摘要：本文根据方波信號不同的使用场景，以及针对不同的用户群体，以三菱FX2N系列PLC为主体，设计了多种PLC方波信号的输出方法，可以用于PLC中闪烁电路、报警电路、灯光系统等程序的设计，提高使用者的学习工作效率。

关键词：方波信号;定时器;分频电路;脉冲触发

方波信号是一种周期性的占空比为50%的矩形波，各种频率的方波信号在PLC程序设计中应用非常广泛，比如交通信号灯系统，故障报警系统，步进电机控制系统以及大部分复杂程序的设计都会涉及到不同频率方波信号的应用。其中不同频率的方波信号都有较为合适的程序设计方法。使用合适的指令来设计程序，可以起到事半功倍的效果，也可以帮助我们提高工作学习的效率。

1 发现问题

笔者作为一个中等职业学校的老师，在日常教学过程中就经常会遇到一些学生，在设计灯光闪烁程序，或是报警程序时，不知道如何正确且快捷地输出一个方波信号，尤其是一些2HZ、3HZ等不经常用到的方波信号，使得总体的程序设计进度变慢，甚至部分学生就此卡在这一类问题上，无法继续PLC程序的设计任务。本文基于三菱FX3U系列PLC，通过实践多种不同的程序设计方法，来实现PLC方波信号的输出，以便读者在日常工作或是学习过程中，找到合适的程序设计方法。

2 实践探索

2.1 系统自带方波信号

PLC内部有很多辅助继电器（M），以三菱的FX2N系列为例，其内部共有256个特殊辅助继电器，其中M8011-M8014就是4个固定频率的方波信号，分别是lOms、lOOms、Is和Imin时钟脉冲，此类特殊辅助继电器是在日常程序设计中使用最为广泛的，很多初学者在设计闪烁程序时都会使用M8013来实现1S为周期的方波信号输出，其梯形图设计方法和时序图如图1所示。

可见M8013可以很方便的输出1s为周期的方波信号，对于刚开始接触PLC编程的人员来说，是非常简单实用的一种程序设计方法，但其缺陷也很明显，特殊辅助继电器M8011-M8014只能输出4个固定的频率，如果所设计的系统需要其它频率的方波信号，如2HZ、5HZ，那么仅仅依靠此类的特殊辅助继电器是无法实现的，另外此类特殊辅助继电器在使用过程中还有一个很致命的问题，就是无法准确控制其相序。以M8013为例，由于特殊辅助继电器只要PLC开始正常运行，其信号就开始源源不断地输出了，若要在x0动作的时刻使得YO开始闪烁3次，那么由于XO为on时，M8013状态的不确定性，程序就无法保证YO刚好输出3次完整周期的闪烁信号，以至于你会有50%的可能看到灯闪四次的情况，如图2所示，这对于一些需要严格控制输出情况的系统，是不能满足的，所以此类特殊辅助继电器的应用是有很大局限性的。

2.2 使用定时器基本指令实现方波信号输出

定时器是PLC中最常用的一个功能，三菱FX2N系列的PLC给用户提供了最多256个定时器，其编号为TO-T255，按其计时精度可以分为1ms、10ms、100ms三档，利用这些定时器，可以实现多种不同频率方波信号的输出，如图2所示则是用lOms定时器实现的2HZ方波信号输出。

此程序的控制过程是利用了两个定时器，分别计算YO通断的时间，这里由于是2HZ的信号输出，所以使用了T200-T245之间的10ms定时器，如果对控制要求不高，则使用100ms的定时器也完全可以实现。该程序相对于M8013指令稍显复杂一点，但是其使用起来较为灵活，通过设定不同的定时器参数，可以实现大部分频率的方波信号输出，并且对于刚开始学习PLC的学生来说，这也是一种熟悉定时器运用方式，在实训教学中运用较为广泛。

2.3 利用触点比较指令实现方波的精确输出

另外还可以通过运用触点比较指令与定时器相结合，实现对方波信号的精准控制，梯形图设计如图3所示。

触点比较指令通过对TO定时器的精确控制，可以实现大部分要求的方波输出，还可以通过调整触点比较的数值，输出不同占空比的方波波形，是一种运用非常广泛的程序设计方法，在以时间轴为设计主线的程序中，运用尤其普遍，例如交通信号灯系统的设计。该指令的缺点是指令输入较为繁琐，如果输出的变化较多，则需要花费大量时间在指令输入上，不过在时间轴明确的情况下，这种设计方法可以通过大量的重复劳动减少程序设计和调试的时间。

2.4 使用分频电路设计实现方波信号输出

若在程序设计过程中，已经有某一个频率的输出信号，如Y1（1HZ），而现在需要输出一个0.5HZ的信号，那么这个时候就可以使用分频电路来实现方波的输出，梯形图设计如图4所示。

用PLC可以实现对输入信号的任意分频，将脉冲信号送到Y1端，使M10的常开触点闭合一个扫描周期，Y2线圈接通并保持。当第二个脉冲信号到来时，M10的常开触点闭合一个扫描周期，常闭触点断开一个扫描周期，此时Y2的常闭触点和M10常闭触点断开，Y2线圈断电。第三个脉冲到来时，M10又产生单脉冲，Y2线圈再次接通，输出信号又建立。在第四个脉冲的上升沿到来时，输出再次消失。然后就一直循环往复，重复上述过程，此时输出Y2是输出Y1的二分频。这种设计方法在实际使用中应用不多，但是对于编程者理解PLS指令和PLC是扫描原理是有帮助的，也是一种值得一试的方法。

2.5使用ALT交替输出指令实现闪烁程序

ALT指令在三菱PLC中被归为方便指令，如果你仔细去研究一下这个指令，你会发现这个指令确实配得上“方便”二字，以下是ALT指令输出方波信号的几种方法。

2.5.1交替输出指令实现的二分频电路

如图5所示，通过ALT指令的实际运用可以看到，该指令通过对输入信号M8013上升沿的检测，触发ALT翻转指令，从而改变输出信号YO的状态，是一种非常简便又功能强大的指令。此处需要注意由于M8013是方波信号，不是单脉冲信号，所以要使用上升沿触发的ALTP指令，否则会导致输出错误。

2.5.2交替输出指令实现的闪烁电路

如图6所示，此程序通过定时器T200的计时和通断，产生250ms -次的单脉冲信号然后通过ALT翻转指令实现Y1的交替输出，从而产生方波信号。ALT指令通过与定时器的配合可以很方便地产生大多数我们想要的方波信号，而且使用起来也很方便，程序也比较简洁，前提是要对该指令和PLC的脉冲触发形式有一定的了解。

3 总结

方波信号在PLC程序的设计中的运用非常广泛，程序实现的方法也非常多，本文仅从日常程序设计和教学实践的角度，罗列了部分常用的程序设计方法，希望能为读者在日常工作或是学习过程中提供一些帮助。

参考文献

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[3]付宁宁，三菱PLC和步进电机实现二维位置控制[J]，电子世界，2013 （16）：42.

[4]郑贤瀛，浅析PLC用户程序几种编程方法[J].自动化技术与应用，2020，39 （09）：69-73.

作者简介

程超（1989-），男，江苏省常熟市人。大学本科学历，助理讲师。研究方向为工业自动化。