基于PLC高速計數器在測頻測速中的應用

傅元秀

（華自科技股份有限公司，湖南 長沙 410205）

隨著PLC在工業控制領域的應用越來越廣，越來越多的行業多將PLC做為主要設備的控制核心。下面介紹我公司在國外某站中采用OMRON PLC作為發電機設備控制的核心，并通過PLC高速計數器對發電機進行頻率轉速的測量及監控。

1 測頻測速的硬件組成

測頻測速的硬件主要由脈沖信號板、PLC、觸摸屏組成（如圖1）。將發電機的殘壓信號接入脈沖信號板，由脈沖信號板根據輸入的信號，經過內置放大整形電路，輸出幅度穩定的方波信號，再將幅度穩定的方波信號輸出到PLC的高速計數器輸入端，由PLC高速計數器進行脈沖計數，通過程序計算將測量到發電機的實時頻率轉速顯示在觸摸屏上面。

圖1 測頻測速硬件組成框圖

2 PLC硬件接線

采用OMRON CJ1M-CPU23內置的IO，可以作為2路高速計數器使用。

本站采用的是脈沖遞增輸入跟軟件復位方式，高速計數器0的遞增輸入接CPU內置IO的IN8，軟件復位接的是CPU內置IO的IN0；高速計數器1的遞增輸入接CPU內置IO的IN6，軟件復位接的是CPU內置IO的IN1。

3 PLC程序設計

3.1 程序框圖（如圖2，圖3）

圖2 主程序程序啟動框圖

圖3 中斷子程序啟動框圖

程序設計采用中斷輸入讀取高速計數器脈沖數，將采樣到的脈沖數進行計算成實時的頻率、轉速信號。

3.2 程序中CPU設置

用omron編程軟件打開PLC程序，進行CPU設置，設置如下：

（1）在新PLC1[CJ1M]下面找到設置選項，雙擊彈出“PLC設定-新PLC1”窗口。

（2）通過方向箭頭往右點，找到“內置輸入設置”頁面。

（3）在設置頁面中有兩個高速計數器設置，分別為高速計數器0跟高速計數器1。

（4）每個高速計數器可以根據使用計數器的頻率，最大設置100kHz；

（5）計數模式分為線形模式跟循環模式兩種，如果設置為循環計算模式需要設置循環最大計數，根據事件輸入脈沖計數選擇模式；

（6）復位設置選擇默認Z相和軟件復位；

（7）輸入設置需要根據脈沖的輸入類型來進行設置，可以分為相位差輸入、脈沖加方向輸入模式、加/減輸入、增量脈沖輸入幾種。

每個高速計數器占有3個內置IO輸入，高速計數器0占用IN8、IN9、IN3，其中IN8為高速計數器0的A相遞增或計數輸入，IN9為高速計數器0的B相遞增或方向輸入，IN3為高速計數器0的Z相或復位輸入；高速計數器1占有IN6、IN7、IN2三個輸入。使用中斷輸入則只有IN0與IN1可以使用。

注意計數器采用24V輸入計數器采樣頻率為60kHz，有線驅動輸入的計數器采樣頻率為100kHz。

3.3 程序編程及注釋

高速計數程序分為主程序段、中斷子程序兩部分。主程序段分為兩段，IO中斷程序跟高速計數計算程序。中斷子程序分為中斷輸入0子程序跟中斷輸入1子程序。IO中斷程序中脈沖計數清零里需要兩個寄存器的地址。其中主程序段中的高速計數程序程序均采用功能塊封裝。

通過調用直接封裝好的功能塊，在功能塊的輸入填上與被測設備相同的參數，輸入端的脈沖采樣值存放地址與中斷子程序中讀取到存放脈沖個數的地址一致即可，脈沖采樣基準值要根據脈沖信號板來，一般50Hz時，對應的脈沖基準個數為1000,額定頻率根據發電機設備上的銘牌參數來設定，額定轉速也同樣參照發電機設備上的銘牌參數設定，將功能塊的輸入端參數設定好后，程序就可以根據采樣到的脈沖個數自動算出實時的頻率、實時轉速以及轉速信號的百分比接點信號。

中斷輸入信號消失判斷原理為當中斷輸入在500毫秒內狀態沒有發生改變，則將存儲的對應脈沖數據地址中的內容進行清0。

4 結語

通過采用OMRON CJ1M-CPU23 PLC的內置IO作為高速計數器來監視控制發電機設備的頻率轉速，相對于國外設備用電的頻率大多為60Hz，程序中對于發電機的額定頻率、轉速可以靈活的設置，無增加其他編程，能滿足電站設備的頻率轉速測量。另外，PLC作為工業控制廣泛使用的控制器，對電站設備進行多方面的監視控制，因此，利用高速計數器對電站設備進行頻率、轉速監測也可和其他控制作為一體，可使電站節省一個單獨的轉速監控裝置，使系統的成本降低。此項技術應用的采樣精度滿足水電站的監控需要；目前，國內現狀是設計院很少使用本方案，國外用得較多。