三菱PLC方波信號輸出方法探究

摘要：本文根據(jù)方波信號不同的使用場景，以及針對不同的用戶群體，以三菱FX2N系列PLC為主體，設(shè)計了多種PLC方波信號的輸出方法，可以用于PLC中閃爍電路、報警電路、燈光系統(tǒng)等程序的設(shè)計，提高使用者的學(xué)習工作效率。

關(guān)鍵詞：方波信號;定時器;分頻電路;脈沖觸發(fā)

方波信號是一種周期性的占空比為50%的矩形波，各種頻率的方波信號在PLC程序設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛，比如交通信號燈系統(tǒng)，故障報警系統(tǒng)，步進電機控制系統(tǒng)以及大部分復(fù)雜程序的設(shè)計都會涉及到不同頻率方波信號的應(yīng)用。其中不同頻率的方波信號都有較為合適的程序設(shè)計方法。使用合適的指令來設(shè)計程序，可以起到事半功倍的效果，也可以幫助我們提高工作學(xué)習的效率。

1 發(fā)現(xiàn)問題

筆者作為一個中等職業(yè)學(xué)校的老師，在日常教學(xué)過程中就經(jīng)常會遇到一些學(xué)生，在設(shè)計燈光閃爍程序，或是報警程序時，不知道如何正確且快捷地輸出一個方波信號，尤其是一些2HZ、3HZ等不經(jīng)常用到的方波信號，使得總體的程序設(shè)計進度變慢，甚至部分學(xué)生就此卡在這一類問題上，無法繼續(xù)PLC程序的設(shè)計任務(wù)。本文基于三菱FX3U系列PLC，通過實踐多種不同的程序設(shè)計方法，來實現(xiàn)PLC方波信號的輸出，以便讀者在日常工作或是學(xué)習過程中，找到合適的程序設(shè)計方法。

2 實踐探索

2.1 系統(tǒng)自帶方波信號

PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器（M），以三菱的FX2N系列為例，其內(nèi)部共有256個特殊輔助繼電器，其中M8011-M8014就是4個固定頻率的方波信號，分別是lOms、lOOms、Is和Imin時鐘脈沖，此類特殊輔助繼電器是在日常程序設(shè)計中使用最為廣泛的，很多初學(xué)者在設(shè)計閃爍程序時都會使用M8013來實現(xiàn)1S為周期的方波信號輸出，其梯形圖設(shè)計方法和時序圖如圖1所示。

可見M8013可以很方便的輸出1s為周期的方波信號，對于剛開始接觸PLC編程的人員來說，是非常簡單實用的一種程序設(shè)計方法，但其缺陷也很明顯，特殊輔助繼電器M8011-M8014只能輸出4個固定的頻率，如果所設(shè)計的系統(tǒng)需要其它頻率的方波信號，如2HZ、5HZ，那么僅僅依靠此類的特殊輔助繼電器是無法實現(xiàn)的，另外此類特殊輔助繼電器在使用過程中還有一個很致命的問題，就是無法準確控制其相序。以M8013為例，由于特殊輔助繼電器只要PLC開始正常運行，其信號就開始源源不斷地輸出了，若要在x0動作的時刻使得YO開始閃爍3次，那么由于XO為on時，M8013狀態(tài)的不確定性，程序就無法保證YO剛好輸出3次完整周期的閃爍信號，以至于你會有50%的可能看到燈閃四次的情況，如圖2所示，這對于一些需要嚴格控制輸出情況的系統(tǒng)，是不能滿足的，所以此類特殊輔助繼電器的應(yīng)用是有很大局限性的。

2.2 使用定時器基本指令實現(xiàn)方波信號輸出

定時器是PLC中最常用的一個功能，三菱FX2N系列的PLC給用戶提供了最多256個定時器，其編號為TO-T255，按其計時精度可以分為1ms、10ms、100ms三檔，利用這些定時器，可以實現(xiàn)多種不同頻率方波信號的輸出，如圖2所示則是用lOms定時器實現(xiàn)的2HZ方波信號輸出。

此程序的控制過程是利用了兩個定時器，分別計算YO通斷的時間，這里由于是2HZ的信號輸出，所以使用了T200-T245之間的10ms定時器，如果對控制要求不高，則使用100ms的定時器也完全可以實現(xiàn)。該程序相對于M8013指令稍顯復(fù)雜一點，但是其使用起來較為靈活，通過設(shè)定不同的定時器參數(shù)，可以實現(xiàn)大部分頻率的方波信號輸出，并且對于剛開始學(xué)習PLC的學(xué)生來說，這也是一種熟悉定時器運用方式，在實訓(xùn)教學(xué)中運用較為廣泛。

2.3 利用觸點比較指令實現(xiàn)方波的精確輸出

另外還可以通過運用觸點比較指令與定時器相結(jié)合，實現(xiàn)對方波信號的精準控制，梯形圖設(shè)計如圖3所示。

觸點比較指令通過對TO定時器的精確控制，可以實現(xiàn)大部分要求的方波輸出，還可以通過調(diào)整觸點比較的數(shù)值，輸出不同占空比的方波波形，是一種運用非常廣泛的程序設(shè)計方法，在以時間軸為設(shè)計主線的程序中，運用尤其普遍，例如交通信號燈系統(tǒng)的設(shè)計。該指令的缺點是指令輸入較為繁瑣，如果輸出的變化較多，則需要花費大量時間在指令輸入上，不過在時間軸明確的情況下，這種設(shè)計方法可以通過大量的重復(fù)勞動減少程序設(shè)計和調(diào)試的時間。

2.4 使用分頻電路設(shè)計實現(xiàn)方波信號輸出

若在程序設(shè)計過程中，已經(jīng)有某一個頻率的輸出信號，如Y1（1HZ），而現(xiàn)在需要輸出一個0.5HZ的信號，那么這個時候就可以使用分頻電路來實現(xiàn)方波的輸出，梯形圖設(shè)計如圖4所示。

用PLC可以實現(xiàn)對輸入信號的任意分頻，將脈沖信號送到Y(jié)1端，使M10的常開觸點閉合一個掃描周期，Y2線圈接通并保持。當?shù)诙€脈沖信號到來時，M10的常開觸點閉合一個掃描周期，常閉觸點斷開一個掃描周期，此時Y2的常閉觸點和M10常閉觸點斷開，Y2線圈斷電。第三個脈沖到來時，M10又產(chǎn)生單脈沖，Y2線圈再次接通，輸出信號又建立。在第四個脈沖的上升沿到來時，輸出再次消失。然后就一直循環(huán)往復(fù)，重復(fù)上述過程，此時輸出Y2是輸出Y1的二分頻。這種設(shè)計方法在實際使用中應(yīng)用不多，但是對于編程者理解PLS指令和PLC是掃描原理是有幫助的，也是一種值得一試的方法。

2.5使用ALT交替輸出指令實現(xiàn)閃爍程序

ALT指令在三菱PLC中被歸為方便指令，如果你仔細去研究一下這個指令，你會發(fā)現(xiàn)這個指令確實配得上“方便”二字，以下是ALT指令輸出方波信號的幾種方法。

2.5.1交替輸出指令實現(xiàn)的二分頻電路

如圖5所示，通過ALT指令的實際運用可以看到，該指令通過對輸入信號M8013上升沿的檢測，觸發(fā)ALT翻轉(zhuǎn)指令，從而改變輸出信號YO的狀態(tài)，是一種非常簡便又功能強大的指令。此處需要注意由于M8013是方波信號，不是單脈沖信號，所以要使用上升沿觸發(fā)的ALTP指令，否則會導(dǎo)致輸出錯誤。

2.5.2交替輸出指令實現(xiàn)的閃爍電路

如圖6所示，此程序通過定時器T200的計時和通斷，產(chǎn)生250ms -次的單脈沖信號然后通過ALT翻轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)Y1的交替輸出，從而產(chǎn)生方波信號。ALT指令通過與定時器的配合可以很方便地產(chǎn)生大多數(shù)我們想要的方波信號，而且使用起來也很方便，程序也比較簡潔，前提是要對該指令和PLC的脈沖觸發(fā)形式有一定的了解。

3 總結(jié)

方波信號在PLC程序的設(shè)計中的運用非常廣泛，程序?qū)崿F(xiàn)的方法也非常多，本文僅從日常程序設(shè)計和教學(xué)實踐的角度，羅列了部分常用的程序設(shè)計方法，希望能為讀者在日常工作或是學(xué)習過程中提供一些幫助。

參考文獻

[1]謝文革，淺談三菱PLC的邏輯設(shè)計法[J].南方農(nóng)機，2020，51（05）：206-208.

[2]陳英俊，黃崇林，交流伺服電機的PLC控制綜合性實驗開發(fā)與設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34 （02）：147-15 0.

[3]付寧寧，三菱PLC和步進電機實現(xiàn)二維位置控制[J]，電子世界，2013 （16）：42.

[4]鄭賢瀛，淺析PLC用戶程序幾種編程方法[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2020，39 （09）：69-73.

作者簡介

程超（1989-），男，江蘇省常熟市人。大學(xué)本科學(xué)歷，助理講師。研究方向為工業(yè)自動化。