基于PLC的脈沖程序設計方法研究

【摘 要】脈沖程序設計是PLC程序設計中一個重要的內容，不同頻率的脈沖經常用于驅動PLC輸出端的指示燈出現不同閃爍現象。設計不同周期、不同占空比的脈沖程序對于初學者來說是一個難點，本文將分別舉例應用西門子S7-200PLC的特殊寄存器、定時器、比較指令對不同設計要求的脈沖電路的PLC程序設計方法進行研究。

【關鍵詞】PLC；程序設計；脈沖；閃爍

【中圖分類號】TP312 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）03-0017-01

在自動控制領域，自動運行中的工業機械的工作狀態，往往用指示燈表示，通常正常工作指示燈常亮，缺料、工作完畢或者工作故障時指示燈將以不同的閃爍形式對工人進行報警提示。在PLC程序設計中指示燈的閃爍狀態通常是用脈沖驅動指示燈的線圈而實現。那如何進行程序設計并實現各種不同的閃爍狀態呢，筆者將從脈沖電路及特性開始分析，就西門子S7-200PLC設計脈沖電路程序的方法進行研究，以解決初學者對指示燈閃爍程序設計的困惑。

一、脈沖電路及其特性

脈沖電路是數字電子電路中的一種，用于處理不連續變化的數字信號，專門用來產生電脈沖和對電脈沖進行放大、變換和整形的電路。在PLC程序設計中往往只用到0/1這樣的數字信號，如家用電器中的定時器、報警器、電子開關、電子鐘表、電子玩具以及電子醫療器具等。脈沖電路中的晶體管是工作在開關狀態的，所以脈沖電路又稱為開關電路。電脈沖有各式各樣的形狀，有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形等，最具代表性的就是矩形脈沖，矩形脈沖信號是電流或電壓的波形為矩形的信號，其符合PLC電信號運行特點。

矩形脈沖的特性可以用脈沖周期T、頻率f，和占空比表示。其意義為：

事物在運動、變化過程中，某些特征多次重復出現，其連續兩次出現所經過的時間叫“周期”。周期的單位為秒，符號為s。

頻率是單位時間內完成周期性變化的次數，是描述周期運動頻繁程度的量，頻率的單位為赫茲，符號為Hz。頻率和周期呈倒數關系：f=1/T，如頻率為5Hz，周期則為0.2s。

高電平在一個波形周期內占有的時間比值稱為占空比，占空比越大，電路開通時間就越長，在PLC系統中被驅動的指示燈在每個周期內通電的時間就越長。占空比為50%的矩形波稱之為方波。

二、脈沖電路的程序設計方法

下面將就西門子S7-200系列PLC設計不同脈沖電路程序舉例說明，以下用到了使用特殊標志位寄存器、使用定時器、使用比較指令與定時器配合三種方法進行設計。

1.用特殊標志位寄存器實現。

特殊標志為寄存器SM用于CUP與用戶程序之間的信息交換，用這些位可選擇和控制S7-200系列CUP的一些特殊功能。其中與脈沖相關的有SM0.4、SM0.5。SM0.4為分脈沖，占空比為50%，周期為1min的脈沖串，而SM0.5為秒脈沖，占空比為50%，周期為1s的脈沖串。若設計要求為PLC運行時，需要輸出信號一個每分鐘/每秒閃爍一次，則可直接用SM0.4/SM0.5的常開觸點來驅動線圈輸出。

2.用定時器實現。

若要求的閃爍頻率不符合每分或每秒閃爍一次的要求，則需要根據矩形脈沖的特性來進行程序設計，由于一個矩形脈沖有周期、高電平和低電平三個時間，只需要已知其中兩個時間，程序就可以設計出來，有多種不同情況可得到其中的兩個時間，下面我以已知周期占空比和已知頻率兩種情況舉例進行程序設計方法說明。若沒有特殊說明默認占空比為50%。

對于定時器的種類選擇，眾所周知定時器有TON、TONR、TOF三種，由于脈沖周期的重復性，所以需要定時器的具有重復計時功能，而一般情況都是在通電情況下多輸出進行驅動。所以這里選用TON來設計程序。定時器的時間基數由低電平的時間決定。

（1）已知周期、占空比。

案例1：設計一個周期為5s，占空比為30%的矩形脈沖輸出信號。

步驟1、計算輸出信號的高電平時間和低電平時間；

T=5s，th=5*0.3=1.5s，tl=5-1.5=3.5s

步驟2、根據高、低電平的時間編程，T37設置為低電平時間，T38設置為高電平時間。

（2）已知頻率、占空比。

案例2：設計一個閃爍頻率為2HZ輸出信號。

設計說明：使用公示計算輸出信號周期T=1/f=1/2=0.5s，占空比沒有說明為50%，則高、低電平時間均為0.25s，然后用前面所學已知周期、占空比的方法編程。

3.用比較指令和定時器配合實現。

脈沖電路也可以根據矩形脈沖特性，用低電平時間與周期時間之間的比較、高電平時間與周期時間之間的比較等來實現，這里就用到了比較指令。

（1）比較運算。

比較運算用于兩個同類型操作數在已定條件下的比較，操作數可以時整數、實數等，

比較運算符有==、<=、>=、<、>、<>。在梯形圖中用帶參數和運算符的觸點表示比較指令，比較指令的運算結果為真，則觸點閉合；運算結果為假，則觸點斷開。

（2）比較指令 （以一種整數比較為例說明）

指令格式：LDW>= IN1，IN2

該指令功能：操作數IN1和IN2均為字節型符合整數，當操作數IN1大于等于IN2時，運算結果為真，觸點閉合，否則結果為假，觸點斷開。

（3）程序設計方法。

方法1：定時器設定低電平時間，用定時器時間與脈沖周期進行比較，以得到閃爍信號。

案例3：設計一個閃爍頻率為2HZ輸出信號。

程序：網絡1

LDW<= T35， 50

TON T35， 25

網絡2

LD T35

= Q0.0

程序說明：由比較指令設定脈沖周期，定時器時間大于5S時瞬間比較指令帶動定時器斷開，定時器值變為0，重新接通計時，實現循環，當定時時間大于0.25s時，T35常開觸點接通，Q0.0線圈得電。

方法2：定時器設定脈沖周期時間，用定時器時間與低電平時間進行比較，以得到所需矩形脈沖信號。

案例4：設計一個亮1秒，滅0.5秒的輸出信號。

程序：網絡1

LDN T121

TON T121， 15

網絡2

LDW>= T121， 5

= Q0.0

程序說明：為了讓比較數據為整數，定時器選擇時間基數為100ms的TON定時器，輸出信號亮1秒，滅0.5秒，脈沖周期時間則為1.5s。定時器T121定時時間為周期時間1.5s，1.5s到則T121常閉觸點立即斷開，實現循環計時，每當定時時間大于0.5時，Q0.0線圈得電。

三、結論

脈沖電路閃爍程序的設計是PLC程序設計的一個重要內容，而且在機加工和自動控制中，最終工作完成情況和是否正常工作情況往往都由指示燈不同頻率的閃爍來表示，怎樣快速的設計出正確的脈沖閃爍程序，關鍵在于弄清楚矩形脈沖的特性和TON定時器、比較指令的工作原理，除了以上列舉的設計方法其實還有多種方法可以實現，在設計時可根據自己的理解找到自己最適合的一種設計方法。本文通過對目前工業控制中常見的一些脈沖閃爍案例的進行歸納總結，并且從教學實際出發進行觀察和研究，歸納出三類五種設計方法。

參考文獻

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[2]可編程控制技術[M]. 北京：北京郵電大學出版社. 李言武編著，2016.

[3]西門子S7-200 PLC項目式教程[M]. 南京：南京大學出版社. 張志田、劉德玉編著，2014.

作者簡介：胡微（1982.10-），女，漢，湖南汨羅，教務科長，講師、PLC技術課程教育研究。