浅谈PLC中定时器的用法及其精度的影响

摘要：一些相对较复杂的控制任务如果由继电器电路来实现会比较困难，但是如果用PLC来代替相应的继电器电路的话就简单方便很多，而且稳定性也将得到大大提高，尤其是有关定时的问题。文章对PLC中定时器的用法及其精度的影响进行了分析。

关键词：PLC；定时器；线圈触点指令位置；定时精确度；继电器电路 文献标识码：A

中图分类号：TP391 文章编号：1009-2374（2016）06-0076-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.038

1 PLC概况

自从20世纪80年代以来，PLC在工业控制系统中的应用日渐普遍，尤其我国得到广泛的应用领域是在大、中型企业的产品的生产线上。近几年来，在我国产品生产过程中，继电器这种传统的控制方式已经基本被淘汰掉了，而微控制器数字控制系统和PLC控制系统则被广泛使用。这两种控制系统相比较下，PLC被广泛地应用于工业控制系统中，原因就是它具有设计和调试周期比较短、编程相对较简单、维护容易、抗干扰的性能较强和可靠性能较高等优点。

2 定时器的概况

2.1 PLC中定时器的分类

在传统的继电器电路中，时间继电器的功能是延时控制，那么在PLC程序中我们可以用定时器来代替，同样用于时间的控制。三菱FX2N系列的可编程控制器最多有256个定时器T可供使用，普通的定时器在这时就占用了246个（这其中又分有100ms和10ms两大类，其中100ms的定时器从T0～T199共占用了200个，并且它们的定时范围为0.1～3276.7s；10ms的定时器有46个，从T200～T245；积算型定时器10个（又分100ms和1ms两类），积算型定时器定时单位为100ms的从T250～T255占用了6个，定时范围为0.1～3276.7s；10ms的积算型的定时器则由4个，从T246～T249，而它们最小可定时0.01s，最大可定时327.67s。

2.2 定时器的工作过程

可编程控制器中的定时器是对机器内部不同规格的时钟脉冲来计数定时的。每个定时器都占有三个寄存器：一个是自己的编号所占的寄存器，另外还有两个寄存器分别是设定值的寄存器和当前值的寄存器。其中当前值的寄存器是对机内相应的脉冲进行计数的。定时设定值就放在设定值寄存器里面，设定数值可以在数据寄存器（D）中进行间接赋值或直接用十进制常数（K）来表示。不管哪种寄存器都是16位二进制的存储器，定时器的最大计时范围就是寄存器的最大值再乘上该定时器的计时单位即可。如果满足了某个定时器计时的条件时，则它的当前寄存器就要开始计时。只有它的当前值与其设定值寄存器里存放的设定值一样时，定时器的常开或常闭触点才开始动作，并且它的常开或常闭触点在某个程序中是可以无限次被使用的。也就是说当定时器的线圈得电的时候，它的相对应的触点并不会马上动作，而是要等到它的定时时间到后才能动作，只要是定时器的定时条件消失，定时器会因为它的线圈没电而被复位（而对于有掉电保持的定时器是除外的），当定时条件重新满足时，定时器则会从零开始定时（有掉电保持的会从上次掉电时定的时间上进行累加）。

2.3 积算型定时器在使用过程中应注意的事项

所谓的积算型定时器就是如果计时条件或者PLC断电的时候，它相应的触点状态和当前值寄存器的内容都能保持不变，也就说不会因为线圈失电而复位归零。反而是如果再次上电或重新满足了它的计时条件时都是可以再继续“接力”计时的，所以称它是“积算”型的定时器。积算型定时器中的当前值寄存器是具有接力记忆功能的，如果要想消除它这种接力的记忆功能，就必须在程序中使用特定的复位指令RST来扫除当前值寄存器的内容。如果想用数据寄存器里的内容作为设定值时，一般需要使用具有掉电保持功能的数据寄存器。

另外，定时器也是可以被作为数据寄存器来使用的，但此时就不再具备定时功能了。

3 与定时器定时精确度有关联的因素

这里所说的定时器的定时时间精度是指从定时器线圈得电开始算时，一直到计时时间到达以后定时器的相应的触点动作的这一段时间。而这段时间等同于定时器的设定时间加上PLC的扫描时间以及相关定时器的时间周期。其中，定时器的设定时间的单位是s，PLC的扫描周期的单位s，定时器的时间周期的单位也是s，1ms、10ms、100ms的定时器分别对应为0.001s、0.01s、0.1s。此外，1ms的定时器指令执行以后是以中断的方式对1ms时钟脉冲进行计数的。

3.1 PLC的扫描周期

PLC的工作方式为自上而下从左到右循环扫描式，而在每个扫描周期中又分为5个阶段，这5个阶段分别为内部的处理、通信的服务、输入信号的刷新、程序的执行和输出信号的刷新阶段，而这5个阶段的执行并不是同时进行的。一般来说，在这5个阶段中最费时的要算执行程序指令的阶段。程序指令的执行阶段所需要的时间的多少与用户程序的长短，所用到的指令的种类和所用的CPU的型号的执行速度有决定性的联系，因此PLC这种循环扫描的工作方式所产生的扫描周期是定时器定时精确度的一大因素。

3.2 输入输出的滞后时间

所谓的输入输出模块的滞后时间是指以PLC的外部输入信号发生了变化的时刻为起点，以该信号所控制的有关外部输出信号发生改变的时刻为终点，从起点到终点这段时间间隔，又常常被称作是系统的响应时间。这段时间由以下两部分组成：一是因工作方式为扫描方式所带来的时间的滞后；二是输入、输出模块的时间滞后。滤波时间常数的大小决定了输入的滤波时间的长短，一般情况下为10ms左右。而输出模块的滞后时间则与输出模块中所用到的开关元件的类型有非常大的关系。假如是继电器类型的输出电路，那么输出设备由导通到断开的最长时间可能有10ms；但如果是晶体管型的输出电路的话，则输出设备由导通到断开的时间也就只有1ms左右。

此外定时器触点在程序中的位置也是影响定时精度的有关因素之一。

3.3 定时器的线圈指令在触点指令的前面的情况

第一种的极限情况：在PLC刚执行完“输入刷新”阶段后定时器的驱动信号（X0）刚好变为ON。因为PLC在每一个扫描周期中，对输入信号只会扫描1次，所以在这个扫描周期中定时器的相关触点是不能动作的，必须要等到下一个扫描过程中才能动作，这样一来就有了一个扫描周期的时间误差。第二种的极限情况：假如是在刚刚执行完了该定时器的线圈指令后，它的定时时间才能完成，那么也就是说定时时间是在执行完OUT T0指令后才到达。但是定时器的触点要想动作的必要条件是在先到定时时间，然后再执行线圈指令，所以在本次的扫描过程中定时器的触点是不会动作的，只能在下一个扫描周期中才能动作，可是此时已经经过了大约两个扫描周期的时间。经过上述两种极限情况的分析我们可以看出：在最不理想的情况下，定时器的定时将会有3个扫描周期的时间误差。而且如果此时再考虑到输入输出电路中的滤波的时间的话，那误差就会更大了。

3.4 定时器的线圈指令在相应触点指令之后的情况

根据上面的情况来分析：在极限情况下会产生1个扫描周期的误差，但是如果定时器的相应的触点指令是在其线圈指令之前，那么即便是在第2个扫描周期结束时Y0才可能有输出的。这时因为梯形图程序执行的顺序为从左往右、自上而下的，所以只能再等一个扫描周期。这样的话，定时器的定时的时间误差就有3个扫描周期。所以在这种情况下，定时器的定时时间误差会有4个扫描周期。这还没有算上输出输入电路的滤波的时间。这样的时间误差在有些情况下是不能允许的，譬如要求的定时时间很短，只有十几ms甚至更短。

3.5 定时器的触点在程序中不同放置位置对精度影响

有这样一个控制任务，其要求是当按下启动按钮之后，1号电磁阀的线圈就会立马动作，5s后停止动作，同时2号电磁阀动作，并且1号电磁阀和2号电磁阀不能同时动作。在编程过程中如果不加注意的话就往往会设计成“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

现对程序一做如下的分析：在按下了启动的按钮后，1号电磁阀就会持续动作，定时器也开始了定时。由于PLC执行程序的顺序为自上而下，并且定时器的触点的动作的必要条件是在先到达定时时间，然后再执行其线圈的指令。故该定时器的常闭触点并不能动作的。而在执行完定时器的线圈指令后，即使其常开触点是闭合的，但是1号电磁阀的常闭触点是断开的，故1号电磁阀也不能得电。而到下一个扫描周期时，定时器的常闭触点是断开的，1号则为关闭状态，同时定时器被复位。由于定时器此时已被复位，其常开触点也不能动作，2号也为关闭。这时1号电磁阀和2号电磁阀都是断电的状态，这样是不能完成1号电磁阀向2号电磁阀转换的要求。如果现将“程序一”中定时器的常开触点的指令放在其线圈指令之后的话，就如“程序二”中所示，则即可完成1号电磁阀向2号电磁阀的转换的要求。通过以上的分析我们可看出：当定时器的触点指令在程序中的位置不同，不仅是对精度有影响，还可能完成不了控制任务的

要求。

参考文献

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作者简介：甄天作，男，山东济宁人，济宁市技师学院助理讲师，研究方向：自动化。

（责任编辑：黄银芳）