利用PLC定时器和计数器，实现长时间计时的方法

在很多工程应用中，根据控制功能要求，需要对系统进行24小时监控，在经过某一特定时间或遇到紧急情况后给出提醒或预警。为了减少人为因素造成的影响，我们希望系统能自动进行。PLC中的定时器便具有这个功能。

但是，定时器的计数值在PLC的内部使用二进制，一个16位二进制字除去一个符号位后，能表示的最大整数是32767，它将对应定时器的最大定时时间。以100ms定时器为例，32767对应最大定时时间为32767×0.1=3276.7（s），时间不足1小时。这使得在使用单个定时器编制长时间计时程序受到很大制约。

由于定时器的计时时间有限，利用单个定时器达不到长时间计时的目的，要解决问题需要利用软件编程来实现长时间计时。下面以S7-200 PLC为例，通过案例来探讨利用定时器和计数器扩展的方式进行长时间计时，供使用者参考。

1 定时器、计数器的应用

S7-200 PLC有三种类型的定时器，接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）、记忆接通延时定时器（TONR）。以常用的延时接通定时器（TON）为例讨论定时器的基本应用。

图1 定时器基本应用

工作原理：当输入端闭合，即I0.0为“ON”时，定时器T37接通并开始计时，10秒后，定时器T37常开触点接通并保持，输出继电器Q0.0输出。I0.0断开，定时器复位，Q0.0断开。

1.2 计数器基本应用

S7-200 PLC有三种类型的计数器，增计数器（CTU）、减计数器（CTD）、增/减计数器（CTUD）[2]。以常用的增计数器（CTU）为例讨论计数器的基本应用。

图2 计数器的基本应用

工作原理：首先，使I0.1输入端通、断一次，计数器C0复位，即当前值回“0”。然后，每通、断一次I0.0，计数器C0记录1个数，即C0当前值加1，当C0当前值达到10后，计数器C0常开触点接通并保持，输出继电器Q0.0输出，直到I0.1再次闭合，计数器复位，Q0.0断开。

1.3 定时器级联扩展延时

对于分辨率为100ms的延时接通定时器（TON）来讲，其设定值最大为32767，延时时间最长为3276.7秒。当超过该时间，单个定时器则无法完成计时功能。这种情况下，可以利用定时器级联的方式实现延时时间的扩展。

案例1：利用两个定时器级联实现延时1小时

图3 定时器延时1小时

总的延时时间T=T37+T38=1800秒+1800秒=3600秒=1小时。这是单个定时器无法完成的定时时间。

还可以用同样的方法实现三个、四个定时器级联延时。这种扩展方法的计时时间是各个定时器计时时间的总和。

1.4 利用计数器延时

案例2：利用两个计数器实现延时10小时

图4 计数器延时10小时

总的延时时间为：1秒×（6000×6）=36000秒÷3600秒=10小时。

这种扩展延时方法的关键是：（1）在网络1中，首先，利用特殊功能寄存器SM0.5（周期为1秒,占空比为1:1），作为计数器C0的计数输入脉冲，在计数的同时实现计时；第二，将C0的输出作为自身的复位，实现记录6000个脉冲后重新开始。（2）在网络2中，将C0的输出作为C1的输入，实现每记录6000个脉冲触发C1计数1次。

3 案例分析

3.1控制要求

某住宅小区需要24小时昼夜定时报警，早上6：30，电铃每秒响一次，6次后自动停止；9：00-17：00，启动住宅报警系统；晚上18：00打开小区内照明系统；晚上22：00关闭小区内照明系统。

3.2 I/0口分配

表1 I/O 分配表

3.3 接线图

图5 接线图

3.4 梯形图程序

程序说明：

（1） 网络1、网络2 中，I0.0为系统启动开关；I0.1 为快速调整开关； I0.2为系统实验用开关；SM0.1用于上电时系统复位；C0 、C1两个计数器级联，C0形成900秒的计时周期，C1记录96个900秒，共计900×96=86400秒，即24个小时；

（2）网络3用于实现早晨6:30启动电铃，电铃每隔1秒响1次，6次后停止；

（3）网络4用于实现晚上18:00开启小区内照明系统；网络4用于实现晚上22:00关闭小区内照明系统；

（4）网络5用于实现9:00到17:00开启小区内报警系统；

（5）网络7、网络8，形成0.1秒钟震荡信号，用于快速调整系统使用。

图6 梯形图程序

4 结束语

定时器指令和计数器指令是PLC编程的重要指令，掌握好它们的使用方法，使设计格式规范化，可以优化设计程序，对编程水平的提高有十分重要的意义，利用编程实现长时的方法还有很多，案例也不胜枚举，同时，灵活利用定时器和计数器组合进行长时间计时，PLC的编程功能，既可减少硬件设备资源，降低生产成本，又使系统运行灵活可靠。

本文编自《电气技术》，标题为“关于利用PLC定时器和计数器进行长计时功能的探讨”，作者为侯肖霞。

西门子S7-200PLC在流量计量方面的应用，如何计量累积量！

1. 引言

目前，PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活、易学易用、体积小、重量轻、价格便宜的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的独特之处。下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200 CPU上编程的例子。

2. 使用PLC显示流量和计算累积量

流量计输出的信号一般是脉冲信号或4~20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量，我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号时，在计算瞬时流量的时候，必须按照严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性。因此，计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行。而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量。对于4~20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来，在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题：

(1) 输入脉冲频率范围是否超出PLC的接收范围；

(2) PLC高速计数器在达到最大计数值时如何保证计算正确；

(3) 如何保证定时中断不受干扰；

(4) 如何避免计算累积量的误差；

(5) 累积量的最大累积位数；

(6) 如何复位累积量。

下面就最关键的2、4、6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相最大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，需要使用者自行编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到最大计数值时要保证计算的正确性。实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如图1所示（此段程序应放到PLC第一个扫描周期执行的程序中执行）。

图一：高速计数器的初始化程序

对于高速计数器是否达到最大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始地进行累计的，最高位为符号位，最小值为7FFFFFFF。由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的计数值小于上次计数值的情况，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到最大值的拐点（7FFFFFFF），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，程序如图2所示（此程序应放在定时中断子程序中执行）。

当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上;当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值（用减法），以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值（用加法，此时寄存器溢出，数位前移），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对累计计数值达到拐点时的正确计算。

图二：消除计算错误程序

实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的。需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会因其它中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。

通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量。另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了。在计算累积流量过程中需要避免累积过程的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而plc内部浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现。解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的流量乘以15作为第一个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把第一个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小数部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现。在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，可以使累积器的整数位数达到9位。这样，在显示累积量时就可以最多显示9位整数的累积量和6位小数的累积量，总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。

对累积器需要在一定条件下复位，累积到最大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到或超过最大位数，当超过最大数值时，将各个累积器清零，清零的触发信号也可以是手动触发。

3. 结束语

本文列出了在PLC中计算和显示瞬时流量和计算累积量时可能遇到的问题，并以西门子S7-200 CPU224系列探讨了解决办法，值得进行该工作的工程人员借鉴。

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