Как работают счётчики ПЛК CTU и CTD

Счётчики — базовые стандартные функциональные блоки в программировании ПЛК: они подсчитывают дискретные события (импульсы) и переключают выход при достижении заданного значения. Чтобы понять, как работают счётчики ПЛК CTU и CTD, а также реверсивный CTUD, достаточно разобрать три элемента: текущее значение CV, уставку PV и логику входов счёта и сброса. Ниже — назначение каждого блока, его входы и выходы, поведение по стандарту и типовые задачи подсчёта.

Что такое счётчик ПЛК

Счётчик — это стандартный функциональный блок, определённый в стандарте языков программирования ПЛК ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 действующий. В отличие от функции, функциональный блок хранит внутреннее состояние между вызовами: каждый экземпляр счётчика имеет собственную память, в которой удерживается текущее значение. Поэтому счётчик объявляют как экземпляр и вызывают в каждом цикле сканирования программы.

Счётчик реагирует на события, а не на время: каждый импульс на входе счёта изменяет текущее значение CV (current value). Когда CV достигает уставки PV (preset value), блок устанавливает статусный выход, который программа использует для запуска следующего действия. Если нужно реагировать на истёкшее время, а не на дискретные события, применяют не счётчик, а таймер.

Стандарт определяет три типа счётчиков: CTU — суммирующий (счёт вверх), CTD — вычитающий (счёт вниз) и CTUD — реверсивный (счёт в обоих направлениях).

Общие параметры: входы и выходы

У всех трёх счётчиков общий набор обозначений входов и выходов. Конкретный блок использует лишь часть из них.

CTU — суммирующий счётчик

Суммирующий счётчик CTU (count up) считает вверх от нуля к уставке. На каждый нарастающий фронт входа CU текущее значение CV увеличивается на единицу, пока не достигнет PV. Выход Q становится истинным, когда CV ≥ PV. Вход R сбрасывает CV в ноль и снимает Q. Это наиболее распространённый счётчик: «включить сигнал после прохождения N изделий».

IF R THEN
    CV := 0;
ELSIF (нарастающий фронт CU) AND (CV < PV) THEN
    CV := CV + 1;
END_IF;
Q := (CV >= PV);

CTD — вычитающий счётчик

Вычитающий счётчик CTD (count down) считает вниз от уставки к нулю. Вход LD (load) загружает в CV значение уставки PV. Далее на каждый нарастающий фронт входа CD текущее значение уменьшается на единицу, пока не достигнет нуля. Выход Q становится истинным, когда CV ≤ 0. Блок удобен для выдачи фиксированного количества и фиксации момента, когда запас исчерпан.

IF LD THEN
    CV := PV;
ELSIF (нарастающий фронт CD) AND (CV > 0) THEN
    CV := CV - 1;
END_IF;
Q := (CV <= 0);

CTUD — реверсивный счётчик

Реверсивный счётчик CTUD (count up/down) объединяет оба режима в одном блоке и имеет отдельные входы CU и CD с общим текущим значением CV. Нарастающий фронт CU увеличивает CV, нарастающий фронт CD — уменьшает. Вход R обнуляет счётчик, вход LD загружает уставку; сброс R имеет приоритет над загрузкой LD. Блок формирует два статусных выхода: QU истинен при CV ≥ PV, QD истинен при CV ≤ 0.

IF R THEN
    CV := 0;
ELSIF LD THEN
    CV := PV;
ELSE
    IF NOT (фронт CU AND фронт CD) THEN
        IF (фронт CU) AND (CV < верхний предел типа) THEN
            CV := CV + 1;
        ELSIF (фронт CD) AND (CV > нижний предел типа) THEN
            CV := CV - 1;
        END_IF;
    END_IF;
END_IF;
QU := (CV >= PV);
QD := (CV <= 0);

Фронт, сброс и загрузка уставки

Ключевая особенность входов счёта — реакция на фронт, а не на уровень. Входы CU и CD срабатывают по нарастающему фронту: учитывается переход сигнала из 0 в 1, а не сам факт его наличия. Поэтому удержание входа в единице даёт только один счёт — до следующего спада и нового фронта. Это и позволяет считать дискретные события.

1. Счёт по фронту. Один нарастающий фронт на CU или CD изменяет CV ровно на единицу.
2. Сброс R. Пока R истинен, CV удерживается в нуле; выход счёта снимается.
3. Загрузка LD. Истинный LD записывает в CV значение уставки PV (для вычитающего и реверсивного счёта).
4. Приоритет. В реверсивном блоке сброс R обрабатывается раньше загрузки LD, а одновременные фронты CU и CD не изменяют значение.

Функциональный блок обновляет выходы только когда он вызван. Счётчик необходимо вызывать в каждом цикле сканирования и объявлять как отдельный экземпляр — иначе фронты будут потеряны, а состояние не сохранится.

Типы данных и переполнение

Разрядность текущего значения CV и уставки PV задаётся типом счётчика. Базовый вариант использует знаковый 16-битный INT; для больших объёмов подсчёта применяют варианты блоков с более широкими целыми типами (например, с 32- и 64-битными значениями). Выбор типа определяет предельное число, до которого счётчик считает без переполнения.

Для подсчёта, идущего на миллионы событий, 16-битного INT недостаточно: при достижении верхней границы диапазона значение переполняется. Заранее выбирайте тип с запасом по диапазону под ожидаемое число событий.

Типовые задачи и рекомендации

Счётчики закрывают широкий класс задач, где важно количество событий, а не их длительность:

• Подсчёт изделий. CTU считает детали на конвейере и формирует партию заданного размера по достижении уставки.
• Дозирование партии. CTD отсчитывает вниз от заданного количества и фиксирует момент, когда партия выдана полностью.
• Баланс «вход/выход». CTUD отслеживает текущее заполнение накопителя, склада или буфера при поступлении и убытии позиций.

Частые причины некорректной работы: вход счёта заведён «по уровню», а не по фронту (тогда один длинный сигнал считается многократно или, наоборот, единожды); функциональный блок вызывается не в каждом цикле; используется один экземпляр там, где нужны независимые счётчики. Отдельно контролируйте выбор типа данных под ожидаемый объём подсчёта.