一、计数器指令概述
计数器是PLC中用于实现计数控制的核心指令，能够对脉冲信号进行累加、递减计数。在工业自动化控制中，计数器广泛应用于产品计数、位置检测、速度测量、批量控制等场景。
学习目标
- 掌握三种计数器（CTU、CTD、CTUD）的工作原理
- 理解计数器的计数范围和数据类型
- 熟练使用计数器实现各种计数控制功能
- 掌握计数器与定时器的组合应用
- 能够设计复杂的计数统计系统
- 完成工业现场的计数控制项目
计数器C0内部结构
计数器编号
C0
当前值
0 ~ 32767
预设值(PV)
用户设定
状态位
0或1
计数脉冲
CU/CD输入
复位端
R输入
装载端
LD输入
计数方向
向上/向下
二、计数器基础知识
2.1 计数器的工作原理
PLC中的计数器是一个16位有符号整数寄存器，用于累加或递减输入脉冲。当计数值达到预设值（PV）时，计数器位动作。
| 计数器参数 | 数值范围 | 数据类型 | 存储大小 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 计数器编号 | C0 - C255 | 计数器地址 | 3个字 | 共256个计数器 |
| 当前值 | -32768 ~ +32767 | 有符号整数 | 1个字 | 实际计数值 |
| 预设值(PV) | 1 ~ 32767 | 有符号整数 | 1个字 | 目标计数值 |
| 状态位 | 0或1 | 布尔型 | 1位 | 达到预设值时置1 |
重要注意事项
- 计数器当前值和预设值都是16位有符号整数
- 计数器位是布尔量，当当前值≥预设值时置1
- 计数器在达到预设值后继续计数，不会停止
- 每个计数器占用3个字的存储空间
- 计数器编号C0-C255，不能重复使用
2.2 计数器的三种类型
S7-200 SMART提供三种计数器，满足不同的计数需求：
| 计数器类型 | 指令 | 计数方向 | 复位方式 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 加计数器 | CTU | 向上计数 | 复位端R | 产品计数、产量统计 |
| 减计数器 | CTD | 向下计数 | 装载端LD | 剩余数量显示、倒计时 |
| 加减计数器 | CTUD | 双向计数 | 复位端R | 位置控制、流量累计 |
2.3 计数器的输入信号
计数器输入信号功能
CU
加计数脉冲
→
CD
减计数脉冲
→
R
复位信号
→
LD
装载信号
三、加计数器（CTU）
3.1 CTU计数器工作原理
CTU（Count Up）是向上加计数器。每次CU输入端从0变为1时，当前值加1。当当前值达到或超过预设值PV时，计数器位变为1。复位端R为1时，计数器复位。
CU脉冲
R复位
当前值CV
0 1 2 3 4 5
计数器位
说明
计数中 达到PV=5 复位
| 条件 | CU脉冲 | R复位 | 当前值CV | 计数器位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 初始状态 | 任意 | 0 | 0 | 0 | 计数器未启动 |
| CU上升沿 | 0→1 | 0 | CV+1 | CV<PV时为0 | 计数值加1 |
| CV≥PV | 任意 | 0 | 继续增加 | 1 | 达到预设值，位置1 |
| R=1复位 | 任意 | 1 | 0 | 0 | 计数器复位 |
3.2 CTU计数器编程实例
实例1：基本的产品计数控制
梯形图程序
Network 1 // 产品计数
I0.0 I0.1 C0
--| |----| |-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 100
Network 2 // 达到100个报警
C0 Q0.0
--| |--------( )--
Network 3 // 手动复位
I0.1 C0
--| |--------(R)--
// I0.0:产品检测，I0.1:手动复位，C0:计数100个
语句表程序
LD I0.0 // 产品检测信号
LD I0.1 // 复位信号
CTU C0, 100 // 计数到100
LD C0 // 计数达到
= Q0.0 // 报警输出
工作过程分析：
| 产品数量 | I0.0脉冲 | C0当前值 | C0位状态 | Q0.0报警 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0-99个 | 每个产品一个脉冲 | 0→99 | 0 | 0 | 计数中，未到设定值 |
| 第100个 | 一个脉冲 | 100 | 1 | 1 | 达到设定值，报警 |
| 100个以上 | 继续计数 | 继续增加 | 1 | 1 | 保持报警状态 |
| 按下复位 | - | 0 | 0 | 0 | 计数器复位，报警解除 |
实例2：批量包装控制
控制要求：每检测到10个产品，启动包装机包装5秒，然后继续计数。
批量包装控制程序
Network 1 // 产品计数
I0.0 T37 C0
--| |----|/|-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 10
Network 2 // 计数到10启动包装
C0 Q0.0
--| |---+----( )--
| | T37
+----+---(TON)--
IN PT
-- 50
Network 3 // 包装完成复位计数
T37 C0
--| |--------(R)--
// I0.0:产品检测，Q0.0:包装机，T37:5秒定时
工作过程：
四、减计数器（CTD）
4.1 CTD计数器工作原理
CTD（Count Down）是向下减计数器。每次CD输入端从0变为1时，当前值减1。当当前值减到0时，计数器位变为1。装载端LD为1时，计数器装载预设值PV。
CD脉冲
LD装载
当前值CV
5 4 3 2 1 0
计数器位
说明
装载PV=5 减到0
| 条件 | CD脉冲 | LD装载 | 当前值CV | 计数器位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| LD=1装载 | 任意 | 1 | PV | 0 | 装载预设值，位置0 |
| CD上升沿 | 0→1 | 0 | CV-1 | CV>0时为0 | 计数值减1 |
| CV=0 | 任意 | 0 | 0 | 1 | 减到0，位置1 |
| 继续CD脉冲 | 0→1 | 0 | 保持0 | 1 | 保持0，位置1 |
4.2 CTD计数器编程实例
实例3：剩余工件数量显示
控制要求：初始有50个工件，每加工完成一个减少1个，显示剩余数量，全部加工完成报警。
梯形图程序
Network 1 // 初始装载50个
I0.0 C0
--| |--------(CTD)--
CD LD PV
-- -- 50
Network 2 // 工件加工完成
I0.1 I0.0 C0
--|P|----|/|-----(CTD)--
CD LD PV
-- -- 50
Network 3 // 全部完成报警
C0 Q0.0
--| |--------( )--
Network 4 // 剩余数量显示
SM0.0 VW100
--| |---+---(MOV_W)--
| IN OUT
| -- --
+----(C0)--VW100
// I0.0:初始化，I0.1:加工完成，C0:剩余数量
工作过程分析：
| 操作 | 当前值CV | 计数器位 | VW100显示 | Q0.0报警 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 初始化I0.0=1 | 50 | 0 | 50 | 0 | 装载初始值50 |
| 加工第1个 | 49 | 0 | 49 | 0 | 剩余49个 |
| 加工第49个 | 1 | 0 | 1 | 0 | 剩余1个 |
| 加工第50个 | 0 | 1 | 0 | 1 | 全部完成，报警 |
五、加减计数器（CTUD）
5.1 CTUD计数器工作原理
CTUD（Count Up/Down）是双向加减计数器。具有加计数CU和减计数CD两个输入端，可以同时进行加减计数。复位端R为1时，计数器复位。
CU脉冲
CD脉冲
当前值CV
0 1 2 3 2 1
计数器位
说明
初始0 加计数 减计数
| 条件 | CU脉冲 | CD脉冲 | 当前值CV | 计数器位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 初始状态 | 任意 | 任意 | 0 | 0 | 计数器未启动 |
| CU上升沿 | 0→1 | 任意 | CV+1 | CV≥PV时为1 | 加计数 |
| CD上升沿 | 任意 | 0→1 | CV-1 | CV≥PV时为1 | 减计数 |
| CV≥PV | 任意 | 任意 | 继续变化 | 1 | 达到预设值 |
| R=1复位 | 任意 | 任意 | 0 | 0 | 计数器复位 |
5.2 CTUD计数器编程实例
实例4：仓库库存管理
控制要求：统计仓库物料数量，入库时加计数，出库时减计数，库存低于10报警。
库存管理程序
Network 1 // 入库出库计数
I0.0 I0.1 I0.2 C0
--|P|----|P|----| |-----(CTUD)--
CU CD R PV
-- -- -- 10
Network 2 // 库存显示
SM0.0 VW100
--| |---+---(MOV_W)--
| IN OUT
| -- --
+----(C0)--VW100
Network 3 // 低库存报警
C0 Q0.0
--| |--------( )--
Network 4 // 手动清零
I0.2 C0
--| |--------(R)--
// I0.0:入库，I0.1:出库，I0.2:清零，C0:库存数量
工作过程分析：
| 操作 | 入库I0.0 | 出库I0.1 | C0当前值 | C0位状态 | Q0.0报警 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 库存0，报警 |
| 入库5次 | 5个脉冲 | 0 | 5 | 0 | 1 | 库存5，仍报警 |
| 再入库5次 | 5个脉冲 | 0 | 10 | 1 | 0 | 库存10，报警解除 |
| 出库3次 | 0 | 3个脉冲 | 7 | 0 | 1 | 库存7，报警 |
实例5：双向位置控制
控制要求：控制小车在轨道上运行，前进传感器计数加，后退传感器计数减，到达指定位置停止。
位置控制程序
Network 1 // 位置计数
I0.0 I0.1 I0.2 C0
--|P|----|P|----| |-----(CTUD)--
CU CD R PV
-- -- -- 100
Network 2 // 前进控制
I0.3 C0 I0.4 Q0.0
--| |----|/|----|/|-----( )--
Network 3 // 后退控制
I0.4 C0 I0.3 Q0.1
--| |----|/|----|/|-----( )--
Network 4 // 位置显示
SM0.0 VW100
--| |---+---(MOV_W)--
| IN OUT
| -- --
+----(C0)--VW100
// I0.0:前进脉冲，I0.1:后退脉冲，I0.2:复位
控制逻辑：
六、计数器扩展与组合应用
6.1 大范围计数扩展
单个计数器最大计数值为32767，通过计数器级联可以实现更大范围的计数。
实例6：百万级产品计数
级联计数程序
Network 1 // 个位计数
I0.0 I0.1 C0
--| |----| |-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 1000
Network 2 // 千位计数脉冲
C0 M0.0
--| |---+----( )--
| | C0
+----+---(R)--
// 每1000个产品产生一个脉冲
Network 3 // 千位计数
M0.0 I0.1 C1
--| |----| |-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 1000
Network 4 // 百万位计数脉冲
C1 M0.1
--| |---+----( )--
| | C1
+----+---(R)--
Network 5 // 百万位计数
M0.1 I0.1 C2
--| |----| |-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 1000
Network 6 // 总产量计算
SM0.0 VD100
--| |---+---(MOV_DW)--
| IN OUT
| -- --
+----(C0)--VD100
ITD C1, VD104
*D 1000, VD104
ITD C2, VD108
*D 1000000, VD108
+D VD100, VD104, VD112
+D VD108, VD112, VD116
// 总产量 = C0 + C1×1000 + C2×1000000
计数范围计算：
个位计数器C0：0 ~ 999
千位计数器C1：0 ~ 999 (代表0~999,000)
百万位计数器C2：0 ~ 999 (代表0~999,000,000)
总计数范围：0 ~ 999,999,999
千位计数器C1：0 ~ 999 (代表0~999,000)
百万位计数器C2：0 ~ 999 (代表0~999,000,000)
总计数范围：0 ~ 999,999,999
6.2 计数器与定时器组合
实例7：设备运行频率测量
控制要求：测量电机转速，计算每分钟转数。
转速测量程序
Network 1 // 1秒定时
I0.0 T37
--| |--------(TON)--
IN PT
-- 10
Network 2 // 1秒脉冲计数
I0.1 T37 C0
--|P|----|/|-----(CTU)--
CU R PV
-- -- 65535
// I0.1:编码器脉冲，每转1个脉冲
Network 3 // 1秒到处理
T37 VW100
--| |---+---(MOV_W)--
| IN OUT
| -- --
+----(C0)--VW100
| C0
+---(R)--
Network 4 // 计算转速(rpm)
SM0.0 VW102
--| |---+---(MUL)--
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---(VW100) 60 VW102
// 转速 = 1秒脉冲数 × 60
工作原理：
七、综合应用案例
7.1 案例一：自动包装生产线
控制要求：
- 生产线有3个工位，每个工位有独立计数器
- 产品经过每个工位时计数，并记录该工位产量
- 每100个产品自动打包一次
- 每打包10箱（1000个）自动换箱
- 记录总产量、班产量、打包箱数
- 有产量清零、班次切换功能
I/O分配：
- 工位1检测：I0.0，工位2检测：I0.1，工位3检测：I0.2
- 打包启动：Q0.0，换箱启动：Q0.1
- 班次切换：I0.3，产量清零：I0.4
- 运行指示：Q0.2，故障报警：Q0.3
计数器规划：
| 计数器 | 功能 | 预设值 | 存储地址 |
|---|---|---|---|
| C0 | 工位1产量 | 无限制 | VW10 |
| C1 | 工位2产量 | 无限制 | VW12 |
| C2 | 工位3产量 | 无限制 | VW14 |
| C3 | 打包计数(每100个) | 100 | VW16 |
| C4 | 箱数计数(每10箱) | 10 | VW18 |
| C5 | 总产量累计 | 无限制 | VW20 |
7.2 案例二：立体仓库管理系统
控制要求：
- 仓库有5层货架，每层有20个货位
- 入库时选择空货位，出库时选择有货货位
- 记录每个货位的库存状态（0/1）
- 统计总入库数、总出库数、当前库存
- 库存低于安全库存时报警
- 每月自动生成库存报表
程序设计思路：
库存计算：
当前库存 = 总入库数 - 总出库数
VW100 = C10 - C11
库存率 = (当前库存 ÷ 总容量) × 100%
缺货报警：当前库存 < 安全库存
VW100 = C10 - C11
库存率 = (当前库存 ÷ 总容量) × 100%
缺货报警：当前库存 < 安全库存
八、常见问题与调试技巧
8.1 常见编程问题
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 计数器不计数 | 脉冲信号没有上升沿 | 检查脉冲信号，使用上升沿检测 |
| 计数不准确 | 脉冲信号抖动 | 增加硬件滤波或软件防抖 |
| 计数器不复位 | 复位条件不满足 |
