1、定时器在PLC中的应用题 目 : 定时器在PLC中的应用 系 别 机械系 专 业 机电一体化 班 级 61003 序 号 18 姓 名 王 鹏 学 号 指导教师 张国胜 2012年 10 月 论 文 摘 要定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。 可编程控制器中的定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲有 1ms、10ms、100ms等不同规格。（定时器的工作过程实际上是对时钟脉冲计数）因工作需要，定时器除了占有自己编号的存储器位外，还占有一个设定值
2、寄存器（字），一个当前值寄存器（字）。设定值寄存器（字）存储编程时赋值的计时时间设定值。当前值寄存器记录计时当前值。这些寄存器为16位二进制存储器。其最大值乘以定时器的计时单位值即是定时器的最大计时范围值。定时器满足计时条件开始计时，当前值寄存器则开始计数，当当前值与设定值相等时定时器动作，起常开触点接通，常闭触点断开，并通过程序作用于控制对象，达到时间控制的目的。定时器相当于继电器电路中的时间继电器，可在程序中作延时控制。 关键词:定时器 PLC 编程方法 继电器 定时器在在PLC可编程程序设计中的应用一、 定时器的介绍（一） 概述 定时器主要用于控制系统的延时操作, PLC 中的定时器类似
3、于继电接触器控制系统中的时间继电器, 由它们去完成各种各样的时间控制.它们虚拟的模拟电路，改变了原来只有继电器和接触器控制的状况，能更好的改变线路，适应不同要求的电路。在现代工业现场控制中, PLC作为控制系统的重要组成部分, 起着不可替代的用。现代PLC的功能不仅局限于简单的逻辑运算, 而且具备了定时、计数、数值计算、中断处理网络配置等多种强大的功能, 使之应用于工业现场时更能发挥其作用。作为PLC 重要功能之一的定时, 在PLC 程序中, 可以进行时序构造、等待响应、人为制造中断、产生时间脉冲等多种应用, 是PLC 编程中不可或缺的重要手段（二） 定时器的种类和扩展应用1 .定时器的种类定
4、时器分为通用定时器和积算定时器两类。通用定时器中，对于不同的PLC, 其定时方式可分为两种, 一种是增计数定时方式, 一种是减计数定时方式, 如三菱公司FX2 系列PLC, 其定时器采用增计数定时方式, 即在定时器线圈接通时, 寄存器当前值为0, 并从0 开始每隔单位设定时间当前值加1, 直到当前值与设定值相等, 定时器产生输出, 而OMRON 公司C 系列PLC 和松下电工的FP1 和FPM 系列PLC, 其定时器都是采用减计数定时方式, 即在定时器线圈接通时, 定时器寄存器当前值为设定值, 此时定时器从设定值开始每隔单位设定时间当前值减1,直到当前值减为0, 定时器产生输出, 其常开触点闭
5、合, 常闭触点断开. 2 .定时器的扩展应用 接通定时图1所示程序为接通延时控制程序, 其运行过程为: 定时输入触点X1闭合, 定时器T1开始定时, 经过10 s延时, T1的常开触点接通, 使输出继电器Y0线圈得电, Y0常开触点闭合。当X1复位, T1线圈断电, 其常开触点断开, 输出继电器Y0线圈断电, Y0常开触点断开。如果X1接通时间不够10 s, 则定时器T1和输出继电器Y0都不动作。由时序图可以看到从输入信号X1接通瞬间开始经过10 s延时, Y0才有信号输出, 所以成为接通定时型控制程序。图1 接通定时使用 限时控制程序PLC在使用过程中, 经常会用到把负载的工作时间限定在一定
6、时间内, 就要用到限时控制程序。限时控制程序在使用过程中又有最多限时时间(见图2)和最少限时时间(图3)两种情况。图2 最多限时时间控制程序图2所示为最多限时时间控制程序, 运行过程为:当启动定时信号X0接通后, 定时器T0和输出继电器Y0线圈得电, T0定时器开始定时, 经10 s延时, T0的常闭触点断开, Y0线圈失电, Y0常开触点由闭合恢复为断开。由时序图可看出, 该段程序的特点是, 若定时启动信号X0接通时间少于10 s ( T0的常数设定值决定) , 则输出继电器Y0接通时间与X0接通时间一样。当X0接通时间大于10 s。则Y0接通时间为10 s, Y0最长接通时间为10 s。在
7、程序设计中, 这类程序可将负载的工作时间限制在规定的时间内。图3 最少限时时间控制程序图3所示为最少限时时间控制程序, 运行过程为:当定时启动信号X1接通并且接通时间大于10 s时,定时器T1和输出继电器Y1线圈得电, Y1常开触点闭合自锁, T1开始定时, 经10 s延时, T1常闭触头断开,使Y1常开触点失去自锁作用。这样, 当X1触点断后, T1和Y1线圈随之失电, T1和Y1的触点复位。当X1接通时间小于10 s时, 因Y1常开触头闭合自锁,使T1和Y1线圈在X1常开触点断开后能继续得电,经过10 s延时, T1常闭触点才断开, T1和Y1线圈随之失电, T1和Y1触点复位。由时序图可
8、以看出这种限时控制程序的特点是: 当定时启动信号X1接通间小于10 s时, 则输出信号Y1接通时间保持10 s, 当X1接通时间大于10 s时, 则Y1接通时间与X1接通时间相同, 即输出信号Y1最少接通时间为10 s。在工程上采用这种程序, 可控制负载的最少工作时间。 定时器串级定时器定时时间的长短由常数设定值决定, FX系列PLC 定时器的常数设定值的取值范围为: 1 32767, 即最长的设定时间为t= 32 767 ! 0. 1= 3 276. 7 s,不到1 h, 如果需要设计定时时间为1 h或更长的定时器, 则可采用定时器串级使用的方法实现长时间延时。图4所示是定时时间为1 h 的
9、时间控制程序, 由图1( b)所示的时序图可以看到, 输入触点X1闭合后,经过1 h( 3 600 s)的延时, 输出信号Y1才接通, 从而实现了长时间定时。为实现这种功能, 采用两个定时器T0和T1串级使用。运行过程为: 输入触点X1闭合, 辅助继电器M 0线圈通电, M0 的常开触点闭合自锁。T0线圈通电并开始延时, 经1 800 s延时后, T0的常开触头闭合, 使T1线圈再通电并开始延时, 又经1800 s的延时后, T1的常开触头闭合, 输出继电器Y1的线圈接通。这样, 从输入触点X1接通, 到Y1产生输出信号, 其延时时间为1 800 s+ 1 800 s= 3 600 s= 1h
10、。定时器串级使用就是先启动一个定时器定时, 时间一到, 用第一个定时器的常开触点控制第二个定时定时, 如此下去, 使用最后一个定时器的常开触点去控制所要控制的对象。图4 定时器串级使用定时器串级使用时, 其总的控制时间为各个定时器常数设定值之和。N 个定时器串级使用, 其最长定时时间为3276. 7 !N ( s)。 断开延时控制程序PLC中定时器都是接通延时型的, 但在实际的电力拖动控制线路中常常用到断电延时型的控制, 所以断电延时型必须自己编写。图5所示为断电延时程序的梯形图和动作时序图, 程序的运行过程为: 当定时启动信号X0接通时,M 0线圈接通并自锁, 输出继电器Y0线圈接通, 这时
11、定时器T0因X0 常闭触点断开而没有定时。当启动信号X0断开时, X0的常闭触点恢复闭合, T0线圈得电, 开始延时。经10 s延时后, T0常闭触点断开, 使M 0复位。输出继电器Y0线圈失电, Y0常开触点断开, 从而实现从输入信号X0断开, 经10 s(定时器常数设定值决定) 延时后, 输出信号Y0 才断开的延时功能。图5 断电延时控制程序 连续脉冲程序 在PLC程序设计中, 也经常需要一系列连续的脉冲信号作为计数器的计数脉冲或其他作用, 常用的有脉冲宽度和脉冲周期不可调节的连续脉冲程序和脉冲周期可调的连续脉冲程序。 图6所示为脉冲宽度和脉冲周期不可调控制程序, 利用辅助继电器M 0产生
12、一个脉宽为一个扫描周期、脉冲周期为两个扫描周期的连续脉冲。梯形图是利用PLC的扫描工作方式来设计的。当X0常开触点闭合后, 第一次扫描到M 0常闭触点时, 它是闭合的,于是, M 0线圈得电。当第二次从头开始扫描, 扫描到M 0的常闭触点时, 因M 0线圈得电后其常闭触点已经断开, M 0线圈失电。这样, M 0线圈得电时间为一个扫描周期。M 0线圈不断连续地得电、失电, 其常开触点也随之不断连续地断开、闭合, 就产生了脉宽为一个描周期的连续脉冲信号输出。图6 脉冲周期不可调控制程序 图7所示为利用定时器T0产生一个周期可调的连续脉冲。当X0常开触点闭合后, 第一次扫描到T0常闭触点时, 它是
13、闭合的, 于是, T0线圈得电, 经过1 s的延时, T0常闭触点断开。T0常闭触点断开后的下一个扫描周期中, 当扫描到T0常闭触点后, 因它已断开,使T0线圈失电, T0常闭触点又随之恢复闭合。这样,在下一个扫描周期扫描到T0常闭触点时, 又使T0线圈得电, 重复以上动作, T0 的常开触点连续闭合、断开, 就产生了脉宽为一个扫描周期、脉冲周期为1 s的连续脉冲, 改变T0常数设定值, 就可改变脉冲周期。图7 脉冲周期可调控制程序 接通延时和断开延时控制程序图8所示是接通延时和断开延时程序的梯形图和动作时序图。程序运行过程是: 当启动信号X0接通时, M 0线圈接通但不能自锁, T0线圈得电
14、, 开始定时,由于接通时间不到10 s, X0即松开, 所以Y0不会工作。如果X0接通时间超过10 s, T0触点闭合, Y0工作。当启动信号X0断开时, X0的常闭触点恢复闭合,T1线圈得电, 开始定时, 超过10 s后, T1常闭触点断开, Y0停止工作。从而实现输入信号X0接通10 s(定时器常数设定值决定)Y0线圈工作, 输入信号X0断开10 s后Y0线圈才不工作的延时功图8 接通延时和断开延时控制程序二、定时器在在PLC可编程程序设计中的应用（一） 基本环节 定时器在顺序逻辑控制系统中有大量应用。本文以OMRON 公司产品为例, 说明定时器在可编程序控制器中的部分应用。定时器的一些基
15、本应用环节如图1 所示。图1a) 用于使触发信号保持设定时间; 图1b) 用一个定时器产生周期振荡输出;图1c) 用两个定时器产生不平衡周期振荡输出; 图1d) 用于设置定时器的设定时间。除了图1 所示的基本环节外, 定时器也可组成分频、延时脉冲等环节。本文仅以图1 的基本环节为例, 说明定时器在PLC 中的应用。（二） 液位控制 当液位控制精度要求不高时, 采用一个液位开关控制进料或出料的阀或泵 1 。控制系统设计原则如下:1) 当进料量大于出料量时, 应控制进料阀或进料泵的开停, 称为液位进料控制系统; 而当出料量大于进料量时, 控制出料阀或出料泵的开停, 称为液位出料控制系统。2) 当用
16、液位高限开关控制时, 液位高关进料阀或进料泵, 开出料阀或出料泵, 经一段时间延时后,恢复开进料阀或进料泵, 关出料阀或出料泵。这种控制系统称为液位高限开关控制系统。3) 当用液位低限开关控制时, 液位低开进料阀或进料泵, 关出料阀或出料泵, 经一段时间延时后,恢复关进料阀或进料泵, 开出料阀或出料泵。这种控制系统称为液位低限开关控制系统。图1 定时器基本环节4) 液位控制的精度与定时器的设定时间有关,缩短定时器的设定时间有利于提高液位控制的精度, 但阀门或泵的开闭频繁。假设某一阀开启, 而另一阀关闭时, 液位从高限降到低限( 出料阀开启)或液位从低限升到高限( 进料阀开启) 的时间为停留时间
17、, 则定时器的设定时间一般可取停留时间的80% 左右。下面说明用OMRON 公司的PLC 实现液位高限开关控制进料阀或液位低限开关控制出料阀的PLC 程序。设液位高限开关00001 在正常工况时触点闭合, 液位低限开关00002 在正常工况时触点断开, 进料阀和出料阀信号连接到01004 和01005。液位高限开关控制进料阀的PLC 程序如下。地址指令00000 LD 0000100001 OUT NOT 0100100002 TIM 000# 020000003 LD NOT 0000100004 LD TIM 00000005 KEEP( 11) 0030000006 LD 0030000
18、007 OUT NOT 0100400008 END( 01) 液位低限开关控制出料阀的PLC 程序如下。地址指令00000 LD NOT 0000200001 OUT NOT 0100200002 TIM 001# 020000003 LD 0000200004 LD TIM 00100005 KEEP( 11) 0030100006 LD 0030100007 OUT NOT 0100500008 END( 01) 为了说明采用常开和常闭触点时控制程序的区别, 在低限开关控制出料阀的程序中用了LNOT 及OUT NOT。在实际应用时, 这两个NOT
19、 操作码可同时取消。示例使用了图1a) 的延时特性。当液位控制精度要求较高时, 可以缩短定时器的间, 将高限或低限开关设置在所需液位的某一置。（三）时间比例控制1. 时间比例控制的方法 在一些批量精馏塔控制和pH 控制中, 常采用时间比例控制。图1c) 是实现固定占空比的时间比例控制算法PLC 程序。当定时器的设定由时间比例控制器输出控制时, 可采用图1d) 所示的设置定时器设定值程序。时间比例控制算法中的占空比有两类实施方法: 其一为固定总时间, 调整开和关时间比例的实施方法; 其二为采用固定开或关的时间, 调整关或开的时间, 来改变占空比的实施方法。前者采用两套图1d) 所示程序, 对两个
20、定时器分别设置时间, 而后者采用一套程序, 只对开或关定时器设置时间。2. 控制系统设计的注意事项 1) 精馏塔控制时, 可用两个定时器组成的不平衡周期振荡输出控制回流和出料阀, 也可分别设置两套控制系统进行控制。例如, 用灵敏塔板温度控制回流阀, 用冷凝器液位控制出料阀, 二者都采时间比例控制; 2) 可设计采用固定占空比的时间比例控制算法, 也可设计采用时间比例控制器输出控制设定时间的变占空比控制算法; 3) 缩短定时器的设定时间, 有利于提高控制精度, 但会缩短阀门的使用寿命。为此, 定时器的设定时间应合理选择, 在满足工艺生产控制精度要求的前提下, 应尽可能增大设定时间, 以减少阀门的
21、动作次数, 从而延长阀门的使用寿命; 4) 在有些控制系统中, 控制阀不允许全开或全关。例如, 在造纸生产过程中, 渣浆的排放阀不能全关, 当采用时间比例控制实施时, 可采用机械限位装置来限制排放阀的开度。(四) 信号报警系统中的应用 信号报警系统的设计在控制系统设计中占有很重要的位置。与信号灯闪烁的报警信号比较, 由于声音报警信号具有更强的报警功能, 因此对声音报警系统的设计应予以重视。改变声音频率的警方法用于对不同报警信号的识别已得到应用 3 。采用PLC 实现声音频率的改变, 可以采用图1b) 、c) 和d) 相结合的方法。当有声音与无声音的时间相同时, 可以用图1b) 和d) 的组合,
22、 当有声音与无声音的时间不相同时, 可以用图1c) 和d) 的组合。其中, 图1d) 用于不同报警信号的定时器设定时间设置。1. 信号报警系统的设计原则 1) 有利于操作人员对报警信号的识别, 有利于对第一事故原因的识别; 2) 占用的输入和输出通道应尽可能少, 有利于PLC 资源的合理使用。对于重要的报警信号, 采用不同频率的声音报警有利于对报警信号的识别。根据人耳对声音频率的识别, 当声音频率以指数形式增加时, 具有线性的识别, 因此对声音频率的变化可设计成指数变化。由于人耳对声音的滞留特性, 因而对最小有声和最小无声时间应合理设置。图3 是3 类报警信号与对应的声音频率设置程序。图2 报
23、警声音频率设置程序 在图2 中, 0001 0003, 0011 0013 分别是3 种不同类型报警信号。常闭或常开的选用, 根据报警发讯元件在正常工况下的状态确定, 但是图中要在报警时能使线圈0201 0203 激励。内部继电器0201 0203 既作为该类报警信号的标志, 也作为定时器的设定值, 用于数据传送指令。同时, 它也作为数据传送指令的触发信号及低级别报警的屏蔽信号。0101 是常开的试验按钮, 0100 是常开的消铃按钮。0001 和0011 是第一类报警信号, 是报警级别最高的报警信号。当它们发出报警信号时,0201 激励并使传送指令触发, 将1 的状态送0201。此外, 该信
24、号用于屏蔽低级别的报警声音的传送时, 其定时器的设定时间为02 s。0002 和0012 是第二类报警信号。当它们发出报警信号时, 0202激励并使传送指令触发, 将1 的状态送0202。这时, 定时器的设定时间为04 s。此外, 它对低于该报警级别的第三类报警信号进行屏蔽。0003 和0013 是第三类报警信号。当它们发出报警信号时, 0203 激励并使传送指令触发, 将1 的状态送0203。这时, 定时器的设定时间为08 s。当操作人员按下确认按钮时, 0100 闭合, 使0201 0203 置0, 同时零信号被传送到002 通道
25、, 使定时器设定为0 s。当操作人员按下试验按钮时,0101 闭合, 使0201 激励, 定时器设定值被设置为02 s。声响装置以最高报警级别信号作为试验信号而发出声音, 用于检查声响装置。本设计中, 无声定时器的设定时间是02 s。在上述设计中, 当多类报警信号发生时, 能区分出最高级别报警信号, 以便提醒操作人员。例如, 开始时报警信号是第二类报警信号, 声响装置发出报警声响的声音是发声时间04 s, 无声时间02 s。如果操作人员尚未确认时就有高级别报警发生, 则报警的声音会自动转换成发声时间0⣵
26、78;2 s,无声时间02 s 的短促报警信号, 操作人员就能及时先对高级别报警的事故进行处理, 然后再对低报警级别的事故进行处理。对于报警信号的闪烁系统和平光系统的设计可按一般的设计方法进行, 也可将上述振荡频率信号用于光报警信号的设计。2. 使用时的注意事项 1) 根据报警级别, 图示设计将报警信号分为3类。在实际应用时, 也可根据设计思想将报警类别扩展成4 类或5 类, 但类别不宜过多, 实际应用时不宜超过5 类: 2) 每一类的报警信号可以并联在一起, 先转换为脉冲信号, 如图1a) 的第一梯级所示, 然后再连接到对应的RS 触发器的S 端; 报警检出元件的触点状态
27、可设计成常闭, 但需对程序作部分更动; 3) 声音报警信号具有比光报警信号更优良特点, 如可以远距离接收, 不受环境粉尘等影响, 尤其适用于能见度较低的场合, 操作人员在操作现场时也能及时掌握报警情况, 报警级别的识别比较方便等; 4) 定时器的设定时间可以采用无声音时间固定, 改变有声音时间的定时器设定; 也可以固定有声音时间, 改变无声音时间定时器的设定; 5) 在实际应用时, 对大功率的汽车电笛等声响装置, 由于发声装置内阻较小, 要考虑传送线路阻抗损失。例如, 采用12 V AC 汽车电笛时, 不能直接用12 V 发声的信号引到现场电笛处, 而要将220 V AC 发声的信号引到现场电
28、笛处, 再经变压器后送电笛发声。(五) 定时器在PLC编程中实现时间顺序控制设计的应用简述 PLC定时器实现时间顺序的控制设计，该设计以交通道路信号控制设计为例，以集群定时器为核心并列排列和脉冲M8013 的结合应用，优化设计结构，使设计的梯形图简单。设计题：开关合上后，东西绿灯亮4S 后，闪2S，灭；黄灯亮2S 后，灭；红灯亮8S，绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮8S，接着绿灯亮4S 后，闪2S，灭；黄灯亮2S 后，红灯又亮如此循环。设计梯形图及PLC 控制I/O 输入接线图。1. 集群定时器的设计集群定时器的设计就是定时器按时间的长短要求集中并列出现的时间顺序的排列。(1). 分析
29、；定时器按时间的长短。K40K60K80K120K140K160 排列，T0 设K40 控制东西绿灯亮4S，T1 设K60 绿灯亮4S 后，T0的常开闭合东西绿灯闪2S，T1的常开闭合东西的黄灯亮2S，T2设K80使对应南北红灯亮8S 后灭。T3设K120控制南北绿灯亮4S，T4设K140绿灯亮4S，T3的常开闭合绿灯闪2S，T4 的常开闭合南北黄灯亮2S，T5 设K160 使对应东西红灯亮8S后灭。T0-T5 六个定时器组成集群并列，如图1所示。(2) 梯形图设计如图2 所示。(3) I/O 接线图设计如图3 所示。2. 散集群定时器的设计T0、T1、T2、T3 定时器组成集群定时器,并列在
30、一起，T4、T5 为散定时器，根据设计使用时插入梯形图。（1）分析T0 常开串在T1 前，T1 的常开串在T2 前，T2 的常开串在T3前，实行相应的控制，M0线圈得电，M0常开闭合，东西绿灯亮4S，M10 常开闭合，T4 延时4S 闭合，M8013 脉冲动作，东西绿灯闪2S ，M20和M21的常开闭合，保证东西绿灯亮（4+2）S 对应的南北亮8S 后灭，T1常开延时闭合对应的东西红灯亮8S，Y0 的常开闭合, 南北绿灯亮4S；T5 常开延时4S 闭合，南北绿灯闪2S，M30和M3常开的闭合，保证南北绿灯（6+2）S。T0T3 四个定时器组成集群并列，T4 定时器插入控制东西方向，T5 定时器
31、插入控制南北方向，如图4 所示。(2) 梯形图设计如图5 所示。(3) I/O 输入接线图与图3 基本相同，东西、南北方向各并多绿灯一个。3. 两种设计的比较（1）集群定时器与散一集两种的设计I/O输入接线图一样。（2）闪烁使用脉冲定时器M8013 闪烁时间为1S。（3）集群定时器的设计方式条理清楚较为直观，容易理解，散一集定时器的设计分析较烦，谐接性差，容易产生动作。（4）集群定时器设计的梯形图指令比散一集的设计指令少三分之一。可见集群定时器的设计为精品的设计。4. 集群定时器的设计扩展东西绿灯直向2S，左向2S，闪2S 灭；黄灯亮2S 后灭，红灯亮8S，绿灯亮一个循环，对应的东西绿灯亮时的
32、南北红灯亮8S。接着南北绿灯亮直向亮2S，南北左向亮2S，闪2S，灭，黄灯亮2S 后，红灯又亮如此循环。群集定时器设计，在图2 的基础并列多两个定时器，控制东西左向和南北左向运行, 则T0定时器时间改为K20，T4改为K100。组成八个集群定时器并列，梯形图如图6 所示。可见，集群定时器的组合设计条理清楚简单，指令少，动作的原理容易理解，设计省时，给设计带来优越性。(六) 定时器用于PLC编成中实现邮件分拣的并行处理 简述: 邮件分拣系统效率的提高主要采取的措施是提高邮码的识别率和分拣过程的并行处理. 中利用PLC 内部定时器实现邮件分拣系统的并行处理技术, 无需硬件的额外投资即可明显提高邮件分拣效率.1. 邮件分拣系统模型的组成与串行技术(1) 邮件分拣系统模型的组成 邮件分拣系统由邮码识别器、传送带、分拣箱、气动开关等组成. 邮件经邮码识别系统识别后在传送带上传输; 分拣箱按邮码的大小顺序排列在传送带一侧; 当邮件到达与其编码
