工业自动化计算中的PLC程序计时计算

一、引言

在工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）扮演着至关重要的角色。它能够根据预先编写的程序对各种工业设备进行精确控制。其中，计时计算是PLC程序中常见且关键的部分。准确的计时计算可以确保生产过程按照预定的时间顺序进行，提高生产效率、保证产品质量以及保障设备安全运行等。本文将深入探讨PLC程序中的计时计算相关知识，包括基本概念、计算方法以及实际案例分析。

二、PLC计时计算的基本概念

（一）PLC中的定时器类型

  1. 通电延时定时器（TON）
    • 当定时器的输入信号变为ON时，定时器开始计时。在预设的时间到达之前，如果输入信号变为OFF，定时器将复位，计时值清零。只有当输入信号持续为ON达到预设时间时，定时器的输出才会变为ON。
  2. 断电延时定时器（TOF）
    • 与通电延时定时器相反，当输入信号从ON变为OFF时，断电延时定时器开始计时。在预设时间内，如果输入信号再次变为ON，定时器将复位。当计时达到预设时间后，定时器输出变为ON。
  3. 保持型通电延时定时器（TONR）
    • 这种定时器在输入信号为ON时开始计时，即使输入信号在计时过程中变为OFF，定时器也会保持当前计时值。当输入信号再次变为ON时，定时器将继续计时，直到计时值达到预设时间，定时器输出变为ON。

（二）计时单位

  1. 在PLC中，计时单位通常有毫秒（ms）、秒（s）、分钟（min）等。不同的PLC型号可能支持不同的计时单位，并且在编程时需要根据实际需求进行选择。例如，对于一些快速响应的设备控制，可能需要使用毫秒级的计时单位；而对于一些较长时间间隔的控制，如设备的预热时间、冷却时间等，可以使用秒或分钟作为计时单位。

三、PLC计时计算的方法

（一）基于定时器指令的计算

  1. 以西门子S7 - 1200系列PLC为例，对于通电延时定时器（TON），其计时时间（T）的计算公式为：T = 设定值（PT）×计时单位（Time base）。
    • 例如，如果设定值PT = 100，计时单位为100ms，那么计时时间T = 100×100ms = 10s。
    • 在编程时，需要根据实际的控制要求确定设定值和计时单位。如果要实现一个设备在启动后5秒开始执行下一个动作，假设使用100ms的计时单位，那么设定值PT = 5s÷100ms = 50。
  2. 对于断电延时定时器（TOF）和保持型通电延时定时器（TONR），计算方法类似，但需要注意其触发条件和计时逻辑的不同。

（二）多个定时器组合的计时计算

  1. 在实际的PLC程序中，常常需要使用多个定时器组合来实现复杂的计时功能。
    • 例如，要实现一个周期性的动作，每隔10分钟执行一次，每次执行持续30秒。可以使用一个通电延时定时器（TON1）和一个断电延时定时器（TOF1）组合实现。
    • 首先，设置TON1的计时时间为10分钟，当TON1计时到达后，触发一个动作，同时启动TOF1，设置TOF1的计时时间为30秒。在TOF1计时未结束期间，动作持续进行，当TOF1计时结束后，动作停止，然后重新启动TON1开始下一个周期的计时。
    • 在这种情况下，需要分别计算TON1和TOF1的设定值。假设计时单位为1秒，对于TON1，设定值PT1 = 10×60 = 600；对于TOF1，设定值PT2 = 30。

四、实际案例分析

（一）案例背景

  1. 在一个自动化流水生产线上，有一个工位需要对产品进行加热处理。要求产品进入工位后，先预热1分钟，然后以最大功率加热3分钟，最后冷却2分钟后离开工位。需要使用PLC程序来控制加热设备和传送设备的运行。

（二）PLC程序计时计算解决方案

  1. 对于预热阶段
    • 选择一个通电延时定时器TON1，假设计时单位为1秒。要实现1分钟（60秒）的预热时间，根据公式T = PT×Time base，设定值PT1 = 60。当产品进入工位触发一个传感器信号，该信号作为TON1的输入，当TON1计时到达60秒后，预热阶段结束。
  2. 对于最大功率加热阶段
    • 使用另一个通电延时定时器TON2。要实现3分钟（180秒）的加热时间，设定值PT2 = 180。TON1计时结束后，触发TON2开始计时，同时启动加热设备以最大功率运行。当TON2计时到达180秒后，最大功率加热阶段结束。
  3. 对于冷却阶段
    • 采用断电延时定时器TOF1。假设冷却设备在加热结束后立即启动，当加热结束信号（TON2计时结束信号）触发TOF1开始计时，要实现2分钟（120秒）的冷却时间，设定值PT3 = 120。在TOF1计时未结束期间，冷却设备持续运行，当TOF1计时结束后，产品冷却完成，可以离开工位，同时传送设备将产品传送至下一个工位。

（三）程序优化与注意事项

  1. 在编写PLC程序时，需要考虑定时器的重复使用和复位问题。例如，在上述案例中，每个定时器在完成计时任务后，需要根据生产流程的要求进行复位，以便下一个产品的处理。
  2. 同时，要注意计时精度的影响因素。在实际工业环境中，可能存在电磁干扰等因素影响PLC的计时精度。为了提高计时精度，可以采用更高级别的PLC或者采取抗干扰措施，如使用屏蔽电缆、增加滤波器等。
  3. 对于不同品牌和型号的PLC，定时器的指令格式和计时计算方法可能会有所不同，在实际应用中需要仔细查阅相关的编程手册。

五、结论

PLC程序中的计时计算是工业自动化控制中的重要组成部分。通过合理选择定时器类型、准确计算设定值以及正确组合多个定时器，可以实现各种复杂的计时控制功能。在实际应用中，需要根据具体的工业场景和控制要求，结合PLC的性能特点，编写高效、准确的PLC程序。同时，不断优化程序并注意计时精度等问题，以确保工业自动化生产过程的稳定、高效运行。

随着工业自动化技术的不断发展，PLC的功能也在不断增强，计时计算的灵活性和精度也将不断提高。对于工业自动化领域的技术人员来说，深入理解PLC程序计时计算原理和方法，不断积累实际应用经验，将有助于更好地应对各种复杂的工业自动化控制任务。