張艷珍

（洛陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471000）

0 引言

PLC中的定時(shí)器相當(dāng)于接觸器—繼電器控制線路中的時(shí)間繼電器，定時(shí)器的使用較為靈活方便，其控制精度更高。時(shí)間控制是PLC的一項(xiàng)重要功能。定時(shí)器的應(yīng)用在PLC編程中處于不可或缺的地位。FX系列PLC的定時(shí)器為定時(shí)接通定時(shí)器，即定時(shí)器線圈通電后，開始定時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，定時(shí)器的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；在定時(shí)器線圈斷電時(shí)，定時(shí)器的觸點(diǎn)瞬間復(fù)位，用定時(shí)器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行者，如三相異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)受到定時(shí)器控制，執(zhí)行定時(shí)接通與定時(shí)斷開動(dòng)作。

三菱FX2N系列PLC簡(jiǎn)單易懂，是一種在可編程序控制器教學(xué)中廣泛應(yīng)用的PLC[1]，根據(jù)定時(shí)器的工作原理可知，采用定時(shí)器的常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行者是定時(shí)接通控制，采用定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行者是定時(shí)斷開控制，定時(shí)接通與定時(shí)斷開控制是定時(shí)器的基本應(yīng)用。在工程實(shí)際中，應(yīng)用更多的是定時(shí)器的擴(kuò)展電路，即利用定時(shí)器可以組成多個(gè)典型的時(shí)序邏輯電路，包括定時(shí)擴(kuò)展電路、振蕩電路、自復(fù)位電路，這些典型電路是編寫復(fù)雜PLC控制程序的必備知識(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，是實(shí)現(xiàn)時(shí)序構(gòu)造、等待響應(yīng)、人為制造終端、產(chǎn)生時(shí)間脈沖的基礎(chǔ)[2]。

本文闡述的是典型電路對(duì)應(yīng)的定時(shí)器，即三菱FX2N系列PLC中的通用定時(shí)器，典型電路中觸發(fā)定時(shí)器線圈的觸點(diǎn)為長(zhǎng)動(dòng)按鈕，若為點(diǎn)動(dòng)按鈕，則需要采用輔助繼電器，以保障定時(shí)器線圈持續(xù)得電。

1 定時(shí)器長(zhǎng)定時(shí)擴(kuò)展電路

三菱FX2N系列PLC中，單個(gè)定時(shí)器的最大設(shè)定值是32 767，其最大分辨率為100 ms，最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為3 276.7 s，若生產(chǎn)實(shí)際中要求的定時(shí)時(shí)間大于此數(shù)據(jù)，則需要使用定時(shí)器的定時(shí)擴(kuò)展電路達(dá)到長(zhǎng)定時(shí)控制要求，可利用定時(shí)器與定時(shí)器串聯(lián)組合或者定時(shí)器和計(jì)數(shù)器組合實(shí)現(xiàn)[3]。此外，在PLC控制程序中，不僅是由上述兩組組合可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)擴(kuò)展，還可以根據(jù)時(shí)間控制要求，使用M8011～M8014特殊輔助繼電器與計(jì)數(shù)器組合實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)定時(shí)控制，此種方式擴(kuò)大定時(shí)時(shí)間的范圍有限，讀者可根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行選擇。

1.1 定時(shí)器與定時(shí)器組合

圖1所示的梯形圖中，X0常開觸點(diǎn)接通后，T0開始定時(shí)，達(dá)到3 000 s時(shí)T0的常開觸點(diǎn)接通，使T1開始定時(shí)；再經(jīng)過(guò)600 s后T1的常開觸點(diǎn)接通，使Y0接通。從X0接通到Y(jié)0接通總共經(jīng)過(guò)了3 600 s（1 h）的定時(shí)。

圖1 定時(shí)器定時(shí)擴(kuò)展電路

定時(shí)器的串聯(lián)組合即是先啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間達(dá)到以后，用第一個(gè)定時(shí)器的常開觸點(diǎn)控制第二個(gè)定時(shí)器[4]，如此下去，使用最后一個(gè)定時(shí)器的常開觸點(diǎn)去控制所要控制的對(duì)象。定時(shí)器串聯(lián)使用時(shí)，其總定時(shí)時(shí)間為各定時(shí)器常數(shù)設(shè)定值之和。N個(gè)定時(shí)器串級(jí)使用，其最長(zhǎng)時(shí)間為3 276.7N s[5]。讀者可根據(jù)實(shí)際工況，合理選取定時(shí)器的個(gè)數(shù)及定時(shí)設(shè)定值大小，實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定要求。

1.2 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器組合

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器串聯(lián)使用，可以擴(kuò)大定時(shí)器的計(jì)時(shí)范圍，如圖2所示。程序第一行采用了定時(shí)器自復(fù)位電路，每隔10 s（T0的設(shè)定值）發(fā)送1個(gè)脈沖信號(hào)給計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)1次，同時(shí)將T0自復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)10 s的定時(shí)。C1計(jì)滿360次（1 h）時(shí)，其常開觸點(diǎn)動(dòng)作將Y1接通。

圖2 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器串聯(lián)使用擴(kuò)大定時(shí)范圍

運(yùn)用定時(shí)器與計(jì)數(shù)器組合形成的長(zhǎng)定時(shí)電路，總定時(shí)時(shí)間的計(jì)算方法為定時(shí)器T的設(shè)定值乘以計(jì)數(shù)器C的設(shè)定值，再乘以定時(shí)器T對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖周期，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器定時(shí)范圍的擴(kuò)大[6]。需要注意的是，F(xiàn)X系列PLC單個(gè)計(jì)數(shù)器最大的計(jì)數(shù)范圍是32 767，若需要更大的計(jì)數(shù)范圍，也需進(jìn)行擴(kuò)展，計(jì)數(shù)器擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍的電路本文不再贅述。

以上是定時(shí)器的定時(shí)擴(kuò)展電路，可根據(jù)實(shí)際工程情況，合理選擇定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)及其設(shè)定值，最終完成與控制要求相符的PLC控制程序。

2 定時(shí)器振蕩電路

在PLC程序設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要一系列連續(xù)的脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖或其他作用。定時(shí)器振蕩電路的實(shí)質(zhì)是2個(gè)（或者多個(gè)）定時(shí)器交替定時(shí)形成振蕩。該電路在工程實(shí)際中在脈沖信號(hào)源或閃光報(bào)警電路等場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用。

圖3所示為定時(shí)器組成的振蕩電路及I/O波形圖。當(dāng)輸入繼電器X0接通時(shí)，定時(shí)器T0開始定時(shí)，經(jīng)定時(shí)后其常開觸點(diǎn)動(dòng)作使輸出繼電器Y0接通，同時(shí)T1開始定時(shí)；T1定時(shí)時(shí)間到了以后，其常閉觸點(diǎn)動(dòng)作切斷T0線圈，使T1和Y0都復(fù)位；在隨后的下一個(gè)掃描周期里，T1常閉觸點(diǎn)復(fù)位使T0線圈再次接通，進(jìn)入新一輪變化，依次重復(fù)下去，直至X0斷開使T0、T1及Y0全部斷開。

圖3 定時(shí)器振蕩電路一

程序中，當(dāng)輸入繼電器X0接通后，輸出繼電器Y0以1 s周期閃爍變化（如果Y0接一盞燈，則此燈滅0.5 s，亮0.5 s，交替進(jìn)行），波形如圖3（b）所示。改變T0、T1的設(shè)定值，可以調(diào)整Y0的輸出脈沖寬度。

負(fù)載Y0可以放在可以放在圖3（a）的位置，也可以放在前面與定時(shí)器T0形成連續(xù)輸出，如圖4（a）所示的程序中，Y0線圈之前要串聯(lián)T0的常閉觸點(diǎn)，待T0定時(shí)時(shí)間到了以后切斷Y0線圈，迫使Y0只接通0.5 s就斷開0.5 s，形成閃爍變化。

圖4 定時(shí)器振蕩電路二

根據(jù)實(shí)際工程需要，可改變對(duì)應(yīng)定時(shí)器的設(shè)定值，不僅可以實(shí)現(xiàn)周期可調(diào)的連續(xù)脈沖，還實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的連續(xù)脈沖。理解定時(shí)器振蕩電路時(shí)，需牢記閱讀PLC控制程序的兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：一是CPU掃描執(zhí)行程序的順序是從上到下，位于上面梯級(jí)的程序先執(zhí)行，下面梯級(jí)的程序后執(zhí)行；二是PLC的工作方式是周期性的循環(huán)掃描，CPU執(zhí)行程序一個(gè)掃描周期結(jié)束后再進(jìn)入下一個(gè)周期，直到PLC處于STOP狀態(tài)。

3 定時(shí)器自復(fù)位電路

定時(shí)器自復(fù)位電路用于循環(huán)定時(shí)[7]。圖5所示為通用定時(shí)器自復(fù)位電路。X0接通1 s時(shí)，T0常開觸點(diǎn)動(dòng)作使Y0接通；在隨后的第二個(gè)掃描周期，Y0的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作使T0線圈斷開，T0常開觸點(diǎn)立即復(fù)位斷開，Y0也斷開；在第三個(gè)掃描周期，Y0常閉觸點(diǎn)復(fù)位使T0線圈重新開始定時(shí)，重復(fù)前面的過(guò)程。

定時(shí)器的自復(fù)位電路要分析定時(shí)時(shí)間到了以后的前后3個(gè)掃描周期，才能真正理解其復(fù)位過(guò)程。在圖5（a）中，T0線圈的復(fù)位是依靠T0定時(shí)時(shí)間達(dá)到之后，其常開觸點(diǎn)動(dòng)作接通Y0，再由Y0的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作切斷T0線圈電路完成的，因此稱為定時(shí)器自復(fù)位電路。

圖5 定時(shí)器自復(fù)位電路一

將圖5中的Y0對(duì)應(yīng)的輸出端子接指示燈，理論上說(shuō)指示燈應(yīng)該是1 s閃亮一次。若X0為點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，由于Y0每次接通的時(shí)間只有一個(gè)掃描周期，調(diào)試程序時(shí)根本看不到燈泡閃亮的效果。若X0為長(zhǎng)動(dòng)開關(guān)，調(diào)試程序時(shí)可以看到燈泡閃亮的效果。

對(duì)于時(shí)鐘脈沖周期為100 ms的定時(shí)器，可以將圖5（a）中的Y0常閉觸點(diǎn)替換成T0常閉觸點(diǎn)，如圖6所示。但對(duì)于時(shí)鐘脈沖周期為1 ms和10 ms的定時(shí)器，因其定時(shí)精度很高，容易造成常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)，使循環(huán)定時(shí)不穩(wěn)定，因此不建議作這種替換。

圖6 定時(shí)器自復(fù)位電路二

4 結(jié)束語(yǔ)

利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)定時(shí)的擴(kuò)展電路有兩種，一種是定時(shí)器與定時(shí)器串聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為3 276.7N s，其中N為串聯(lián)定時(shí)器個(gè)數(shù)；另一種是定時(shí)器與計(jì)數(shù)器組合，總定時(shí)時(shí)間為定時(shí)器T的設(shè)定值乘以計(jì)數(shù)器C的設(shè)定值，再乘以定時(shí)器T對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖周期。

若需要實(shí)現(xiàn)連續(xù)脈沖信號(hào)，可以運(yùn)用定時(shí)器的振蕩電路，定時(shí)器振蕩電路是2個(gè)（或者多個(gè)）定時(shí)器交替定時(shí)形成振蕩，可改變對(duì)應(yīng)定時(shí)器的設(shè)定值，不僅可以實(shí)現(xiàn)周期可調(diào)的連續(xù)脈沖，還實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的連續(xù)脈沖。

工程實(shí)際中，可以采用定時(shí)器的自復(fù)位電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)定時(shí)。需要注意的是，對(duì)于時(shí)鐘脈沖周期為1 ms和10 ms的定時(shí)器，因其定時(shí)精度很高，容易造成常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)，使循環(huán)定時(shí)不穩(wěn)定，因此不建議用定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)復(fù)位自身，而用動(dòng)作執(zhí)行者線圈的常閉觸點(diǎn)復(fù)位定時(shí)器。靈活運(yùn)用定時(shí)器的定時(shí)擴(kuò)展電路、振蕩電路、自復(fù)位電路等典型時(shí)序邏輯電路，實(shí)現(xiàn)時(shí)序構(gòu)造、等待響應(yīng)、人為制造終端、產(chǎn)生時(shí)間脈沖，滿足工程實(shí)踐控制要求[8]。