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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TSXCTY2A/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TSXCTY4A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.

2TSXCTY4A的硬件配置和软件设置

TSXCTY4A主要是配合施耐德中型PLCPremium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.

2.1TSXCTY4A的硬件描述

TSXCTY4A的硬件主要由两部分组成,第一部分4通道,SUBD15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.

2.2TSXCTY4A的硬件配置

TSXCTY4A使用UnityPro进行硬件配置,UnityPro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

2.3TSXCTY4A的软件设置

如果需要在UnityPro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.

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3TSXCTY4A的高速计数模式

TSXCTY4A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.

3.1IA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.

3.2IA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IAIB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IB900的相位,则为加计数,反之IA晚于IB900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.

4TSXCTY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HeidenhainST3078,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等于l1+d1,b等于l2+d2,c等于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等于a-d1,l2等于b-d2,l3等于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

IFRe（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_OkandD2_Rst_OkandD3_Rst_OkandF1_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