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S7-200CPU提供了多个高速计数器(HSC0~HSC5)以响应快速脉冲输入信号。高速计数器的计数速度比PLC的扫描速度要快得多,高速计数器可独立于用户程序工作,不受扫描时间的限制。用户通过相关指令,设置相应的特殊存储器控制计数器的工作。
1、高速计数器的工作模式和输入
高速计数器有12种工作模式,每个计数器都有时钟、方向控制、复位起动等特定输入。对于双向计数器,两个时钟都可以运行在高频率,高速计数器的高技术频率取决于CPU的类型。在正交模式下,可选择1×(1倍速)或者4×(4倍速)输入脉冲频率的内部技术频率。高速计数器有8种4类工作模式。
(1)无外部方向输入信号的单/减计数器(模式0和模式2)。
用高数计数器的控制字的第3位控制加减计数,该位为1时为加计数,为0时为减计数。
(2)有外部方向输入信号的单/减计数器(模式3和模式5)。
方向信号为1时,为加计数,方向信号为0时,为减计数。
(3)有加计数时钟脉冲和减计数时钟脉冲输入的双相计数器(模式6和模式8)。
若加计数脉冲和减计数脉冲的上升沿出现的时间间隔短,高速计数器认为这两个事件发生,当前值不变,也不会有计数方向的变化的指示。否则高速计数器能捕捉到每一个独立的信号。
(4)A/B相正交计数器(模式9和模式11)
它的两路计数脉冲的相位相差90°,正转时A相时钟脉冲比B相时钟脉冲超前90°。反转时,A相时钟脉冲比B相时钟脉冲滞后90°。利用这一特点,正转时加计数,反转时,减计数。
高速计数器的工作模式和输入点见表8-1。
表8-1高速计数器的工作模式和输入点
【关键点】S7-200CPU221、CPU222没有HSC1和HSC2;CPU224、CPU224XP和CPU226拥有全部的6个高速计数器。只有HSC0和HSC3支持模式12,其中HSC0计数Q0.0的输出脉冲,其中HSC3计数Q0.1的输出脉冲,在此模式下工作时,并不需要外部接线。
高速计数器的硬件输入接口与普通数字量接口使用相同的地址。已经定义用于高速计数器的输入点不能再用于其他功能。但某些模式下,没有用到的输入点还可以用作开关量输入点。
2、高速计数器的控制字和初始值、预置值
所有的高速计数器在S7-200CPU的特殊存储区中都有各自的控制字。控制字用来定义计数器的计数方式和其他一些设置,以及在用户程序中对计数器的运行进行控制。高速计数器的控制字的位地址分配见表8-2。
表8-2高速计数器的控制字的位地址分配表
高速计数器都有初始值和预置值,所谓初始值就是高速计数器的起始值,而预置值就是计数器运行的目标值,当前值(当前计数值)等于预置值时,会引发一个内部中断事件,初始值、预置值和当前值都是32位有符号整数。必须先设置控制字以允许装入初始值和预置值,并且初始值和预置值存入特殊存储器中,执行HSC指令使新的初始值和预置值有效。装载高速计数器的初始值、预置值和当前值的寄存器与计数器的对应关系见表8-3。
表8-3装载初始值、预置值和当前值的寄存器与计数器的对应关系表
以下用1个例子说明高速计数器在转速测量中的应用。
【例8-2】一台电动机上配有一台光电编码器(光电编码器与电动机同轴安装),试用S7-200CPU测量电动机的转速。
解:由于光电编码器与电动机同轴安装,光电编码器的转述就是电动机的转速。接线图如图8-5所示。
1、软硬件配置
①1套STEP7-MicroWINV4.0SP9;
②1台CPU226CN;
③1台光电编码器(1024线);
④1根编程电缆(或者CP5611卡);
图8-5接线图
【关键点】光电编码器的输出脉冲信号有+5V和+24V(或者18V),而多数S7-200CPU的输入端的有效信号是+24V(PNP接法时),只有CPU224XP型的I0.3、I0.4和I0.5三个输入端子既可以接入+5V的信号,也可以接入+24V的信号。在选用光电编码器时要注意不要选用+5V输出的光电编码器。图8-4中的编码器是PNP型输出,这一点也非常重要,涉及到程序的初始化,在选型时要注意。编码器的A-端子要与PLC的1M短接。否则不能形成回路。
那么若只有+5V输出的光电编码器是否可以直接用于以上回路测量速度呢?答案是不能,但经过三极管升压后是可行,具体解决方案读者自行思考。
2、编写程序
本例的编程思路是先对高速计数器进行初始化,起动高数计数器,在100mS内高数计数器计数个数,转化成每分钟编码器旋转的圈数就是光电编码器的转速,也就是电动机的转速。光电编码器为1024线,也就是说,高数计数器每收到1024个脉冲,电动机就转1圈。电动机的转速公式如下:
以上公式中:n为电动机的转速,N为100mS内高数计数器计数个数(收到脉冲个数)。
程序如图8-6至图8-9所示。
图8-6主程序
图8-7子程序SBR_0
图8-8子程序SBR_1
该系列CPU中有一个设置CPU的DIP开关,可设置的内容如下。
引脚1:ON=允许写入用户存储器;OFF=禁止写入用户存储器。
引脚2:ON=通电时,外扩存储盒的内容自动读出写入RAM;OFF=不自动读出。
引脚3:ON=编程器用英文显示信息;OFF=用日文显示。
引脚4:ON=允许用户设置扩展指令;OFF=使用扩展指令的默认设置。
引脚5:ON=用户设置通信参数;OFF=使用默认通信参数。起始位:1;数据位:7;偶校验;停止位:2;波特率:9600b/s。
引脚6:ON=编程器采用扩展装段模式;OFF=采用标准模式。
一般设置:
引脚1:选择OFF,调试程序时,总是要随时写入用户存储器的,当plc正式运行时,应该将该引脚设置为OFF。
引脚2;选择OFF,要是有扩展存储器,可以确认是否需要自动读出。
引脚3:选择ON。
引脚4:选择OFF,一般不设置扩展指令,若使用特殊的扩展指令时,需要该位为ON。
引脚5:选择OFF,使用默认设置。
引脚6:选择OFF,使用标准模式。