昭通西门子S7-200代理商

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PLC、定时、计时器、扫描周期、周期中断 PLC编程中构造定时器的几种方法 汪东 鄂钢集团公司高速线材厂机动科

在现代工业现场控制中，PLC作为控制系统的重要组成部分，起着的作用。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。在PLC编程中构造定时器常用的方法是使用PLC内部的计时器资源，另外还可以利用其扫描周期和周期性的中断来构造定时器，下面将以上三种方法进行介绍。

一． 计时器定时
这种方式是应用普遍也是便捷的方式，广泛地应用于PLC程序之中。各种厂家及型号的PLC，在其软件内部都提供有限的计时器资源。当条件满足时，计时器启动，根据计时器的类型及所定时间的长度执行。以SIEMENS公司的S7-400系列PLC为例，其提供的计时器（TIMER）资源类型有：S_ODT（导通延时）、S_ODTS（导通同步延时）、S_OFFDTS（关断同步延时）、S_PULSE（脉冲延时）、S_PEXT（扩展脉冲延时）等五种。各种计时器都有自己不同的通断特性，例如S_ODT(导通延时)的通断特性如图1所示。这五种计时器资源可以单独

使用，也可以任意组合，满足各种工程需要。这种计时器方式大的特点是方法简单、易于操作，但其也有一定的局限性，主要表现在占用过多的系统资源，并且各种PLC对计时器个数有一定限制，以S7-400系列PLC来说，允许系统使用的计时器为512个。所以在一些大型的项目中，会出现不够用的情况；即使够用，也会因为占用过多资源而使扫描周期变长，对于精度要求比较高的系统，会有一定影响。

二． 扫描周期累加编程定时
所周知，PLC执行程序的工作方式就是扫描，而CPU对所有程序的一个遍历所经过的时间就是一个扫描周期。对于PLC来说，每个扫描周期会因为程序长度、程序中信号和中断的不同而不同。虽然这样，但扫描周期毕竟还是和CPU内部时钟保持一定的统一性，是内部时钟外在的一种时间反应。现代工业越来越智能化的，扫描周期不再只是一项内部指标，更多的PLC已经将其作为一项基本的参数，提供给用户使用。所以我们可以建立一种构造定时的思路：将扫描周期累加起来，如果达到我们需要定时的长度，就产生中断，执行我们需要的步骤。
还是以S7-400系列PLC为例，在软件编制过程中，OB1（Program Cycle Organization Block）是一个基本的程序模块，它是CPU扫描的主程序，其它程序被它调用。OB1有一个模块内的变量表，变量表中有一个临时变量（temp）为：OB1_PREV_CYCLE，它里面所放的数据为前一次扫描周期的毫秒（ms）数，是整型（Integer）数据。因为是临时变量，所以每个扫描周期内存放的数据都在变化。因为OB1的变量表中没有静态变量类型，所以不能直接在OB1中直接进行累加，我们可以借助一个具有静态变量的FB（Function Block）程序模块来编制累加程序，在OB1中调用FB，并通过接口将OB_PREV_CYCLE做为IN参数输入给FB，其OB1程序执行如图2。在FB中，如果以100ms为一个单位，从接口中读取OB1提供的前一个扫描周期的数值参数OB1_PREV_CYCLE,将其

赋值给FB自身的IN参数，并进行累加，再通过一些中间量的转换、计算，输出以100ms为一个单位的单位个数做为OUT接口，供其它程序使用。其程序流程图及I/O参数如图3所示。为了方便其它程序更多地调用此项功能，以及实现多种延时方式（如ON延时、OFF延时、PULSE延时等），可以再做一些FC（Function）。选择ON延时为例，用户使能后，将FB输出接口中的参数值保存起来做为初值，在后续的扫描过程中，将当前值与初值相减计算出差值，后将用户设置的定时数与差值进行比较，满足条件即可执行用户命令。如果仍以100msec为定时单位，其程序流程图如图4所示。
在使用中，用户可以直接调用FC块，填入相应的参数。FC的I/O接口参数

如表1所示（如果用户需要使用OFF延时，或者PULSE延时，用户可以根据要求自行编制相应程序，这里只给出ON延时示例）。
这一种实现定时功能的方式，没有直接的功能可以用，需要用户自行编程实现。虽然较上一种方式复杂，但对于一个大的工程来说，理论上可以无限次的调用，并且由于程序并不复杂，不会占用系统过多资源，使系统的扫描更加迅速。

三．周期中断累加定时
中断是指CPU在执行扫描程序时，满足了某种条件或发生了某种事件，而暂停扫描的顺序，执行该条件或事件的相关程序的一个过程。在PLC中，中断的类型多种多样，有用户为程序执行设置的中断，有CPU为响应外部输入输出设备产生的中断，有系统运行到达某一时刻点产生的中断，也有系统周期性的中断等等。对于PLC中时间周期性的中断，就可以利用其时间的周期性来制造定时功能。
同样，以S7-400系列PLC为例，系统为用户提供了从OB30到OB38等9种时间周期中断，这些周期中断OB块不受扫描周期的约束和影响，只按照各自

的周期时间属性和优先级，每一个周期扫描并执行一遍其内部的程序，其各自的中断间隔时间和优先级见表2。为了方便编程，用户可以取10ms、100ms、1s为时间单位，使用OB38、OB35、OB32。这种定时的构造方法的主要思想是，构造一个FB块在OB块中调用，利用时间周期中断OB块的周期执行性，每一个周期进行一次累加，累加值做为接口提供给构造ON延时、OFF延时或者PULSE延时的FC块使用。OB块的执行过程如图5所示。

周期中断FB块的主要编程思想是：通过与OB块的参数接口读取OB_Number参数做为Flag，并对Flag做相应的判断（Flag=32？or Flag=35？or Flag=38？），如果条件满足，则在相应的条件下做累加运算，并通过自己的背景数据块输出Counter_1s、Counter_100ms、Counter_10ms等参数，供FC块使用。FB块分别在OB32、OB35、OB38中调用，接受它们提供的参数。FB块的流程图如图6所示。
还有另一种方法是：FB只在OB38中调用，根据10ms、100ms、1s存在十进制倍数的关系，在FB中添加编程，对Counter_10ms进行除以10后取整或除以100取整，得到Counter_100ms和Counter_1s。
FC块的构造同上种方法基本一样，接受了三个累加值之后，根据用户需要编程实现选择使用哪一种时间等级，其后步骤与上种方法相同，这里不再复述，也不给出流程图了。
这种实现定时功能的方法具有上一种方法的全部优点，并且较上一种方法更容易实现，编程更为简单，不用累加后取整。但并不是所有的PLC都提供周期中断供用户使用，这跟各厂家产品有关，一般情况下只有一些工程上使用的具有复杂控制功能的PLC会提供，而一些小型PLC供用户使用的资源相对较少，不提供此项功能，因此这种方法使用上有一定的局限性。

四．总结
以上介绍了在PLC中实现定时功能的三种方法，用户可以根据实际情况，具体、灵活地选择应用。以上的流程图中也只给出了主要编程思路的框架，用户可以根据自己的需要添加程序。PLC中实现定时的方法很多，用户可以根据产品所提供的功能，多角度分析看待问题，使其资源得到充分的利用。

化工区乙烯装置采用的是Honeywell TDC3000 DCS系统，这牵扯到要与许多PLC的通讯问题。因为在生产中操作人员要通过DCS的操作界面来了解所有系统的运行状况，这其中首当其冲的就是PLC，它应用在许多设备中，比如压缩机、膨胀机等。下面要涉及到就是几种基于Honeywell TDC3000的通讯方式：

一、 DCS与PLC通讯的三种方式:
1．1 LCN网络通过Hiway Gataway 连接到Data Hiway Port，具体如图：

1．2 LCN网络通过EPLCG(冗余)连接到各PLC，如图：

以上两种连接方法适合于较大规模的PLC通讯应用，具体的实现细节参照Honeywell详细介绍。而下面主要涉及的则是较小规模应用的通讯方式SI(Serial Interface)串行接口通讯方式。
1．3 SI 在DCS与PLC 的通讯中扮演很重要的角色。SI是可以组态在TDC3000系统APM(Application Process Module)中的卡件， 所占用的位置等同于DI、DO、HLAI等卡件，只是没有事实上的Slot位。其连接示意图如下：

二、通讯的接口和认可的设备：
在APM中，当把数据类型Array point (数组点)定义成外部IO操作时，该数据类型便可以连接到某SI卡件，并从中获取数据，而这些数据则是扫描自PLC子系统。每一个SI IOP(串行接口卡的IO处理器)可以通过电源适配器（Power Adapter）连接两个FTA，每个SI　IOP有32个“虚”Slot位，前16个可以组态在FTA#1，后16个可以组态在FTA#2，且每个FTA可以有不同的接口，如Modbus接口和Allen-Bradley接口。

　　2．1　Modbus接口所认可的设备Modicon 984 PLC及Honeywell 认可的其他设备，

　　2．2　Allen-Bradley接口所认可的设备Allen-Bradley PLC-2、3和5等等。

三、通讯协议和卡件型号：
　　每个SI FTA有一个同步或者异步通讯的接口，其支持RS-232和RS-422/485，其中Modbus 接口FTA支持两种协议，而Allen-Bradley 接口FTA只支持RS-232通讯。两种协议表面的区别就是，RS-232对FTA和PLC连接的距离限于15米，而RS-422/485则可达305米。

　　3．1　Modbus接口SI FTA的RS-232& RS-422/485协议时：

SI IOP Mode: MU-PSIM11
Power Adapter Mode: MU-TLAP02
FTA Mode: MU-TSIM12

3．2　　Allen-Bradley接口SI FTA的RS-232协议时：

SI IOP Mode: MU-PSIM11
Power Adapter Mode: MU-TLAP02
FTA Mode: MU-TSIA12

四、通讯过程说明：

　　通讯过程具体就是从PLC设备串行接口通过不同的协议设备读取过程数据到　　　　　　　FTA各个“虚”Slot中，然后通过SI IOP将数据写入APM的Image DataBase中，APM在一定的周期中将这些数据读取到组态所对应的SI Array Point中（对应的规则为分配的地址）。下图为通讯流程：

　　PLC中需要参与通讯的过程数据被组态在通讯寄存器中，位号与地址相对应，格式包含（组态地址＋过程数值＋校验位）的串行通讯数据块通过串行通讯线到达FTA后，在格式数据块中分离出来地址和过程数据，参考DCS的APM中组态的Slot对应的Array Point地址，并将数据传入正确的Array Point。在Modbus FTA 中数据以19.2Kbaud的速度被扫描，而在Allen-Bradley FTA 中每一个Array Point 都可以选择不同的扫描方式：
　　A、free runing(用户定义时间扫描)；
　　B、periodic（固定周期扫描）；
　　C、Report-by-except（事件触发扫描RBE）；
来组态，而在APM中，从Image DataBase中扫描数据则有以下三种速度（1/4秒、1/2秒、1秒）。

五、膨胀机PLC与DCS的通讯实例：

5．1该应用就是用SI 与DCS通讯的，将膨胀机的过程数据传给DCS，在进行量程和工程单位的转换。

5．2参数设置：
　　　膨胀机与DCS采用RS-485方式通讯，协议是标准的Modbus RTU,PLC设置地址是　1，　　
　　　波特率9600，选择偶校验。

5．3模块选择：
　　
SI IOP Mode: MU-PSIM11
Power Adapter Mode: MU-TLAP02
FTA Mode: MU-TSIM12


5．4通讯数据说明及地址分配：
　　　所用到的数据类型为模拟量和数据量，模拟量所占用Modbus 地址为40001~40035，都是膨胀机的压力、温度、油位、振动位移等。数字量数据占用40051和40052两地址的若干位，都是膨胀机的运行状态、压力开关和温度tirp状态及报警信号。

六、总结：
　　PLC与DCS的通讯是每个石化企业都要用到的，控制和连锁有效的结合需要良
　　好的通讯。SI的应用在一定程度上能达到这个目的，但是其可靠性较低，适合
　　用于设备状态的监测。