基于PLC的脉冲程序设计方法研究

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　　【摘 要】脉冲程序设计是PLC程序设计中一个重要的内容，不同频率的脉冲经常用于驱动PLC输出端的指示灯出现不同闪烁现象。设计不同周期、不同占空比的脉冲程序对于初学者来说是一个难点，本文将分别举例应用西门子S7-200PLC的特殊寄存器、定时器、比较指令对不同设计要求的脉冲电路的PLC程序设计方法进行研究。
　　【关键词】PLC；程序设计；脉冲；闪烁
　　【中图分类号】TP312 【文献标识码】A
　　【文章编号】2095-3089（2019）03-0017-01
　　在自动控制领域，自动运行中的工业机械的工作状态，往往用指示灯表示，通常正常工作指示灯常亮，缺料、工作完毕或者工作故障时指示灯将以不同的闪烁形式对工人进行报警提示。在PLC程序设计中指示灯的闪烁状态通常是用脉冲驱动指示灯的线圈而实现。那如何进行程序设计并实现各种不同的闪烁状态呢，笔者将从脉冲电路及特性开始分析，就西门子S7-200PLC设计脉冲电路程序的方法进行研究，以解决初学者对指示灯闪烁程序设计的困惑。
　　一、脉冲电路及其特性
　　脉冲电路是数字电子电路中的一种，用于处理不连续变化的数字信号，专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。在PLC程序设计中往往只用到0/1这样的数字信号，如家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等。脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的，所以脉冲电路又称为开关电路。电脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形等，最具代表性的就是矩形脉冲，矩形脉冲信号是电流或电压的波形为矩形的信号，其符合PLC电信号运行特点。
　　矩形脉冲的特性可以用脉冲周期T、频率f，和占空比表示。其意义为：
　　事物在运动、变化过程中，某些特征多次重复出现，其连续两次出现所经过的时间叫“周期”。周期的单位为秒，符号为s。
　　频率是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，频率的单位为赫兹，符号为Hz。频率和周期呈倒数关系：f=1/T，如频率为5Hz，周期则为0.2s。
　　高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比越大，电路开通时间就越长，在PLC系统中被驱动的指示灯在每个周期内通电的时间就越长。占空比为50%的矩形波称之为方波。
　　二、脉冲电路的程序设计方法
　　下面将就西门子S7-200系列PLC设计不同脉冲电路程序举例说明，以下用到了使用特殊标志位寄存器、使用定时器、使用比较指令与定时器配合三种方法进行设计。
　　1.用特殊标志位寄存器实现。
　　特殊标志为寄存器SM用于CUP与用户程序之间的信息交换，用这些位可选择和控制S7-200系列CUP的一些特殊功能。其中与脉冲相关的有SM0.4、SM0.5。SM0.4为分脉冲，占空比为50%，周期为1min的脉冲串，而SM0.5为秒脉冲，占空比为50%，周期为1s的脉冲串。若设计要求为PLC运行时，需要输出信号一个每分钟/每秒闪烁一次，则可直接用SM0.4/SM0.5的常开触点来驱动线圈输出。
　　2.用定时器实现。
　　若要求的闪烁频率不符合每分或每秒闪烁一次的要求，则需要根据矩形脉冲的特性来进行程序设计，由于一个矩形脉冲有周期、高电平和低电平三个时间，只需要已知其中两个时间，程序就可以设计出来，有多种不同情况可得到其中的两个时间，下面我以已知周期占空比和已知频率两种情况举例进行程序设计方法说明。若没有特殊说明默认占空比为50%。
　　对于定时器的种类选择，众所周知定时器有TON、TONR、TOF三种，由于脉冲周期的重复性，所以需要定时器的具有重复计时功能，而一般情况都是在通电情况下多输出进行驱动。所以这里选用TON来设计程序。定时器的时间基数由低电平的时间决定。
　　（1）已知周期、占空比。
　　案例1：设计一个周期为5s，占空比为30%的矩形脉冲输出信号。
　　步骤1、计算输出信号的高电平时间和低电平时间；
　　T=5s，th=5*0.3=1.5s，tl=5-1.5=3.5s
　　步骤2、根据高、低电平的时间编程，T37设置为低电平时间，T38设置为高电平时间。
　　（2）已知频率、占空比。
　　案例2：设计一个闪烁频率为2HZ输出信号。
　　设计说明：使用公示计算输出信号周期T=1/f=1/2=0.5s，占空比没有说明为50%，则高、低电平时间均为0.25s，然后用前面所学已知周期、占空比的方法编程。
　　3.用比较指令和定时器配合实現。
　　脉冲电路也可以根据矩形脉冲特性，用低电平时间与周期时间之间的比较、高电平时间与周期时间之间的比较等来实现，这里就用到了比较指令。
　　（1）比较运算。
　　比较运算用于两个同类型操作数在已定条件下的比较，操作数可以时整数、实数等，
　　比较运算符有==、<=、>=、<、>、<>。在梯形图中用带参数和运算符的触点表示比较指令，比较指令的运算结果为真，则触点闭合；运算结果为假，则触点断开。
　　（2）比较指令 （以一种整数比较为例说明）
　　指令格式：LDW>= IN1，IN2
　　该指令功能：操作数IN1和IN2均为字节型符合整数，当操作数IN1大于等于IN2时，运算结果为真，触点闭合，否则结果为假，触点断开。
　　（3）程序设计方法。
　　方法1：定时器设定低电平时间，用定时器时间与脉冲周期进行比较，以得到闪烁信号。
　　案例3：设计一个闪烁频率为2HZ输出信号。
　　程序：网络1
　　LDW<= T35， 50 　　TON T35， 25
　　网络2
　　LD T35
　　= Q0.0
　　程序说明：由比较指令设定脉冲周期，定时器时间大于5S时瞬间比较指令带动定时器断开，定时器值变为0，重新接通计时，实现循环，当定时时间大于0.25s时，T35常开触点接通，Q0.0线圈得电。
　　方法2：定时器设定脉冲周期时间，用定时器时间与低电平时间进行比较，以得到所需矩形脉冲信号。
　　案例4：设计一个亮1秒，灭0.5秒的输出信号。
　　程序：网络1
　　LDN T121
　　TON T121， 15
　　网络2
　　LDW>= T121， 5
　　= Q0.0
　　程序说明：为了让比较数据为整数，定时器选择时间基数为100ms的TON定时器，输出信号亮1秒，灭0.5秒，脉冲周期时间则为1.5s。定时器T121定时时间为周期时间1.5s，1.5s到则T121常闭触点立即断开，实现循环计时，每当定时时间大于0.5时，Q0.0线圈得电。
　　三、结论
　　脉冲电路闪烁程序的设计是PLC程序设计的一个重要内容，而且在机加工和自动控制中，最终工作完成情况和是否正常工作情况往往都由指示灯不同频率的闪烁来表示，怎样快速的设计出正确的脉冲闪烁程序，关键在于弄清楚矩形脈冲的特性和TON定时器、比较指令的工作原理，除了以上列举的设计方法其实还有多种方法可以实现，在设计时可根据自己的理解找到自己最适合的一种设计方法。本文通过对目前工业控制中常见的一些脉冲闪烁案例的进行归纳总结，并且从教学实际出发进行观察和研究，归纳出三类五种设计方法。
　　参考文献
　　[1]基于S7-200 PLC的彩灯闪烁控制方案[J].唐明媚，唐孝蓉. 北华航天工业学院学报，2013 （02）.
　　[2]可编程控制技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社. 李言武编著，2016.
　　[3]西门子S7-200 PLC项目式教程[M]. 南京：南京大学出版社. 张志田、刘德玉编著，2014.
　　作者简介：胡微（1982.10-），女，汉，湖南汨罗，教务科长，讲师、PLC技术课程教育研究。
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