S7-200 PLC定时器功能及定时器指令的实现

    首先就是要实现一个实时时钟，在程序中使用C8051F020的TIMERO 16位定时／计数器方式产生1ms定时中断。由于PLC系统中需要1ms定时器个数较少，所以在中断程序中处理PLC的1ms定时器。对于10ms定时器，以变量记录一个扫描周期内10ms总计数。而对于100ms定时器，则是以变量来记录两次定时器指令执行的时间间隔的100ms总计数。    另外由于S7-200还提供以1s和1min为周期的时钟脉冲，所以系统也在此中断程序中实现。如图1-72所示。
    图1-72    PLC运行系统定时中断服务子程序设计流程    从PLC系统需要来看，三种PLC的定时器的个数都是不同的，而且由于100ms定时器用户需要使用的最多，因此系统需要提供的也最多。以S7-200为例，有256个定时器，其中1ms定时器有4个，10ms定时器有16个，其余236个为100ms定时器，并且每种定时器还有具体功能上的分类（通电延时、断电延时、保持型通电延时等）。因此使用C51实现PLC运行系统时就要考虑定时器实现上的可扩展性。另外，由于每个定时器都必须独立运行，相关的参数比较多，例如，定时器的工作状态（启动与否）、相应线圈的动作状态（闭合与否）、定时器的设定值、定时器的当前值等。综合考虑以上因素，可使用在C8051F020内部4KB RAM（使用关键字xdata定义）里存储的结构体变量来实现多个定时器状态及参数的记录。    结构体TIMER包括5个成员，分别是定时器类型(timer type)、定时器预设值(set value)、定时器当前值(current value)、定时器线圈状态(action state)以及定时器工作状态（启动与否）(working start)。用户使用的每一个定时器都是一个TIMER结构体变量。总结起来，定时器功能实现程序都以C51函数形式提供给上位机，主要包括以下三项。    ①定时中断服务子程序。使用单片机的定时器TIMERO获得1ms中断，对于1ms定时器处理立刻进行。对于10ms定时器，记录一个扫描周期内的累计计数；对于100ms定时，则记录其指令执行周期内的累计计数，图1-72为定时中断服务子程序流程图。
    图1-73    定时器处理子程序    ②定时器处理子程序。程序流程图如图1-73所示，程序中使用结构体变量指针作为参数，用户使用几个定时器就在相应位置调用几次此子程序。对于不同分辨率定时器，可使用同一个处理子程序，但是调用此程序的位置不尽相同，对于1ms定时器，子程序应该在1ms中断子程序内调用，1ms定时器个数不能够太多（提供Ims定时器的个数越多，定时中断服务子程序越长，对定时精度影响越大）；对于10ms定时器，需要在每个扫描周期的开始调用定时器处理子程序；对于100ms定时器，则在执行定时器指令的时候，调用定时器处理子程序。对于中断子程序中记录三种定时时段的总计数（见图1-72）的清零处理：1ms累计计数变量在定时中断服务子程序中计到满10次(10ms)时清零，一个扫描周期内10ms累计计数在扫描周期初定时器累加刷新完毕时清零，一个扫描周期内100ms累计计数则在扫描周期最后清零（在保证多定时器同时使用的情况下，误差可以降到最低）。    ③定时器指令实现的子程序。指令对三种定时器都是相同的，有三种：TON、TOF以及TONR，分别是通电延时定时器指令、断电延时定时器指令以及保持型通电延时定时器。但是针对三种定时器的类型不同，要进行不同的处理，这一点前面也已经分析过了。定时器指令实现相关C51函数如表1-5所示。
    图1-74    定时器TON指令实现子程序    表1-5    定时指令实现相关C51函数
    以TON指令为例，程序流程如图1-74所示，此子程序使用定时器指令的两个参数：固定定时器的结构体变量指针及设定值作为参数，图中虚线框的意思是对于三种定时器都要运行此部分程序。    用户使用定时器时要注意，由于可以在1ms内的任意时刻启动定时器，预设值必须设为比最小要求定时器间隔大一个时间间隔，例如，使用1ms定时器时，为了保证时间间隔至少为56ms，则预设时间值应设为57。10ms、100ms定时器有同样的问题，例如，使用10ms定时器时，为了保证时间间隔至少为140ms，则预设时间值应设为15。使用100ms定时器时，为了保证时间间隔至少为2100ms，则预设时间值应设为22。    在分析研究S7-200的三种定时器的定时器位及定时器当前值刷新原理的基础上，介绍了如何对于PLC定时器功能及指令进行C51实现，并且给出了关键程序的设计流程图。