張清

摘 要：本文介紹了一種PLC高速計(jì)數(shù)模塊的一種設(shè)計(jì)方法，內(nèi)容包括了應(yīng)用高速模塊所需要的軟件，硬件環(huán)境，并用工程實(shí)例加以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：高速計(jì)數(shù)；PLC；測(cè)量

1 引言

隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和自動(dòng)化程度的持續(xù)提高，在很多場(chǎng)合中，普通的計(jì)數(shù)模式對(duì)高速脈沖信號(hào)的處理已經(jīng)提出了更高的要求。比如說(shuō)普通的PLC受掃描周期的限制，只能處理幾十Hz的脈沖信號(hào)，為此很多廠(chǎng)家為PLC配套開(kāi)發(fā)了高速計(jì)數(shù)模塊，如西門(mén)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(duì)幾十KHz，甚至上MHz的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。本文將以施耐德的TSX CTY 4A為例講述高速計(jì)數(shù)器的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，包括硬件配置，軟件設(shè)置，外圍電路構(gòu)建及其應(yīng)用實(shí)例。

2 TSX CTY 4A的硬件配置和軟件設(shè)置

TSX CTY 4A主要是配合施耐德中型PLC Premium而推出的產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用現(xiàn)今流行的插槽式，模塊化設(shè)計(jì)，他一出現(xiàn)就以其穩(wěn)定的性能和其強(qiáng)大的兼容性在PLC控制系統(tǒng)中占據(jù)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(jì)數(shù)輸入通道，通道最高可接受40KHz的信號(hào)，輸入兼容增量型編碼器，5V或10至30VDC均可。第二部分為HE10標(biāo)準(zhǔn)的20針輔助輸入輸出接口，主要用于復(fù)位計(jì)數(shù)器，設(shè)定計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值，捕獲計(jì)數(shù)器的當(dāng)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(jìn)行硬件配置，Unity Pro主要使用圖形拖拽式來(lái)添加硬件，并提供豐富的選項(xiàng)供使用者進(jìn)行基本配置

2.3 TSX CTY 4A的軟件設(shè)置

如果需要在Unity Pro中調(diào)用所配置的高速計(jì)數(shù)模塊，還需要在軟件中做一些配置，在變量申明表中創(chuàng)建變量名，名稱(chēng)可以任意定義，選擇相應(yīng)的高速計(jì)數(shù)類(lèi)型，然后將對(duì)應(yīng)的硬件地址輸入到地址欄中，這樣就完成了軟件上的設(shè)置。這個(gè)變量實(shí)際上是一個(gè)變量組，如果展開(kāi)這個(gè)變量組，你將看到這個(gè)地址上所有的和高速計(jì)數(shù)有關(guān)的變量，通過(guò)這些變量實(shí)現(xiàn)對(duì)高速計(jì)數(shù)接口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，調(diào)用等等。

3 TSX CTY 4A的高速計(jì)數(shù)模式

TSX CTY 4A模塊對(duì)于每個(gè)通道有三個(gè)計(jì)數(shù)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(shí)，對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用要求，三個(gè)計(jì)數(shù)輸入擔(dān)負(fù)著不同的功能。下面會(huì)介紹下3種不同的計(jì)數(shù)模式。

3.1 IA加/減計(jì)數(shù)，方向取決于IB

在IA引腳上脈沖的上升沿進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，當(dāng)IB為1時(shí)，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)IB為0時(shí)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。

3.2 IA加計(jì)數(shù)，IB減計(jì)數(shù)

加/減計(jì)數(shù)器考慮當(dāng)前物理輸入的上升沿上的脈沖。IA輸入遞增計(jì)數(shù)器（加計(jì)數(shù)）而IB輸入遞減此計(jì)數(shù)器（減計(jì)數(shù)）。如果兩個(gè)輸入上的脈沖是同步的，則加/減計(jì)數(shù)器不發(fā)生更改。

3.3 遞增編碼器，通過(guò)IA IB兩個(gè)計(jì)數(shù)輸入配合，來(lái)確定該計(jì)數(shù)通道的狀態(tài)

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

另外在選擇了遞增編碼器后，還有一個(gè)選項(xiàng)是選擇乘數(shù)（1或者4），通過(guò)選擇數(shù)乘4，可以將計(jì)數(shù)的精度增加4倍。

4 TSX CTY計(jì)數(shù)模塊的應(yīng)用實(shí)例

4.1 任務(wù)要求及模型建立

此例為高速計(jì)數(shù)模塊測(cè)量距離的應(yīng)用，任務(wù)要求測(cè)量過(guò)載繼電器的三個(gè)雙金屬觸頭至參考點(diǎn)O的距離，從而為剪切脫扣器提供參考。為了更直觀(guān)地理解任務(wù)的要求和解決的方案，做出模型圖來(lái)解釋?zhuān)鐖D二所示。

4.1.1 硬件介紹

紅寶石測(cè)量頭M1，M2，M3

此測(cè)量頭品牌為Ranishaw，型號(hào)為PH1，此測(cè)量頭在三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛，主要特點(diǎn)是觸發(fā)靈敏，而且由于頭部使用紅寶石，有很強(qiáng)的硬度，所以在使用壽命上和精度上都表現(xiàn)優(yōu)異。

力傳感器F1

此力傳感器品牌為Kistler，型號(hào)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(diǎn)是靈敏度高，能感測(cè)0.1g的微小力。

步進(jìn)電機(jī)

對(duì)于精確測(cè)量，步進(jìn)電機(jī)作為所有機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，是有精度要求的，在本實(shí)例中電機(jī)配合滾珠絲桿，最終要求達(dá)到1微米的精度，此處選擇了PHYTRON品牌的步進(jìn)電機(jī)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(nèi)部檢測(cè)單元為光柵尺，測(cè)量精度為±1微米，信號(hào)輸出為T(mén)TL電平，需要配合高速計(jì)數(shù)模塊使用，通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊內(nèi)嵌的指令來(lái)獲取測(cè)量值。

4.1.2 模型功能介紹

4.1.2.1 測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定

標(biāo)定的目的是要得到a，b，c的值。在標(biāo)定模式下，我們需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，此標(biāo)準(zhǔn)件的外形與產(chǎn)品相似，通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量，此標(biāo)準(zhǔn)件的l1，l2，l3已知，標(biāo)定步驟為1.步進(jìn)電機(jī)往左運(yùn)動(dòng)，直至觸發(fā)力傳感器F1。2.將位移傳感器D1，D2，D3復(fù)位為0。3.步進(jìn)電機(jī)往右運(yùn)動(dòng)。4.在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將會(huì)觸發(fā)紅寶石探頭，如果觸發(fā)了M1，就捕獲D1的值為d1，觸發(fā)M2，捕獲D2的值為d2，觸發(fā)M3，則捕獲D3的值為d3。最終可以得到結(jié)果：a=l1+d1， b=l2+d2，c=l3+d3。

4.1.2.2 常規(guī)測(cè)量

常規(guī)測(cè)量時(shí)，a，b，c的值通過(guò)標(biāo)定過(guò)程已知，測(cè)量步驟為1.步進(jìn)電機(jī)往左運(yùn)動(dòng)，直至觸發(fā)力傳感器F1。2.將位移傳感器D1，D2，D3復(fù)位為0。3.步進(jìn)電機(jī)往右運(yùn)動(dòng)。4.在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將會(huì)觸發(fā)紅寶石探頭，如果觸發(fā)了M1，就捕獲D1的值為d1，觸發(fā)M2，捕獲D2的值為d2，觸發(fā)M3，則捕獲D3的值為d3。所示，最終可以得到結(jié)果：l1=a-d1，l2=b-d2，l3=c-d3。

4.2 構(gòu)建硬件電路圖

為了快速響應(yīng)位移傳感器，準(zhǔn)確及時(shí)得捕獲位移傳感器的讀值，在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于位移傳感器的讀取，復(fù)位都采用硬件中斷觸發(fā)，這樣可以避免由于PLC軟件程序段的冗長(zhǎng)而影響數(shù)據(jù)處理的速度。使得測(cè)量系統(tǒng)能正確的反映測(cè)量值，電路示意圖如圖三所示。

4.3 任務(wù)的軟件實(shí)現(xiàn)

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，由于位移傳感器的讀取復(fù)位都已經(jīng)使用了硬件觸發(fā)模式，所以只要確立好軟件讀取的時(shí)機(jī)即可，相對(duì)來(lái)說(shuō)就容易設(shè)計(jì)，保證每次測(cè)量結(jié)束的周期里，將寄存器里的讀值取出即可。程序的編寫(xiě)可以多種方式，下面以指令語(yǔ)句為例。

第一步：?jiǎn)?dòng)步進(jìn)電機(jī)往左運(yùn)動(dòng)

IF Re（Start_measure） then

SMOVE（%ch0.6.0，2，91，9，-10000，5000，0）；

End_If；

第二步：步進(jìn)電機(jī)往左運(yùn)動(dòng)后，一旦觸發(fā)力傳感器F1，位移傳感器D1，D2，D3通過(guò)輔助輸入輸出接口的信號(hào)復(fù)位為0，然后電機(jī)往右運(yùn)動(dòng)

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(jìn)電機(jī)在往右的過(guò)程中將會(huì)觸發(fā)紅寶石探頭，硬件啟動(dòng)捕獲，軟件適時(shí)讀取寄存器的讀值，至紅寶石均觸發(fā)后，測(cè)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(guò)簡(jiǎn)單的換算，很容易得到最終的l1，l2，l3的值

5 結(jié)語(yǔ)

本文論述了在PLC控制系統(tǒng)下，應(yīng)用高數(shù)計(jì)數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的一種設(shè)計(jì)思路。該設(shè)計(jì)整體測(cè)量精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定，速度快，適合用于快節(jié)奏的流水生產(chǎn)線(xiàn)上。

[參考文獻(xiàn)]

[1]施耐德公司.使用Unity Pro的Premium和Atrium計(jì)數(shù)器模塊用戶(hù)手冊(cè).05/2010.

[2]施耐德公司.Unity Pro程序語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)參考手冊(cè).05/2010.