.0在T37定時(shí)時(shí)間到時(shí)輸出為1，僅僅維持一個(gè)掃描周期，在下一掃描周期開(kāi)始時(shí)利用Q0.0的常閉觸點(diǎn)又將T37復(fù)位，從而使Q0.0輸出為0，這樣Q0.0輸出波形為每過(guò)T37的定時(shí)時(shí)間輸出一個(gè)掃描周期寬度的短暫的高電平的時(shí)鐘脈沖序列。

圖3.自復(fù)位定時(shí)器

圖4.閃爍電路及其工作過(guò)程

3.2閃爍電路

閃爍電路設(shè)計(jì)如圖4所示，圖4中I0.0接通后，T37輸入有效，T37開(kāi)始工作，定時(shí)時(shí)間2s到了之后，T37狀態(tài)位置1，使它的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從而驅(qū)動(dòng)輸出線圈點(diǎn)亮，同時(shí)啟動(dòng)T38工作。定時(shí)時(shí)間3s到了之后，T38狀態(tài)位置1，T38的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而使T37輸入斷開(kāi)，那么T37輸出也斷開(kāi)，從而驅(qū)動(dòng)輸出線圈熄滅。同時(shí)也使T38復(fù)位為0，又回到了沒(méi)有定時(shí)之前的狀態(tài)，T37又重新開(kāi)始定時(shí)，之后Q0.0的輸出波形周期性地呈現(xiàn)低電平和高電平[5]，直到I0.0斷開(kāi)，Q0.0線圈的高電平時(shí)間等于T38的定時(shí)時(shí)間3s，低電平時(shí)間等于T37的定時(shí)時(shí)間2s。

3.3 長(zhǎng)延時(shí)電路

由于單個(gè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度有限，若需要更長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間時(shí)，就需要使用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器擴(kuò)展應(yīng)用電路。圖5中第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的梯形圖程序是實(shí)現(xiàn)每過(guò)60sT37出現(xiàn)一個(gè)短暫（一個(gè)掃描周期寬度）的高電平，然后又復(fù)位為0，T37又開(kāi)始新一輪的延時(shí)，只要輸入持續(xù)接通，它就可以循環(huán)工作。當(dāng)T37輸出為1時(shí)給C4計(jì)數(shù)器計(jì)一個(gè)數(shù)，當(dāng)C4記數(shù)60個(gè)，即1小時(shí)后，C4輸出為1。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)控制要求修改定時(shí)設(shè)定值和計(jì)數(shù)設(shè)定值來(lái)滿足長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間。

當(dāng)然，除了采用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的組合設(shè)計(jì)長(zhǎng)延時(shí)電路之外，還可以采用多個(gè)定時(shí)器的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)電路，此時(shí)總的延時(shí)時(shí)間等于各個(gè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間之和。此外，還可以采用兩個(gè)計(jì)數(shù)器和特殊繼電器SM0.5來(lái)設(shè)計(jì)長(zhǎng)延時(shí)電路，本文不再一一列出。

圖5.長(zhǎng)延時(shí)梯形圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了西門子S7-200系列PLC定時(shí)器的分類，闡述了定時(shí)器的工作原理，重點(diǎn)介紹了通電延時(shí)型定時(shí)器TON的典型實(shí)際應(yīng)用電路。在PLC教學(xué)和實(shí)踐中，定時(shí)器的應(yīng)用十分廣泛，利用定時(shí)器能夠完成各種生產(chǎn)實(shí)踐中的延時(shí)控制，還可以利用定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖、任意占空比可調(diào)的閃爍電路，以及利用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)電路，可見(jiàn)，熟練掌握定時(shí)器的工作原理和典型應(yīng)用電路，能夠?yàn)榻窈驪LC編程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]楊少昆,周秀珍.西門子S7-200系列PLC定時(shí)器的復(fù)位可靠性分析[J].長(zhǎng)沙工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2013,(2):26-27.

[2]侯肖霞.關(guān)于利用PLC定時(shí)器和計(jì)數(shù)器進(jìn)行長(zhǎng)計(jì)時(shí)功能的探討[J].電氣技術(shù),2014,(2):105-107.

[3]李海波,徐瑾瑜.PLC應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目化教程(S7-200)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[4]吳國(guó)偉.S7-200PLC定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù), 2016,(5):165-167.

[5]廖常初.PLC應(yīng)用知識(shí)問(wèn)答(7) PLC程序設(shè)計(jì)中的定時(shí)問(wèn)題[J].電氣時(shí)代,2003,(10):98-100.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－08－05

永州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（永科發(fā)[2015]9號(hào)，No.2）；湖南科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目資助(電路與系統(tǒng))。

游珍珍（1983—），女，湖南永州人，湖南科技學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)镻LC在工業(yè)與農(nóng)業(yè)控制中的應(yīng)用。

TP311.1

A

1673-2219（2017）06-0028-02