PLC編程中構(gòu)造定時器的幾種方法

在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場控制中，PLC作為控制系統(tǒng)的重要組成部分，起著不可替代的作用?，F(xiàn)代PLC的功能不僅局限于簡單的邏輯運算，而且具備了定時、計數(shù)、數(shù)值計算、中斷處理、網(wǎng)絡(luò)配置等多種強大的功能，使之應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場時更能發(fā)揮其作用。作為PLC重要功能之一的定時，在PLC程序中，可以進行時序構(gòu)造、等待響應(yīng)、人為制造中斷、產(chǎn)生時間脈沖等多種應(yīng)用，是PLC編程中不可或缺的重要手段。在PLC編程中構(gòu)造定時器常用的方法是使用PLC內(nèi)部的計時器資源，另外還可以利用其掃描周期和周期性的中斷來構(gòu)造定時器，下面將以上三種方法進行介紹。 一． 計時器定時 這種方式是應(yīng)用最普遍也是最便捷的方式，廣泛地應(yīng)用于PLC程序之中。各種廠家及型號的PLC，在其軟件內(nèi)部都提供有限的計時器資源。當條件滿足時，計時器啟動，根據(jù)計時器的類型及所定時間的長度執(zhí)行。以SIEMENS公司的S7-400系列PLC為例，其提供的計時器（TIMER）資源類型有：S_ODT（導(dǎo)通延時）、S_ODTS（導(dǎo)通同步延時）、S_OFFDTS（關(guān)斷同步延時）、S_PULSE（脈沖延時）、S_PEXT（擴展脈沖延時）等五種。各種計時器都有自己不同的通斷特性，例如S_ODT(導(dǎo)通延時)的通斷特性如圖1所示。這五種計時器資源可以單獨 使用，也可以任意組合，滿足各種工程需要。這種計時器方式最大的特點是方法簡單、易于操作，但其也有一定的局限性，主要表現(xiàn)在占用過多的系統(tǒng)資源，并且各種PLC對計時器個數(shù)有一定限制，以S7-400系列PLC來說，允許系統(tǒng)使用的計時器為512個。所以在一些大型的項目中，會出現(xiàn)不夠用的情況；即使夠用，也會因為占用過多資源而使掃描周期變長，對于精度要求比較高的系統(tǒng)，會有一定影響。 二． 掃描周期累加編程定時 所周知，PLC執(zhí)行程序的工作方式就是掃描，而CPU對所有程序的一個遍歷所經(jīng)過的時間就是一個掃描周期。對于PLC來說，每個掃描周期會因為程序長度、程序中信號和中斷的不同而不同。雖然這樣，但掃描周期畢竟還是和CPU內(nèi)部時鐘保持一定的統(tǒng)一性，是內(nèi)部時鐘外在的一種時間反應(yīng)。現(xiàn)代工業(yè)越來越智能化的今天，掃描周期不再只是一項內(nèi)部指標，更多的PLC已經(jīng)將其作為一項基本的參數(shù)，提供給用戶使用。所以我們可以建立一種構(gòu)造定時的思路：將掃描周期累加起來，如果達到我們需要定時的長度，就產(chǎn)生中斷，執(zhí)行我們需要的步驟。 還是以S7-400系列PLC為例，在軟件編制過程中，OB1（Program Cycle Organization Block）是一個基本的程序模塊，它是CPU掃描的主程序，其它程序被它調(diào)用。OB1有一個模塊內(nèi)的變量表，變量表中有一個臨時變量（temp）為：OB1_PREV_CYCLE，它里面所放的數(shù)據(jù)為前一次掃描周期的毫秒（ms）數(shù)，是整型（Integer）數(shù)據(jù)。因為是臨時變量，所以每個掃描周期內(nèi)存放的數(shù)據(jù)都在變化。因為OB1的變量表中沒有靜態(tài)變量類型，所以不能直接在OB1中直接進行累加，我們可以借助一個具有靜態(tài)變量的FB（Function Block）程序模塊來編制累加程序，在OB1中調(diào)用FB，并通過接口將OB_PREV_CYCLE做為IN參數(shù)輸入給FB，其OB1程序執(zhí)行如圖2。在FB中，如果以100ms為一個單位，從接口中讀取OB1提供的前一個掃描周期的數(shù)值參數(shù)OB1_PREV_CYCLE,將其 賦值給FB自身的IN參數(shù)，并進行累加，再通過一些中間量的轉(zhuǎn)換、計算，輸出以100ms為一個單位的單位個數(shù)做為OUT接口，供其它程序使用。其程序流程圖及I/O參數(shù)如圖3所示。為了方便其它程序更多地調(diào)用此項功能，以及實現(xiàn)多種延時方式（如ON延時、OFF延時、PULSE延時等），可以再做一些FC（Function）。選擇ON延時為例，用戶使能后，將FB輸出接口中的參數(shù)值保存起來做為初值，在后續(xù)的掃描過程中，將當前值與初值相減計算出差值，最后將用戶設(shè)置的定時數(shù)與差值進行比較，滿足條件即可執(zhí)行用戶命令。如果仍以100msec為定時單位，其程序流程圖如圖4所示。 在使用中，用戶可以直接調(diào)用FC塊，填入相應(yīng)的參數(shù)。FC的I/O接口參數(shù) 表1 FC的I/O接口參數(shù) 如表1所示（如果用戶需要使用OFF延時，或者PULSE延時，用戶可以根據(jù)要求自行編制相應(yīng)程序，這里只給出ON延時示例）。 這一種實現(xiàn)定時功能的方式，沒有直接的功能可以用，需要用戶自行編程實現(xiàn)。雖然較上一種方式復(fù)雜，但對于一個大的工程來說，理論上可以無限次的調(diào)用，并且由于程序并不復(fù)雜，不會占用系統(tǒng)過多資源，使系統(tǒng)的掃描更加迅速。 三．周期中斷累加定時 中斷是指CPU在執(zhí)行掃描程序時，滿足了某種條件或發(fā)生了某種事件，而暫停掃描的順序，執(zhí)行該條件或事件的相關(guān)程序的一個過程。在PLC中，中斷的類型多種多樣，有用戶為程序執(zhí)行設(shè)置的中斷，有CPU為響應(yīng)外部輸入輸出設(shè)備產(chǎn)生的中斷，有系統(tǒng)運行到達某一時刻點產(chǎn)生的中斷，也有系統(tǒng)周期性的中斷等等。對于PLC中時間周期性的中斷，就可以利用其時間的周期性來制造定時功能。 同樣，以S7-400系列PLC為例，系統(tǒng)為用戶提供了從OB30到OB38等9種時間周期中斷，這些周期中斷OB塊不受掃描周期的約束和影響，只按照各自 同樣，以S7-400系列PLC為例，系統(tǒng)為用戶提供了從OB30到OB38等9種時間周期中斷，這些周期中斷OB塊不受掃描周期的約束和影響，只按照各自 的周期時間屬性和優(yōu)先級，每一個周期掃描并執(zhí)行一遍其內(nèi)部的程序，其各自的中斷間隔時間和優(yōu)先級見表2。為了方便編程，用戶可以取10ms、100ms、1s為時間單位，使用OB38、OB35、OB32。這種定時的構(gòu)造方法的主要思想是，構(gòu)造一個FB塊在OB塊中調(diào)用，利用時間周期中斷OB塊的周期執(zhí)行性，每一個周期進行一次累加，累加值做為接口提供給構(gòu)造ON延時、OFF延時或者PULSE延時的FC塊使用。OB塊的執(zhí)行過程如圖5所示。 周期中斷FB塊的主要編程思想是：通過與OB塊的參數(shù)接口讀取OB_Number參數(shù)做為Flag，并對Flag做相應(yīng)的判斷（Flag=32？or Flag=35？or Flag=38？），如果條件滿足，則在相應(yīng)的條件下做累加運算，并通過自己的背景數(shù)據(jù)塊輸出Counter_1s、Counter_100ms、Counter_10ms等參數(shù)，供FC塊使用。FB塊分別在OB32、OB35、OB38中調(diào)用，接受它們提供的參數(shù)。FB塊的流程圖如圖6所示。 還有另一種方法是：FB只在OB38中調(diào)用，根據(jù)10ms、100ms、1s存在十進制倍數(shù)的關(guān)系，在FB中添加編程，對Counter_10ms進行除以10后取整或除以100取整，得到Counter_100ms和Counter_1s。 FC塊的構(gòu)造同上種方法基本一樣，接受了三個累加值之后，根據(jù)用戶需要編程實現(xiàn)選擇使用哪一種時間等級，其后步驟與上種方法相同，這里不再復(fù)述，也不給出流程圖了。 這種實現(xiàn)定時功能的方法具有上一種方法的全部優(yōu)點，并且較上一種方法更容易實現(xiàn)，編程更為簡單，不用累加后取整。但并不是所有的PLC都提供周期中斷供用戶使用，這跟各廠家產(chǎn)品有關(guān)，一般情況下只有一些工程上使用的具有復(fù)雜控制功能的PLC會提供，而一些小型PLC供用戶使用的資源相對較少，不提供此項功能，因此這種方法使用上有一定的局限性。 四．總結(jié) 以上介紹了在PLC中實現(xiàn)定時功能的三種方法，用戶可以根據(jù)實際情況，具體、靈活地選擇應(yīng)用。以上的流程圖中也只給出了主要編程思路的框架，用戶可以根據(jù)自己的需要添加程序。PLC中實現(xiàn)定時的方法很多，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品所提供的功能，多角度分析看待問題，使其資源得到充分的利用。 參考文獻 《PLC原理及應(yīng)用》、《SIEMENS S7-300/400編程手冊》 《SIEMENS S7-300/400用戶手冊》