摘要:针对在《可编程序控制器与应用》课程教学中所发现的定时器指令编程时出现计时不准等现象,以西门子S7―200系列PLC为例,结合PLC工作方式、定时器刷新方式和程序上机运行情况,对定时器的复位方式进行讨论分析,提出在编程时定时器应采用的合理的复位方式。
关键词:PLC;定时器;刷新;复位
中图分类号:G623 文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)02-0190-01
可编程序控制器将编程元件统一归为存储单元,定时器则是存储单元中的重要硬件编程元件之一,由集成电路构成,是累计时间增量的设备。自动控制的大部分领域都需要用定时器进行延时控制,灵活、合理地使用定时器则可以完成动作要求复杂的控制程序。
一、PLC工作方式及定时器动作特点
PLC在工作时采用循环扫描的工作方式,其工作流程如图1所示,扫描周期是PLC的重要参数之一,它反映PLC对输入信号的灵敏度或滞后程度,其典型值为1―100ms,通常工业控制要求PLC的扫描周期在6ms―30ms以下。其中指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系,当用户程序较长时,指令执行时间在扫描周期中将占有很大的比例。并且,
在PLC中,用户程序是按顺序存放的,在没有中断或跳转指令时,PLC从第一条指令开始顺序执行,直到程序结束后又返回到第一条指令,如此周而复始地不断循环执行程序,而且PLC在每次扫描中都将保存在输入和输出缓冲区的内容进行更新一次。
可编程控制系统中定时器的工作过程与继电接触控制系统中的时间继电器基本相同,都是从得到输入信号(即线圈通电或断电)开始,经过一定的延时后才输出信号(即延时触点状态变化)。定时器指令在编程时,用户需要提前输入时间预设值,当定时器的输入(即使能输入)条件满足时开始计时,当前值从0开始按一定的时间单位增加;当定时器的当前值与设定时间相等时,定时器位发生动作,此时该定时器对应的常开触点闭合,常闭触点断开,以实现各种定时逻辑控制工作。
在教学中发现,初学者在应用定时器指令编程时,往往会忽略了PLC扫描周期、定时器的分辨率、以及定时器在程序中的复位(重新启动)方式,主要考虑了控制时间的设置。致使定时器定时不准或误动作情况时有发生,严重影响了学员对程序的理解和运行结果的准确分析。
二、定时器的刷新方式
S7一200 系列 PLC的定时器有三种定时精度(即分辨率),分别为 lms、 10 ms、100ms。定时器的分辨率不同,在运行时当前值的刷新方式则不同,并且定时器的刷新方式与PLC的扫描周期及长短有关。
(一)1ms定时器的刷新方式。1ms定时器采用中断刷新方式。PLC上电后,由系统每隔 lms 刷新一次,与PLC的扫描周期和程序运行无关。当PLC的扫描周期大于1ms时,在一个扫描周期中内1ms定时器会被刷新多次,其当前值在一个扫描周期内会多次变化。所以1ms分辨率定时器的定时器位和当前值的更新与PLC的扫描周期不同步进行。
(二)10ms定时器的刷新方式。10ms分辨率的定时器由系统在每个扫描周期开始时被刷新一次,其定时器位和当前值在整个扫描周期内不变,并且在每个扫描周期开始时将一个扫描周期累计的时间间隔加到定时器当前值上。
(三)100ms定时器的刷新方式。100ms 定时器是在程序运行过程中,该定时器指令被执行时刷新,所以该定时器不能应用于一个扫描周期内被多次运行或不是每个扫描周期都运行的场合,否则会造成定时器定时不准的情况。为了使定时器正确地定时,要确保在一个扫描周期中只执行一次 100ms 定时器指令。
三、 定时器复位方式探讨
S7―200系列PLC提供了3种类型的定时器:接通延时定时器(TON)、断开延时定时器(TOF)和保持型接通延时定时器(TONR)。在此仅以接通延时定时器(TON)为例,对不同分辨率定时器的复位方式进行分析。
(一)1ms定时器指令应用。如图2所示,程序采用了1ms定时器T32,从理论上分析该程序的动作原理正确,并且符合编程规则。但是,通过实际运行发现T32定时器的计时不准确,当前值达不到设定值,并且与PT设定值的改变无关。若经过较长时间的运行观察,还可以看出T32定时器位的动作与设置的延时时间不符,导致了输出继电器Q0.0的动作没有规律。
图 2定时器的自身常闭触点作为使能输入
这是由于1ms定时器采用中断刷新方式,程序运行时系统每隔 lms 都要对定时器刷新一次,而且该定时器的定时器位和当前值的更新与PLC的扫描周期不同步。只有在该定时器的当前值与设定值相等时的那一次刷新,发生在定时器的常闭触点执行后到常开触点执行前的区间时, Q0.0才能产生宽度为一个扫描周期的脉冲,而这种可能性极小。若在执行其他指令时,定时时间到,1ms的定时刷新,使定时器输出状态位置位,常闭触点打开,当前值复位,定时器输出状态位立即复位,所以输出线圈Q0.0一般不会通电。
(二)10ms定时器指令应用。如图2所示,若程序中采用10ms定时器T33,从理论上分析该程序的动作原理正确,并且符合编程规则。但是实际运行结果也是错误的,因为10ms定时器在每个扫描周期开始时刷新当前值,其定时器位和当前值在整个扫描周期内不变。当计时时间到时,扫描周期开始时,定时器输出状态位置位,常闭触点断开,立即将定时器当前值清零,定时器输出状态位复位(为0)。这样输出线圈Q0.0不可能通电,因此也不会产生脉冲。
(三)100ms定时器指令应用。如图2所示,若程序采用100ms定时器T37,从理论上分析该程序的动作原理正确,并且符合编程规则。经过实际运行发现程序的功能正确。对于100ms定时器,在执行程序中的定时器指令时,当前值才被刷新,若该次刷新时当前值等于设定值,则定时器的常开触点闭合, Q0.0接通。在下一扫描周期时,定时器又被常闭触点复位,常开触点断开, Q0.0断开。由此产生宽度为一个扫描周期的脉冲。但是,当100ms定时器T37在同一程序中多次使用时,相当于该定时器在一个扫描周期内被多次运行,则会造成定时器定时不准的情况。
(四)指令种类对定时器复位方式的影响
(a) (b)
图3占空比可调的脉冲发生器
图3为占空比可调的脉冲发生器,程序使用了整数比较指令
。将定时器的当前值与预设值IN2进行比较,使定时器的状态为锯齿波,Q0.0输出矩形波。经过上机运行证明,当定时器分别使用1ms、10ms和100ms三种分辨率时,该程序的功能均能实现。说明当指令种类改变,则指令执行时间改变,致使PLC扫描周期发生改变。
经过大量程序的实际运行证明,在定时器的应用中,经常会遇到程序原理正确,但实际中定时器定时不准;程序内容相同,定时器的分辨率不同,有些运行正确,有些运行则是错误的;以及定时器的分辨率相同,定时器采用的复位方式不同时,有些程序运行正确,有些运行则是错误的等情况。所以我们在教学中,以及编写程序时,需要考虑定时器的复位方式,以保证所编程序的合理性、以及相应控制系统运行的准确和稳定。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 四、定时器复位方式选择
定时器的复位是其重新启动的先决条件,若要求定时器在程序中准确完成重复计时动作,就一定要设计好定时器的复位动作。由于不同分辨率的定时器在运行时当前值的刷新方式不同,所以在复位方式上也有很大的不同,就不能简单的使用定时器本身的常闭触点进行复位。
(一)采用输出继电器Q的常闭触点对定时器进行复位
图4输出线圈的常闭触点作为定时器使能输入
如图4所示,定时器T38为100ms分辨率,程序运行正常。当定时器Tn为1ms分辨率时,只要在该定时器的当前值与设定值相等时的那一次刷新时,该定时器位就可以置“1”,相应常开触点动作为“1”状态;输出继电器Q0.3位置“1”,相应常闭触点断开为“0”状态,同时将1ms定时器复位,程序可以正常运行。这样就不需要考虑如图2所示,刷新还要发生在定时器的常闭触点执行后到常开触点执行前的区间时的情况。
若定时器Tn为10ms分辨率时,10ms定时器是在每个扫描周期开始时刷新当前值,那么在每个扫描周期开始、同时该定时器的当前值与设定值相等时,该定时器被刷新,该定时器位就可以置“1”,相应常开触点动作,Q0.3常闭触点断开将10ms定时器复位。当程序重启动运行,该定时器重新定时,此程序也可以正常运行。
因此,采用输出继电器Q的常闭触点对定时器进行复位后,定时器的可靠性得到提高,保证了相应程序稳定运行。
(二)采用通用内部继电器M的常闭触点对定时器进行复位
在逻辑运算中,经常需要一些通用内部继电器(又辅助继电器),其功能与继电器控制线路中的中间继电器相同。借助于通用内部继电器的编程,可使输入输出之间建立复杂的逻辑关系和连锁关系,以满足不同的控制要求。
(a)
(b)
图5 辅助继电器的常闭触点作为定时器使能输入
( a )
( b )
图6相关定时器的常闭触点作为使能输入
如图5所示,采用通用内部继电器M0.0的常闭触点建立连锁关系,作为定时器的复位条件。图6为显示灯闪烁控制程序,采用第二个定时器的常闭触点建立连锁关系,作为第一个定时器的复位条件。它们的作用与图4中Q0.3常闭触点的作用相同,在此不再重复分析。
五、总结
通过分析,以及对相关程序进行上机运行,说明在应用定时器指令时,定时器的复位方式选择很重要,关系到程序运行的准确和稳定。因此,学员在编写用户程序时,对定时器在程序中的复位(重新启动)方式,都不可以简单的使用定时器本身的常闭触点直接进行复位。建议采用程序中具有联锁关系的输出继电器的常闭触点或通用内部继电器M的常闭触点对定时器进行复位,以保证定时器计时准确和程序稳定运行。
参考文献
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