高速編碼器在流量計(jì)量中的應(yīng)用

楊 智，裴 銳

[沈陽市市場監(jiān)管事務(wù)服務(wù)與行政執(zhí)法中心（沈陽市檢驗(yàn)檢測中心) 沈陽計(jì)量測試院，沈陽 110179]

高速編碼器可用于容積式流量計(jì)的流量計(jì)量，編碼器可以針對機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)角度和圈數(shù)輸出準(zhǔn)確的脈沖信號，并且具備A、B、Z 信號輸出功能，可以通過判斷機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行正向和反向的流量計(jì)量。應(yīng)用X2 控制器對編碼器的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集處理，可以實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)量[1]。

1 高速IO 輸入

X2 控制一共具有4 種輸入模式：1）累加計(jì)數(shù)模式，累計(jì)從對應(yīng)的高速輸入端子輸入的脈沖，最大頻率為10kHz；2）正交計(jì)數(shù)模式，測量從AB 兩相高速輸入的脈沖，根據(jù)相位差來進(jìn)行有方向的數(shù)值累計(jì)，最大頻率2.5kHz；3）頻率計(jì)數(shù)模式，測量從對應(yīng)的高速輸入端子輸入的脈沖頻率，最小分辨率1us；4）脈寬計(jì)數(shù)模式，測量從對應(yīng)的高速輸入端子輸入的脈沖寬度，最小分辨率1us[2]。

1.1 累加計(jì)數(shù)模式

高速輸入的1 ～4 通道都可以設(shè)置為累加計(jì)數(shù)模式，可以同時(shí)配置，并且可以選擇上升沿計(jì)數(shù)或者下降沿計(jì)數(shù)。同時(shí)可以配置每個(gè)通道的每圈數(shù)值，假設(shè)編碼器每圈有1024 個(gè)脈沖，如果配置該參數(shù)為1024，則高速計(jì)數(shù)器中的數(shù)值將在0 ～1023 之間變化。使用%Q17 ～%Q20 對各個(gè)計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)值清零。當(dāng)1 通道和2 通道被配置為累加計(jì)數(shù)模式時(shí)，3 通道和4 通道可以配置為對應(yīng)1 通道和2通道的高速計(jì)數(shù)復(fù)位信號通道，當(dāng)收到上升或者下降沿信號時(shí)，可以清除1 通道或者2 通道的計(jì)數(shù)值。需要注意的是只有高速IO 輸出設(shè)置為HSC Output 模式，才可以啟用高速輸出的HSC Output 功能[3]。

圖1 高速IO輸入接線圖Fig.1 High-speed IO input wiring diagram

圖2 歐姆龍編碼器接線圖Fig.2 Omron encoder wiring diagram

1.2 正交計(jì)數(shù)模式

正交計(jì)數(shù)器中記錄的脈沖數(shù)會是AB 相編碼器標(biāo)稱每圈脈沖數(shù)的4 倍。因此，在計(jì)數(shù)器中得到的結(jié)果需要除以4 才能和編碼器標(biāo)稱的每圈脈沖值相符，正交計(jì)數(shù)模式下，計(jì)數(shù)器的最大輸入頻率為10kHz/4=2.5kHz。控制器最多允許配置2 個(gè)正交計(jì)數(shù)器，可以選擇兩種計(jì)數(shù)模式（方向）：1 超前2，加計(jì)數(shù)；1 滯后2，減計(jì)數(shù)。同樣可以配置每個(gè)通道的每圈數(shù)值，假設(shè)編碼器每圈有1024 個(gè)脈沖，如果配置該參數(shù)為1024，則高速計(jì)數(shù)器中的數(shù)值將在0 ～1023之間變化。%Q17，%Q19 可以對各計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)值清零，使用%Q18、%Q20 把通道每圈的最大值賦給計(jì)數(shù)器。

1.3 頻率計(jì)數(shù)模式

高速輸入的1 ～4 通道都可以配置為頻率計(jì)數(shù)模式，且可以多個(gè)通道同時(shí)配置。可選擇5 種頻率測試刷新模式：10s、1s、100ms、10ms 和每個(gè)掃描周期，刷新時(shí)間越快數(shù)值更新越快，響應(yīng)也越快，但是準(zhǔn)確度會有所下降。當(dāng)脈沖數(shù)值持續(xù)1s 不發(fā)生變化時(shí)，測量數(shù)值會自動清零。頻率測量的最小分辨率是1Hz，該模式不能測量較低頻率的脈沖信號，而且最大的測量頻率為5Hz，不能超限。

1.4 脈寬計(jì)數(shù)模式

高速輸入的1 ～4 通道都可以配置為脈寬計(jì)數(shù)模式，且可以多個(gè)通道同時(shí)配置。可以選擇4 種脈寬測量模式：測量高電平、測量低電平、測量兩次上升沿間隔和測量兩次下降沿間隔，測量的最小分辨率為1us。

2 編碼器

歐姆龍E6B2-C 型編碼器是一種常見的工業(yè)編碼器，其外徑40mm，最大分辨率3600P/R，對應(yīng)電源DC5-24V（集電極開路輸出型），實(shí)現(xiàn)軸負(fù)重、徑向30N、軸向20N，附有逆接、負(fù)荷短路保護(hù)回路，可靠性強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場的工況，選擇E6B2-CWZ5B 型歐姆龍編碼器，供電電源電壓DC12V-10%～24V+15%紋波（p-p）5%以下，消耗電流100mA 以下，分辨率（脈沖/旋轉(zhuǎn)）100、200、360、500、600、1,000、2,000。輸出相包括A、B、Z[4]。

3 控制器編程

3.1 寄存器配置

在頻率計(jì)數(shù)模式、累加計(jì)數(shù)模式和脈寬計(jì)數(shù)模式下：寄存器AI5-DINT 為HSC-1 通道高速計(jì)數(shù)值，寄存器AI7-DINT 為HSC-2 通道高速計(jì)數(shù)值，寄存器AI9-DINT 為HSC-3 通道高速計(jì)數(shù)值，寄存器AI11-DINT 為HSC-4 通道高速計(jì)數(shù)值，AQ3-DINT 為HSC-1 通道高速輸出預(yù)設(shè)值，AQ5-DINT 為HSC-2 通道高速輸出預(yù)設(shè)值，Q17 為HSC-1通道高速計(jì)數(shù)值清零，Q18 為HSC-2 通道高速計(jì)數(shù)值清零，Q19 為HSC-3 通道高速計(jì)數(shù)值清零，Q20 為HSC-4 通道高速計(jì)數(shù)值清零。而在正交計(jì)數(shù)模式下：寄存器AI5-DINT 為正交計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)值，寄存器AI9-DINT 為正交計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值，Q17 為正交計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)值清零，Q18 為設(shè)置正交計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)值，Q19 為正交計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)值清零，Q20為設(shè)置正交計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)值[5]。

3.2 編碼器編程

將歐姆龍E6B2-CWZ5B 編碼器的A 相連接I3 通道，B 相連接I4 通道（A 相超過B 相時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)），Z 相連接I1 通道，I2 通道不使能。屏幕上的組態(tài)編程具體操作如下，%AI9 有符合的雙整形數(shù)值對應(yīng)3 通道，%AI5 對應(yīng)圈數(shù)值，%Q19 對應(yīng)%AI9 的數(shù)值清零[6]。

圖3 控制器的液晶界面圖Fig.3 LCD interface diagram of the controller

程序用于HSC 高速輸入的Totalize（累加計(jì)數(shù)），Quadrature（正交計(jì)數(shù)）模式，以及高速輸出模式。其數(shù)據(jù)值存放在%AI5-DINT 中，通過控制%Q17 計(jì)數(shù)。HSC3 通道（實(shí)際接線接I3 和I4）被配置為Quadrature（正交計(jì)數(shù)）模式，用于接收從AB 相編碼器發(fā)來的脈沖，其數(shù)據(jù)值存放在%AI9-DINT 中，通過控制%Q19 可清零累加計(jì)數(shù)。當(dāng)HSC1 通道被配置為Totalize（累加計(jì)數(shù)）模式時(shí)，對應(yīng)的%Q1 輸出可以配置為HSC 高速輸出，當(dāng)%AI5-DINT 的數(shù)值大于等于預(yù)設(shè)的數(shù)值%AQ3-DINT 時(shí)，%Q1 立即動作，不受X2 邏輯即掃描周期限制。通過%Q17 清零%AI5-DINT，可以把%Q1 的輸出復(fù)位。判斷正反轉(zhuǎn)程序的編程思路為：如果本周期的值大于上一周期，則為正轉(zhuǎn)。預(yù)置%R5變量對應(yīng)3 個(gè)狀態(tài)：0-停止，1-正傳，2-反轉(zhuǎn)。將%AI9的數(shù)值賦給%R1 變量，每次用新周期的%AI9 數(shù)值減去上次周期的%R1 變量，如果數(shù)值大于0 則為正轉(zhuǎn)，如果數(shù)值小于0 則為反轉(zhuǎn)，如果數(shù)值等于0 則代表沒有轉(zhuǎn)動。

4 結(jié)論

通過X2 控制器實(shí)現(xiàn)了歐姆龍E6B2-CWZ5B 編碼器的脈沖采集、方向判斷和圈數(shù)計(jì)量。驗(yàn)證了高速編碼器用于工業(yè)流量計(jì)量的可行性，由于其功能全，使用靈活，大大提升了容積式流量計(jì)的計(jì)量效率。