PLC高速计数模块在测量方面的应用实现

张清

摘 要：本文介绍了一种PLC高速计数模块的一种设计方法，内容包括了应用高速模块所需要的软件，硬件环境，并用工程实例加以说明。

关键词：高速计数；PLC；测量

1 引言

随着生产力的不断发展和自动化程度的持续提高，在很多场合中，普通的计数模式对高速脉冲信号的处理已经提出了更高的要求。比如说普通的PLC受扫描周期的限制，只能处理几十Hz的脉冲信号，为此很多厂家为PLC配套开发了高速计数模块，如西门子的FM350-2，罗克韦尔的1746-HSCE2，施耐德的TSX CTY 2A/4A/2C等等。他们可以对几十KHz，甚至上MHz的脉冲信号进行计数处理。本文将以施耐德的TSX CTY 4A为例讲述高速计数器的应用实现，包括硬件配置，软件设置，外围电路构建及其应用实例。

2 TSX CTY 4A的硬件配置和软件设置

TSX CTY 4A主要是配合施耐德中型PLC Premium而推出的产品，该产品使用现今流行的插槽式，模块化设计，他一出现就以其稳定的性能和其强大的兼容性在PLC控制系统中占据了一席之地。

2.1 TSX CTY4A的硬件描述

TSXCTY4A的硬件主要由两部分组成，第一部分4通道，SUB D15针的4通道计数输入通道，通道最高可接受40KHz的信号，输入兼容增量型编码器，5V或10至30VDC均可。第二部分为HE10标准的20针辅助输入输出接口，主要用于复位计数器，设定计数器预设值，捕获计数器的当前值，输出至外部继电器。

2.2 TSX CTY 4A的硬件配置

TSX CTY 4A使用Unity Pro进行硬件配置，Unity Pro主要使用图形拖拽式来添加硬件，并提供丰富的选项供使用者进行基本配置

2.3 TSX CTY 4A的软件设置

如果需要在Unity Pro中调用所配置的高速计数模块，还需要在软件中做一些配置，在变量申明表中创建变量名，名称可以任意定义，选择相应的高速计数类型，然后将对应的硬件地址输入到地址栏中，这样就完成了软件上的设置。这个变量实际上是一个变量组，如果展开这个变量组，你将看到这个地址上所有的和高速计数有关的变量，通过这些变量实现对高速计数接口进行参数设定，调用等等。

3 TSX CTY 4A的高速计数模式

TSX CTY 4A模块对于每个通道有三个计数输入：IA、IB 和IZ，如图一所示，不能更改这些输入的位置。在使用模块时，对应不同的应用要求，三个计数输入担负着不同的功能。下面会介绍下3种不同的计数模式。

3.1 IA加/减计数，方向取决于IB

在IA引脚上脉冲的上升沿进行加/减计数，当IB为1时，进行加计数，当IB为0时，进行减计数。

3.2 IA加计数，IB减计数

加/减计数器考虑当前物理输入的上升沿上的脉冲。IA输入递增计数器（加计数）而IB输入递减此计数器（减计数）。如果两个输入上的脉冲是同步的，则加/减计数器不发生更改。

3.3 递增编码器，通过IA IB两个计数输入配合，来确定该计数通道的状态

在此操作模式下，物理输入IA和IB连接到一个递增编码器，此递增编码器提供两个成900的相位抵消信号。输入IA和IB相位抵消的程度决定加/减计数的方向。如果IA先于IB 900的相位，则为加计数，反之IA晚于IB 900的相位，则为减计数。

另外在选择了递增编码器后，还有一个选项是选择乘数（1或者4），通过选择数乘4，可以将计数的精度增加4倍。

4 TSX CTY计数模块的应用实例

4.1 任务要求及模型建立

此例为高速计数模块测量距离的应用，任务要求测量过载继电器的三个双金属触头至参考点O的距离，从而为剪切脱扣器提供参考。为了更直观地理解任务的要求和解决的方案，做出模型图来解释，如图二所示。

4.1.1 硬件介绍

红宝石测量头M1，M2，M3

此测量头品牌为Ranishaw，型号为PH1，此测量头在三坐标测量设备中应用较为广泛，主要特点是触发灵敏，而且由于头部使用红宝石，有很强的硬度，所以在使用寿命上和精度上都表现优异。

力传感器F1

此力传感器品牌为Kistler，型号为9203，此传感器要配合Kistler的力传感器适配器5855B21一起使用，主要特点是灵敏度高，能感测0.1g的微小力。

步进电机

对于精确测量，步进电机作为所有机构的驱动，是有精度要求的，在本实例中电机配合滚珠丝杆，最终要求达到1微米的精度，此处选择了PHYTRON品牌的步进电机和精密滚珠丝杆。

位移传感器D1，D2，D3

此位移传感器品牌为Heidenhain ST3078，内部检测单元为光栅尺，测量精度为±1微米，信号输出为TTL电平，需要配合高速计数模块使用，通过高速计数模块内嵌的指令来获取测量值。

4.1.2 模型功能介绍

4.1.2.1 测量系统的标定

标定的目的是要得到a，b，c的值。在标定模式下，我们需要一个标准件，此标准件的外形与产品相似，通过三坐标测量，此标准件的l1，l2，l3已知，标定步骤为1.步进电机往左运动，直至触发力传感器F1。2.将位移传感器D1，D2，D3复位为0。3.步进电机往右运动。4.在运动的过程中将会触发红宝石探头，如果触发了M1，就捕获D1的值为d1，触发M2，捕获D2的值为d2，触发M3，则捕获D3的值为d3。最终可以得到结果：a=l1+d1， b=l2+d2，c=l3+d3。

4.1.2.2 常规测量

常规测量时，a，b，c的值通过标定过程已知，测量步骤为1.步进电机往左运动，直至触发力传感器F1。2.将位移传感器D1，D2，D3复位为0。3.步进电机往右运动。4.在运动的过程中将会触发红宝石探头，如果触发了M1，就捕获D1的值为d1，触发M2，捕获D2的值为d2，触发M3，则捕获D3的值为d3。所示，最终可以得到结果：l1=a-d1，l2=b-d2，l3=c-d3。

4.2 构建硬件电路图

为了快速响应位移传感器，准确及时得捕获位移传感器的读值，在硬件电路设计时，对于位移传感器的读取，复位都采用硬件中断触发，这样可以避免由于PLC软件程序段的冗长而影响数据处理的速度。使得测量系统能正确的反映测量值，电路示意图如图三所示。

4.3 任务的软件实现

在软件设计时，由于位移传感器的读取复位都已经使用了硬件触发模式，所以只要确立好软件读取的时机即可，相对来说就容易设计，保证每次测量结束的周期里，将寄存器里的读值取出即可。程序的编写可以多种方式，下面以指令语句为例。

第一步：启动步进电机往左运动

IF Re（Start_measure） then

SMOVE（%ch0.6.0，2，91，9，-10000，5000，0）；

End_If；

第二步：步进电机往左运动后，一旦触发力传感器F1，位移传感器D1，D2，D3通过辅助输入输出接口的信号复位为0，然后电机往右运动

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：步进电机在往右的过程中将会触发红宝石探头，硬件启动捕获，软件适时读取寄存器的读值，至红宝石均触发后，测量完成

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，通过简单的换算，很容易得到最终的l1，l2，l3的值

5 结语

本文论述了在PLC控制系统下，应用高数计数模块实现精确测量的一种设计思路。该设计整体测量精度高，系统稳定，速度快，适合用于快节奏的流水生产线上。

[参考文献]

[1]施耐德公司.使用Unity Pro的Premium和Atrium计数器模块用户手册.05/2010.

[2]施耐德公司.Unity Pro程序语言和结构参考手册.05/2010.