PLC高速計數模塊在測量方面的應用實現

張清

摘 要：本文介紹了一種PLC高速計數模塊的一種設計方法，內容包括了應用高速模塊所需要的軟件，硬件環境，并用工程實例加以說明。

關鍵詞：高速計數；PLC；測量

1 引言

隨著生產力的不斷發展和自動化程度的持續提高，在很多場合中，普通的計數模式對高速脈沖信號的處理已經提出了更高的要求。比如說普通的PLC受掃描周期的限制，只能處理幾十Hz的脈沖信號，為此很多廠家為PLC配套開發了高速計數模塊，如西門子的FM350-2，羅克韋爾的1746-HSCE2，施耐德的TSX CTY 2A/4A/2C等等。他們可以對幾十KHz，甚至上MHz的脈沖信號進行計數處理。本文將以施耐德的TSX CTY 4A為例講述高速計數器的應用實現，包括硬件配置，軟件設置，外圍電路構建及其應用實例。

2 TSX CTY 4A的硬件配置和軟件設置

TSX CTY 4A主要是配合施耐德中型PLC Premium而推出的產品，該產品使用現今流行的插槽式，模塊化設計，他一出現就以其穩定的性能和其強大的兼容性在PLC控制系統中占據了一席之地。

2.1 TSX CTY4A的硬件描述

TSXCTY4A的硬件主要由兩部分組成，第一部分4通道，SUB D15針的4通道計數輸入通道，通道最高可接受40KHz的信號，輸入兼容增量型編碼器，5V或10至30VDC均可。第二部分為HE10標準的20針輔助輸入輸出接口，主要用于復位計數器，設定計數器預設值，捕獲計數器的當前值，輸出至外部繼電器。

2.2 TSX CTY 4A的硬件配置

TSX CTY 4A使用Unity Pro進行硬件配置，Unity Pro主要使用圖形拖拽式來添加硬件，并提供豐富的選項供使用者進行基本配置

2.3 TSX CTY 4A的軟件設置

如果需要在Unity Pro中調用所配置的高速計數模塊，還需要在軟件中做一些配置，在變量申明表中創建變量名，名稱可以任意定義，選擇相應的高速計數類型，然后將對應的硬件地址輸入到地址欄中，這樣就完成了軟件上的設置。這個變量實際上是一個變量組，如果展開這個變量組，你將看到這個地址上所有的和高速計數有關的變量，通過這些變量實現對高速計數接口進行參數設定，調用等等。

3 TSX CTY 4A的高速計數模式

TSX CTY 4A模塊對于每個通道有三個計數輸入：IA、IB 和IZ，如圖一所示，不能更改這些輸入的位置。在使用模塊時，對應不同的應用要求，三個計數輸入擔負著不同的功能。下面會介紹下3種不同的計數模式。

3.1 IA加/減計數，方向取決于IB

在IA引腳上脈沖的上升沿進行加/減計數，當IB為1時，進行加計數，當IB為0時，進行減計數。

3.2 IA加計數，IB減計數

加/減計數器考慮當前物理輸入的上升沿上的脈沖。IA輸入遞增計數器（加計數）而IB輸入遞減此計數器（減計數）。如果兩個輸入上的脈沖是同步的，則加/減計數器不發生更改。

3.3 遞增編碼器，通過IA IB兩個計數輸入配合，來確定該計數通道的狀態

在此操作模式下，物理輸入IA和IB連接到一個遞增編碼器，此遞增編碼器提供兩個成900的相位抵消信號。輸入IA和IB相位抵消的程度決定加/減計數的方向。如果IA先于IB 900的相位，則為加計數，反之IA晚于IB 900的相位，則為減計數。

另外在選擇了遞增編碼器后，還有一個選項是選擇乘數（1或者4），通過選擇數乘4，可以將計數的精度增加4倍。

4 TSX CTY計數模塊的應用實例

4.1 任務要求及模型建立

此例為高速計數模塊測量距離的應用，任務要求測量過載繼電器的三個雙金屬觸頭至參考點O的距離，從而為剪切脫扣器提供參考。為了更直觀地理解任務的要求和解決的方案，做出模型圖來解釋，如圖二所示。

4.1.1 硬件介紹

紅寶石測量頭M1，M2，M3

此測量頭品牌為Ranishaw，型號為PH1，此測量頭在三坐標測量設備中應用較為廣泛，主要特點是觸發靈敏，而且由于頭部使用紅寶石，有很強的硬度，所以在使用壽命上和精度上都表現優異。

力傳感器F1

此力傳感器品牌為Kistler，型號為9203，此傳感器要配合Kistler的力傳感器適配器5855B21一起使用，主要特點是靈敏度高，能感測0.1g的微小力。

步進電機

對于精確測量，步進電機作為所有機構的驅動，是有精度要求的，在本實例中電機配合滾珠絲桿，最終要求達到1微米的精度，此處選擇了PHYTRON品牌的步進電機和精密滾珠絲桿。

位移傳感器D1，D2，D3

此位移傳感器品牌為Heidenhain ST3078，內部檢測單元為光柵尺，測量精度為±1微米，信號輸出為TTL電平，需要配合高速計數模塊使用，通過高速計數模塊內嵌的指令來獲取測量值。

4.1.2 模型功能介紹

4.1.2.1 測量系統的標定

標定的目的是要得到a，b，c的值。在標定模式下，我們需要一個標準件，此標準件的外形與產品相似，通過三坐標測量，此標準件的l1，l2，l3已知，標定步驟為1.步進電機往左運動，直至觸發力傳感器F1。2.將位移傳感器D1，D2，D3復位為0。3.步進電機往右運動。4.在運動的過程中將會觸發紅寶石探頭，如果觸發了M1，就捕獲D1的值為d1，觸發M2，捕獲D2的值為d2，觸發M3，則捕獲D3的值為d3。最終可以得到結果：a=l1+d1， b=l2+d2，c=l3+d3。

4.1.2.2 常規測量

常規測量時，a，b，c的值通過標定過程已知，測量步驟為1.步進電機往左運動，直至觸發力傳感器F1。2.將位移傳感器D1，D2，D3復位為0。3.步進電機往右運動。4.在運動的過程中將會觸發紅寶石探頭，如果觸發了M1，就捕獲D1的值為d1，觸發M2，捕獲D2的值為d2，觸發M3，則捕獲D3的值為d3。所示，最終可以得到結果：l1=a-d1，l2=b-d2，l3=c-d3。

4.2 構建硬件電路圖

為了快速響應位移傳感器，準確及時得捕獲位移傳感器的讀值，在硬件電路設計時，對于位移傳感器的讀取，復位都采用硬件中斷觸發，這樣可以避免由于PLC軟件程序段的冗長而影響數據處理的速度。使得測量系統能正確的反映測量值，電路示意圖如圖三所示。

4.3 任務的軟件實現

在軟件設計時，由于位移傳感器的讀取復位都已經使用了硬件觸發模式，所以只要確立好軟件讀取的時機即可，相對來說就容易設計，保證每次測量結束的周期里，將寄存器里的讀值取出即可。程序的編寫可以多種方式，下面以指令語句為例。

第一步：啟動步進電機往左運動

IF Re（Start_measure） then

SMOVE（%ch0.6.0，2，91，9，-10000，5000，0）；

End_If；

第二步：步進電機往左運動后，一旦觸發力傳感器F1，位移傳感器D1，D2，D3通過輔助輸入輸出接口的信號復位為0，然后電機往右運動

IF （D1_Rst_Ok and D2_Rst_Ok and D3_Rst_Ok and F1_Force_Reach） then

SMOVE （%ch0.6.0， 2， 91， 9，12000， 5000， 0）；

End_If；

第三步：步進電機在往右的過程中將會觸發紅寶石探頭，硬件啟動捕獲，軟件適時讀取寄存器的讀值，至紅寶石均觸發后，測量完成

IF （M1_Reach and M2_Reach and M3_Reach） then

End_Measure：=1；

Measure_Value1：=D1_Capt；

Measure_Value2：=D2_Capt；

Measure_Value3：=D3_Capt；

End_If；

最后，通過簡單的換算，很容易得到最終的l1，l2，l3的值

5 結語

本文論述了在PLC控制系統下，應用高數計數模塊實現精確測量的一種設計思路。該設計整體測量精度高，系統穩定，速度快，適合用于快節奏的流水生產線上。

[參考文獻]

[1]施耐德公司.使用Unity Pro的Premium和Atrium計數器模塊用戶手冊.05/2010.

[2]施耐德公司.Unity Pro程序語言和結構參考手冊.05/2010.