淺談PLC中定時器的用法及其精度的影響

摘要：一些相對較復雜的控制任務如果由繼電器電路來實現會比較困難，但是如果用PLC來代替相應的繼電器電路的話就簡單方便很多，而且穩定性也將得到大大提高，尤其是有關定時的問題。文章對PLC中定時器的用法及其精度的影響進行了分析。

關鍵詞：PLC；定時器；線圈觸點指令位置；定時精確度；繼電器電路 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP391 文章編號：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80年代以來，PLC在工業控制系統中的應用日漸普遍，尤其我國得到廣泛的應用領域是在大、中型企業的產品的生產線上。近幾年來，在我國產品生產過程中，繼電器這種傳統的控制方式已經基本被淘汰掉了，而微控制器數字控制系統和PLC控制系統則被廣泛使用。這兩種控制系統相比較下，PLC被廣泛地應用于工業控制系統中，原因就是它具有設計和調試周期比較短、編程相對較簡單、維護容易、抗干擾的性能較強和可靠性能較高等優點。

2 定時器的概況

2.1 PLC中定時器的分類

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

2.2 定時器的工作過程

可編程控制器中的定時器是對機器內部不同規格的時鐘脈沖來計數定時的。每個定時器都占有三個寄存器：一個是自己的編號所占的寄存器，另外還有兩個寄存器分別是設定值的寄存器和當前值的寄存器。其中當前值的寄存器是對機內相應的脈沖進行計數的。定時設定值就放在設定值寄存器里面，設定數值可以在數據寄存器（D）中進行間接賦值或直接用十進制常數（K）來表示。不管哪種寄存器都是16位二進制的存儲器，定時器的最大計時范圍就是寄存器的最大值再乘上該定時器的計時單位即可。如果滿足了某個定時器計時的條件時，則它的當前寄存器就要開始計時。只有它的當前值與其設定值寄存器里存放的設定值一樣時，定時器的常開或常閉觸點才開始動作，并且它的常開或常閉觸點在某個程序中是可以無限次被使用的。也就是說當定時器的線圈得電的時候，它的相對應的觸點并不會馬上動作，而是要等到它的定時時間到后才能動作，只要是定時器的定時條件消失，定時器會因為它的線圈沒電而被復位（而對于有掉電保持的定時器是除外的），當定時條件重新滿足時，定時器則會從零開始定時（有掉電保持的會從上次掉電時定的時間上進行累加）。

2.3 積算型定時器在使用過程中應注意的事項

所謂的積算型定時器就是如果計時條件或者PLC斷電的時候，它相應的觸點狀態和當前值寄存器的內容都能保持不變，也就說不會因為線圈失電而復位歸零。反而是如果再次上電或重新滿足了它的計時條件時都是可以再繼續“接力”計時的，所以稱它是“積算”型的定時器。積算型定時器中的當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位指令RST來掃除當前值寄存器的內容。如果想用數據寄存器里的內容作為設定值時，一般需要使用具有掉電保持功能的數據寄存器。

另外，定時器也是可以被作為數據寄存器來使用的，但此時就不再具備定時功能了。

3 與定時器定時精確度有關聯的因素

這里所說的定時器的定時時間精度是指從定時器線圈得電開始算時，一直到計時時間到達以后定時器的相應的觸點動作的這一段時間。而這段時間等同于定時器的設定時間加上PLC的掃描時間以及相關定時器的時間周期。其中，定時器的設定時間的單位是s，PLC的掃描周期的單位s，定時器的時間周期的單位也是s，1ms、10ms、100ms的定時器分別對應為0.001s、0.01s、0.1s。此外，1ms的定時器指令執行以后是以中斷的方式對1ms時鐘脈沖進行計數的。

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掃描式，而在每個掃描周期中又分為5個階段，這5個階段分別為內部的處理、通信的服務、輸入信號的刷新、程序的執行和輸出信號的刷新階段，而這5個階段的執行并不是同時進行的。一般來說，在這5個階段中最費時的要算執行程序指令的階段。程序指令的執行階段所需要的時間的多少與用戶程序的長短，所用到的指令的種類和所用的CPU的型號的執行速度有決定性的聯系，因此PLC這種循環掃描的工作方式所產生的掃描周期是定時器定時精確度的一大因素。

3.2 輸入輸出的滯后時間

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

此外定時器觸點在程序中的位置也是影響定時精度的有關因素之一。

3.3 定時器的線圈指令在觸點指令的前面的情況

第一種的極限情況：在PLC剛執行完“輸入刷新”階段后定時器的驅動信號（X0）剛好變為ON。因為PLC在每一個掃描周期中，對輸入信號只會掃描1次，所以在這個掃描周期中定時器的相關觸點是不能動作的，必須要等到下一個掃描過程中才能動作，這樣一來就有了一個掃描周期的時間誤差。第二種的極限情況：假如是在剛剛執行完了該定時器的線圈指令后，它的定時時間才能完成，那么也就是說定時時間是在執行完OUT T0指令后才到達。但是定時器的觸點要想動作的必要條件是在先到定時時間，然后再執行線圈指令，所以在本次的掃描過程中定時器的觸點是不會動作的，只能在下一個掃描周期中才能動作，可是此時已經經過了大約兩個掃描周期的時間。經過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，定時器的定時將會有3個掃描周期的時間誤差。而且如果此時再考慮到輸入輸出電路中的濾波的時間的話，那誤差就會更大了。

3.4 定時器的線圈指令在相應觸點指令之后的情況

根據上面的情況來分析：在極限情況下會產生1個掃描周期的誤差，但是如果定時器的相應的觸點指令是在其線圈指令之前，那么即便是在第2個掃描周期結束時Y0才可能有輸出的。這時因為梯形圖程序執行的順序為從左往右、自上而下的，所以只能再等一個掃描周期。這樣的話，定時器的定時的時間誤差就有3個掃描周期。所以在這種情況下，定時器的定時時間誤差會有4個掃描周期。這還沒有算上輸出輸入電路的濾波的時間。這樣的時間誤差在有些情況下是不能允許的，譬如要求的定時時間很短，只有十幾ms甚至更短。

3.5 定時器的觸點在程序中不同放置位置對精度影響

有這樣一個控制任務，其要求是當按下啟動按鈕之后，1號電磁閥的線圈就會立馬動作，5s后停止動作，同時2號電磁閥動作，并且1號電磁閥和2號電磁閥不能同時動作。在編程過程中如果不加注意的話就往往會設計成“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

現對程序一做如下的分析：在按下了啟動的按鈕后，1號電磁閥就會持續動作，定時器也開始了定時。由于PLC執行程序的順序為自上而下，并且定時器的觸點的動作的必要條件是在先到達定時時間，然后再執行其線圈的指令。故該定時器的常閉觸點并不能動作的。而在執行完定時器的線圈指令后，即使其常開觸點是閉合的，但是1號電磁閥的常閉觸點是斷開的，故1號電磁閥也不能得電。而到下一個掃描周期時，定時器的常閉觸點是斷開的，1號則為關閉狀態，同時定時器被復位。由于定時器此時已被復位，其常開觸點也不能動作，2號也為關閉。這時1號電磁閥和2號電磁閥都是斷電的狀態，這樣是不能完成1號電磁閥向2號電磁閥轉換的要求。如果現將“程序一”中定時器的常開觸點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號電磁閥向2號電磁閥的轉換的要求。通過以上的分析我們可看出：當定時器的觸點指令在程序中的位置不同，不僅是對精度有影響，還可能完成不了控制任務的

要求。

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作者簡介：甄天作，男，山東濟寧人，濟寧市技師學院助理講師，研究方向：自動化。

（責任編輯：黃銀芳）