西門子s7-1200系列PLC高速計(jì)數(shù)器的配置及其應(yīng)用

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一、引言

在運(yùn)動(dòng)控制中，我們經(jīng)常需要對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，比如測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)編碼器或者簡(jiǎn)化版的接近開(kāi)關(guān)信號(hào)。以西門子中低端PLC為例，在s7-200或者s7-1200系列PLC中都提供了集成的高速計(jì)數(shù)器和相應(yīng)的配置和指令。

二、高速計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)方式

一般的，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率大于50Hz，使用普通的數(shù)字量輸入點(diǎn)DI就難以滿足計(jì)數(shù)的需求。低于50Hz要看CPU的掃描時(shí)間，這決定于很多因素，比如程序的復(fù)雜程度等等。而當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率大于50Hz，則推薦采用PLC的高速計(jì)數(shù)器。

2.1 中斷處理

我們以目前主流的s7-1200 PLC為例，在其編程調(diào)試軟件博途V13中介紹實(shí)現(xiàn)PLC高速計(jì)數(shù)器的方法。其中一種就是采用硬件中斷，首先添加程序塊硬件中斷組織塊OB40，如圖1所示。

硬件中斷，是指PLC CPU獨(dú)立于掃描周期之外，響應(yīng)來(lái)自PLC硬接點(diǎn)的信號(hào)變化。我們可以配置響應(yīng)的硬件中斷具體是哪些DI點(diǎn)，哪種方式。

PLC CPU循環(huán)掃描程序并刷新輸入輸出映像寄存器，而硬件中斷可以快速響應(yīng)輸入輸出的變化，不受程序掃描的影響。如圖2在硬件組態(tài)CPU屬性頁(yè)中，我們可以配置數(shù)字量輸入點(diǎn)（即通道）的硬件中斷方式：是否啟用邊沿檢測(cè)，以及硬件中斷和優(yōu)先級(jí)。配置后，在相應(yīng)的中斷組織塊OB40中編寫計(jì)數(shù)程序。

2.2 集成的高速計(jì)數(shù)通道

我們可以使用PLC CPU自帶的數(shù)字量輸入點(diǎn)（比如I0.0）配置成高速計(jì)數(shù)器，其實(shí)很難嚴(yán)格區(qū)分種方法“中斷處理”和第二種方法“集成的高速計(jì)數(shù)通道”，第二種方法本質(zhì)上就是種方法。

不同型號(hào)的CPU可以配置不同的高速計(jì)數(shù)通道，以及不同模式。以CPU1212C為例，六個(gè)點(diǎn)可以配置為高速計(jì)數(shù)器，I0.0~I0.5對(duì)應(yīng)HSC1~HSC6，如圖3在硬件組態(tài)CPU屬性頁(yè)中，配置HSC1是否啟用，以及計(jì)數(shù)類型、工作模式、計(jì)數(shù)方向。詳細(xì)解釋可按F1或者在網(wǎng)上找資料尋求幫助。

值得一提的是，在I/O地址的輸入地址中，默認(rèn)HSC1起始地址為1000，結(jié)束地址為1003，意思是I0.0的高速計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)在ID1000中，雙字占用四個(gè)字節(jié)從IB1000到IB1003。其他高速計(jì)數(shù)器的值以此類推，也可以配置。

2.3 高速計(jì)數(shù)模塊

有些品牌PLC的高速計(jì)數(shù)器只能使用高速計(jì)數(shù)器模塊，西門子s7-300系列PLC采用擴(kuò)展模塊FM350-2實(shí)現(xiàn)脈沖高數(shù)計(jì)數(shù)，而西門子s7-200或者s7-1200系列PLC CPU集成有高速計(jì)數(shù)DI點(diǎn)，沒(méi)有高速計(jì)數(shù)器模塊。

三、某項(xiàng)目電機(jī)測(cè)速

舉個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。在某項(xiàng)目中，我們需要將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)接入PLC，而測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的是接近開(kāi)關(guān)信號(hào)。我們?cè)陔姍C(jī)軸上焊接一個(gè)螺絲，用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)螺絲是否通過(guò)，以此來(lái)表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)了一圈。

當(dāng)精度要求不是太高的情況下，這種方法是可行的。假如電機(jī)高轉(zhuǎn)速為3000rpm，那么每秒鐘電機(jī)轉(zhuǎn)了50圈，這就要求接近開(kāi)關(guān)響應(yīng)頻率（即開(kāi)關(guān)頻率）必須大于50Hz，而且接入到PLC的DI點(diǎn)響應(yīng)頻率也必須大于50Hz。

如上所述，如果將高速計(jì)數(shù)器配置成“計(jì)數(shù)”，比如HSC1，則計(jì)數(shù)值ID1000會(huì)一直累加，如果需要復(fù)位或者裝載新的計(jì)數(shù)值、參考值、計(jì)數(shù)方向，則需要在程序中調(diào)用CTRL_HSC指令并賦值控制。這樣做比較麻煩。

如果將高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)類型選擇為“頻率”，則不需要像“計(jì)數(shù)”類型那樣隔段時(shí)間復(fù)位，得到的數(shù)值就是頻率并存儲(chǔ)在ID1000中。

ID1000是雙字類型，即雙整形，存儲(chǔ)值為I0.0的頻率，在這個(gè)項(xiàng)目中表示電機(jī)1秒鐘轉(zhuǎn)多少圈（rps），乘以60轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)單位rpm。

四、總結(jié)

西門子中低端PLC，比如200、1200系列，CPU自帶高速計(jì)數(shù)器，可以配置為高速計(jì)數(shù)通道。s7-1200系列PLC甚至更簡(jiǎn)單，在一些應(yīng)用場(chǎng)合只需要直接引用高速計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器的值即可。

本文重點(diǎn)介紹了s7-1200系列PLC配置集成的高速計(jì)數(shù)器HSC的方法，并結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于需要電機(jī)測(cè)速以及捕獲高速脈沖并計(jì)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，非常實(shí)用，希望對(duì)大家有所啟發(fā)和幫助。