三菱FX2N系列PLC中定時器擴展應用的探索

張艷珍

（洛陽職業(yè)技術(shù)學院，河南洛陽 471000）

0 引言

PLC中的定時器相當于接觸器—繼電器控制線路中的時間繼電器，定時器的使用較為靈活方便，其控制精度更高。時間控制是PLC的一項重要功能。定時器的應用在PLC編程中處于不可或缺的地位。FX系列PLC的定時器為定時接通定時器，即定時器線圈通電后，開始定時，到達設定時間后，定時器的常開觸點閉合，常閉觸點斷開；在定時器線圈斷電時，定時器的觸點瞬間復位，用定時器的觸點驅(qū)動動作執(zhí)行者，如三相異步電動機，該電動機受到定時器控制，執(zhí)行定時接通與定時斷開動作。

三菱FX2N系列PLC簡單易懂，是一種在可編程序控制器教學中廣泛應用的PLC[1]，根據(jù)定時器的工作原理可知，采用定時器的常開觸點驅(qū)動動作執(zhí)行者是定時接通控制，采用定時器的常閉觸點驅(qū)動動作執(zhí)行者是定時斷開控制，定時接通與定時斷開控制是定時器的基本應用。在工程實際中，應用更多的是定時器的擴展電路，即利用定時器可以組成多個典型的時序邏輯電路，包括定時擴展電路、振蕩電路、自復位電路，這些典型電路是編寫復雜PLC控制程序的必備知識，在實際生產(chǎn)過程中，是實現(xiàn)時序構(gòu)造、等待響應、人為制造終端、產(chǎn)生時間脈沖的基礎[2]。

本文闡述的是典型電路對應的定時器，即三菱FX2N系列PLC中的通用定時器，典型電路中觸發(fā)定時器線圈的觸點為長動按鈕，若為點動按鈕，則需要采用輔助繼電器，以保障定時器線圈持續(xù)得電。

1 定時器長定時擴展電路

三菱FX2N系列PLC中，單個定時器的最大設定值是32 767，其最大分辨率為100 ms，最長的定時時間為3 276.7 s，若生產(chǎn)實際中要求的定時時間大于此數(shù)據(jù)，則需要使用定時器的定時擴展電路達到長定時控制要求，可利用定時器與定時器串聯(lián)組合或者定時器和計數(shù)器組合實現(xiàn)[3]。此外，在PLC控制程序中，不僅是由上述兩組組合可以實現(xiàn)定時擴展，還可以根據(jù)時間控制要求，使用M8011～M8014特殊輔助繼電器與計數(shù)器組合實現(xiàn)長定時控制，此種方式擴大定時時間的范圍有限，讀者可根據(jù)實際工況進行選擇。

1.1 定時器與定時器組合

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

圖1 定時器定時擴展電路

定時器的串聯(lián)組合即是先啟動一個定時器定時，定時時間達到以后，用第一個定時器的常開觸點控制第二個定時器[4]，如此下去，使用最后一個定時器的常開觸點去控制所要控制的對象。定時器串聯(lián)使用時，其總定時時間為各定時器常數(shù)設定值之和。N個定時器串級使用，其最長時間為3 276.7N s[5]。讀者可根據(jù)實際工況，合理選取定時器的個數(shù)及定時設定值大小，實現(xiàn)時間設定要求。

1.2 定時器與計數(shù)器組合

定時器和計數(shù)器串聯(lián)使用，可以擴大定時器的計時范圍，如圖2所示。程序第一行采用了定時器自復位電路，每隔10 s（T0的設定值）發(fā)送1個脈沖信號給計數(shù)器C1計數(shù)1次，同時將T0自復位，進入下一個10 s的定時。C1計滿360次（1 h）時，其常開觸點動作將Y1接通。

圖2 定時器和計數(shù)器串聯(lián)使用擴大定時范圍

運用定時器與計數(shù)器組合形成的長定時電路，總定時時間的計算方法為定時器T的設定值乘以計數(shù)器C的設定值，再乘以定時器T對應的時鐘脈沖周期，實現(xiàn)定時器定時范圍的擴大[6]。需要注意的是，F(xiàn)X系列PLC單個計數(shù)器最大的計數(shù)范圍是32 767，若需要更大的計數(shù)范圍，也需進行擴展，計數(shù)器擴大計數(shù)范圍的電路本文不再贅述。

以上是定時器的定時擴展電路，可根據(jù)實際工程情況，合理選擇定時器、計數(shù)器的個數(shù)及其設定值，最終完成與控制要求相符的PLC控制程序。

2 定時器振蕩電路

在PLC程序設計中，經(jīng)常需要一系列連續(xù)的脈沖信號作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖或其他作用。定時器振蕩電路的實質(zhì)是2個（或者多個）定時器交替定時形成振蕩。該電路在工程實際中在脈沖信號源或閃光報警電路等場所得到廣泛應用。

圖3所示為定時器組成的振蕩電路及I/O波形圖。當輸入繼電器X0接通時，定時器T0開始定時，經(jīng)定時后其常開觸點動作使輸出繼電器Y0接通，同時T1開始定時；T1定時時間到了以后，其常閉觸點動作切斷T0線圈，使T1和Y0都復位；在隨后的下一個掃描周期里，T1常閉觸點復位使T0線圈再次接通，進入新一輪變化，依次重復下去，直至X0斷開使T0、T1及Y0全部斷開。

圖3 定時器振蕩電路一

程序中，當輸入繼電器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，交替進行），波形如圖3（b）所示。改變T0、T1的設定值，可以調(diào)整Y0的輸出脈沖寬度。

負載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，待T0定時時間到了以后切斷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 定時器振蕩電路二

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

3 定時器自復位電路

定時器自復位電路用于循環(huán)定時[7]。圖5所示為通用定時器自復位電路。X0接通1 s時，T0常開觸點動作使Y0接通；在隨后的第二個掃描周期，Y0的常閉觸點動作使T0線圈斷開，T0常開觸點立即復位斷開，Y0也斷開；在第三個掃描周期，Y0常閉觸點復位使T0線圈重新開始定時，重復前面的過程。

定時器的自復位電路要分析定時時間到了以后的前后3個掃描周期，才能真正理解其復位過程。在圖5（a）中，T0線圈的復位是依靠T0定時時間達到之后，其常開觸點動作接通Y0，再由Y0的常閉觸點動作切斷T0線圈電路完成的，因此稱為定時器自復位電路。

圖5 定時器自復位電路一

將圖5中的Y0對應的輸出端子接指示燈，理論上說指示燈應該是1 s閃亮一次。若X0為點動開關，由于Y0每次接通的時間只有一個掃描周期，調(diào)試程序時根本看不到燈泡閃亮的效果。若X0為長動開關，調(diào)試程序時可以看到燈泡閃亮的效果。

對于時鐘脈沖周期為100 ms的定時器，可以將圖5（a）中的Y0常閉觸點替換成T0常閉觸點，如圖6所示。但對于時鐘脈沖周期為1 ms和10 ms的定時器，因其定時精度很高，容易造成常開觸點與常閉觸點之間的競爭，使循環(huán)定時不穩(wěn)定，因此不建議作這種替換。

圖6 定時器自復位電路二

4 結(jié)束語

利用定時器實現(xiàn)長定時的擴展電路有兩種，一種是定時器與定時器串聯(lián)組合，實現(xiàn)的最長定時時間為3 276.7N s，其中N為串聯(lián)定時器個數(shù)；另一種是定時器與計數(shù)器組合，總定時時間為定時器T的設定值乘以計數(shù)器C的設定值，再乘以定時器T對應的時鐘脈沖周期。

若需要實現(xiàn)連續(xù)脈沖信號，可以運用定時器的振蕩電路，定時器振蕩電路是2個（或者多個）定時器交替定時形成振蕩，可改變對應定時器的設定值，不僅可以實現(xiàn)周期可調(diào)的連續(xù)脈沖，還實現(xiàn)占空比可調(diào)的連續(xù)脈沖。

工程實際中，可以采用定時器的自復位電路，實現(xiàn)自動循環(huán)定時。需要注意的是，對于時鐘脈沖周期為1 ms和10 ms的定時器，因其定時精度很高，容易造成常開觸點與常閉觸點之間的競爭，使循環(huán)定時不穩(wěn)定，因此不建議用定時器的常閉觸點復位自身，而用動作執(zhí)行者線圈的常閉觸點復位定時器。靈活運用定時器的定時擴展電路、振蕩電路、自復位電路等典型時序邏輯電路，實現(xiàn)時序構(gòu)造、等待響應、人為制造終端、產(chǎn)生時間脈沖，滿足工程實踐控制要求[8]。