用PLC高速計(jì)數(shù)器和電壓/頻率傳感器測(cè)量模擬電壓

Abstract:The principle of measuring pulse accumulatively by PLC high speed counter and voltage/frequency sensor is introduced.The matters needing attention in practice is expounded,the method of measuring voltage signal is introduced through program examples.

Keywords:PLC; High speed counter; Voltage/frequency sensor

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：0219－2713(2003)04－0137－03

1 引言

由PLC控制的某些系統(tǒng)，經(jīng)常要測(cè)量各類模擬電壓信號(hào)，以往通常用電壓傳感器進(jìn)行采樣，由PLC的模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行運(yùn)算處理。電壓傳感器輸出是模擬量，在電磁騷擾較強(qiáng)的環(huán)境中，容易出現(xiàn)較大的測(cè)量誤差；同時(shí)，由于占用模擬量擴(kuò)展模塊寶貴的輸入點(diǎn)（模擬量擴(kuò)展模塊價(jià)格接近中、小型PLC的價(jià)格，且輸入點(diǎn)極少），使系統(tǒng)的性價(jià)比降低。當(dāng)用電壓/頻率傳感器進(jìn)行采樣，進(jìn)而用PLC高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，能較好地解決上述問題，V/F傳感器輸出是脈沖信號(hào)，該信號(hào)在電磁騷擾下變化極小；另外，該信號(hào)是數(shù)字量，可直接接入PLC高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)。下面以西門子SIMATCS7-00、CPU224和V/F傳感器為例介紹測(cè)量模擬電壓信號(hào)的方法。

2 高速計(jì)數(shù)器和V/F傳感測(cè)量模擬電壓信號(hào)的原理

CPU224有HSC0-HSC5共6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有多種工作模式以完成不同的功能，在使用一個(gè)高速計(jì)數(shù)器時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的控制需要，首先要給計(jì)數(shù)器選定一種工作模式，可用高速計(jì)數(shù)器定義指令HDEF來(lái)進(jìn)行設(shè)置。只有定義了計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器模式，才能對(duì)計(jì)數(shù)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行編程。編程時(shí)，每個(gè)高速計(jì)數(shù)器只能使用一條HDEF指令。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)控制字節(jié)，包括允許或禁止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方向的控制，要裝入的計(jì)數(shù)器當(dāng)前值和要裝入的預(yù)置值。

V/F傳感器把測(cè)量的模擬電壓信號(hào)按著固定的比率轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號(hào)，本例采用的電壓/頻率傳感器，它的比率為20Hz/V。

下面以一臺(tái)35kV級(jí)中、小容量變電所用直流電源為例，說明如何利用CPU224的高速計(jì)數(shù)器HSC1和V/F傳感器（輸入：DC0～500V電壓，輸出：0～10kHz脈沖）來(lái)測(cè)量控制母線電壓。首先，V/F傳感器將輸入電壓（控制母線電壓）轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號(hào)，再將此信號(hào)送入高速計(jì)數(shù)器HSC1的輸入端，并累計(jì)脈沖數(shù)。通過設(shè)置定時(shí)中斷0的間隔時(shí)間，來(lái)控制高速計(jì)數(shù)器累計(jì)脈沖的時(shí)間，當(dāng)預(yù)置的間隔時(shí)間到后，根據(jù)累計(jì)脈沖數(shù)，計(jì)算出被測(cè)控制母線電壓值，測(cè)量原 理 圖 如 圖1所 示 。

圖1 高速計(jì)數(shù)器測(cè)量V/F傳感器脈沖電路

3 測(cè)量模擬電壓信號(hào)的方法

3.1 硬件要求

需要使用設(shè)備 CPU224 1臺(tái)

電壓/頻率傳感器 1臺(tái)

技術(shù)參數(shù) 供電電壓 DC 24V

輸 入 DC 0～500V

輸出 方波，GND～24V

測(cè)量范圍 0～500V→0～10kHz

比 率 20Hz/V

3.2 程序結(jié)構(gòu)

主程序在第一個(gè)掃描周期調(diào)用子程序SBR0

SBR0高速計(jì)數(shù)器和定時(shí)中斷的初始化

INT0對(duì)高速計(jì)數(shù)器求值的定時(shí)中斷程序

3.3 程序和注釋

主程序在第一個(gè)掃描周期調(diào)用初始化子程序SBR0，僅在第一個(gè)掃描周期標(biāo)志位SM0.1=1。由子程序SBR0實(shí)現(xiàn)初始化。

首先，把高速計(jì)數(shù)器HSC1的控制字節(jié)MB47置為16進(jìn)制數(shù)FC，其含義是：正方向計(jì)數(shù)，可更新預(yù)置值（PV），可更新當(dāng)前值（CV），激活HSC1。

然后，用定義指令HDEF把高速計(jì)數(shù)器HSC1設(shè)置成工作模式0，即沒有復(fù)位或啟動(dòng)輸入，也沒有外部的方向選擇。當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置為FFFF（16進(jìn)制）。定時(shí)中斷0間隔時(shí)間SMB34置為100ms，中斷程序0分配給定時(shí)中斷0，并允許中斷，用指令HSC1啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器。

每100ms調(diào)用一次中斷程序0，讀出高速計(jì)數(shù)器的數(shù)值后，將其置零。通過HSC1計(jì)數(shù)值及變換關(guān)系來(lái)求被測(cè)的控制母線電壓值。本例中，采用參數(shù)為輸入0～500V、輸出0～10kHz的V/F傳動(dòng)器，100ms時(shí)間累計(jì)脈沖最多為1kHz，在中斷程序中用乘法指令MUL將該計(jì)數(shù)值乘5，則100ms內(nèi)最多脈沖累計(jì)數(shù)為1k×5=5kHz，從而實(shí)現(xiàn)顯示值與10倍的真實(shí)電壓值相對(duì)應(yīng)，假設(shè)經(jīng)乘法指令運(yùn)算后計(jì)數(shù)值為2200Hz，則實(shí)際電壓值相應(yīng)為220V。然后將經(jīng)程序處理的計(jì)數(shù)值置入輸出字節(jié)QBO，以便通過LED來(lái)顯示被測(cè)的模擬電壓值。高速計(jì)數(shù)器和V/F傳感器測(cè)量模擬電壓信號(hào)的主程序、子程序和中斷程序如下所述。

主程序

LD SM0.1 //用初次掃描存儲(chǔ)器位（SM0.1）調(diào)用執(zhí)行初始化操作的子程序。由于采用這樣的子程序調(diào)用，后續(xù)掃描不會(huì)再調(diào)用這個(gè)子程序，從而減少了掃描時(shí)間，也提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的程序。

CALL SBR_0 //調(diào)用初始化子程序SBR_0

子程序

SBR0 SM0.0 //啟動(dòng)子程序0

LD SM0.0 //SM0.0總是1

MOVB 16＃FC，SMB47 //設(shè)置高速計(jì)數(shù)器HSC1控制字節(jié)：上升沿復(fù)位，上升沿啟動(dòng)，1X計(jì)數(shù)速率，正向計(jì)數(shù)，可改變方向，可更新PV（預(yù)置值），可CV（當(dāng)前值），激活HSC1。

HDEF 1，0 //定義高速計(jì)數(shù)器，選用HSC1工作于模式0

MOVO 0，SM048 //HSC1當(dāng)前值清0

MOVD 16＃FFFF，SMD52 //將預(yù)置值裝入SMD52

MOVB 100，SMB34 //設(shè)置定時(shí)中斷0間隔時(shí)間為100ms

ATCH 0，10 //中斷連接指令，中斷程序?yàn)镮NT_0，事件號(hào)為10

EN 1 //允許所有中斷

HSC 1 //編程計(jì)數(shù)器SHC1，使設(shè)置生效

中斷程序0

INT 0 //啟動(dòng)中斷程序

LD SM0.0 //SM0?0總是1

MOVD HSC1，AC0 //把HSC1的計(jì)數(shù)值存入累加器AC0

MOVD AC0，VD100 //把計(jì)數(shù)值存入VD100

MOVD 0，SM048 //HSC1當(dāng)前值清0

MOVB 16＃C0，SMB47 //重新設(shè)置HSC1控制字節(jié)：上升沿復(fù)位，上升沿啟動(dòng)，4X計(jì)數(shù)速率；反向計(jì)數(shù)，不改變計(jì)數(shù)方向，不更新PV，可更新CV，激活HSC1。

HSC 1 //啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器HSC1

MUL 5，VD100 //把HSC1的計(jì)數(shù)值乘以5

MOVB VB103，QB0 //在輸出端Q0?0至Q0.7顯示10倍被測(cè)控母電壓值

4 結(jié)語(yǔ)

以上方法已用于GZS2智能型高頻開關(guān)直流電源等控制系統(tǒng)（變電站、發(fā)電廠用直流電源），實(shí)踐證明，該方法進(jìn)行模擬電壓信號(hào)測(cè)量，具有精度高（最高可達(dá)5/1000V），抗騷擾性強(qiáng)，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的實(shí)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 臺(tái)方.可編程控制器應(yīng)用教程[M].中國(guó)水利水電出版社,2001.