如何實(shí)現(xiàn)用PLC采集高于其高速計(jì)數(shù)器最高計(jì)數(shù)頻率的脈沖數(shù)

1、如何實(shí)現(xiàn)用PLC采集高于其高速計(jì)數(shù)器最高計(jì)數(shù)頻率的脈沖數(shù)據(jù)的探討2011/12/20 13:22:16· 關(guān)鍵詞： COS集成電路 TTL集成電路· 摘要：PLC 雖然內(nèi)部都含有高速計(jì)數(shù)器，其最高計(jì)數(shù)頻率為50KHz（一般均為10KHz或20KHz）以下，對高于其最高頻響的輸入脈沖，PLC的高速計(jì)數(shù)器就無能為力了。本文介紹如何借助于硬件電路配合PLC編程來實(shí)現(xiàn)對高于PLC的高速計(jì)數(shù)器的最高頻響的輸入脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的二種實(shí)施方案。如何實(shí)現(xiàn)用PLC采集高于其高速計(jì)數(shù)器最高計(jì)數(shù)頻率的脈沖數(shù)據(jù)的探討目前的PLC  其內(nèi)部都含有高速計(jì)數(shù)器，其

2、最高計(jì)數(shù)頻率為50KHz（一般均為10KHz或20KHz）以下，對高于其最高頻響的輸入脈沖，PLC的高速計(jì)數(shù)器就無能為力了。那么對高于其最高頻響的輸入脈沖，用PLC能否進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣呢？答案是可以的，但必須要借助于硬件電路方可實(shí)現(xiàn)。下面將介紹如何用硬件配合PLC編程，來實(shí)現(xiàn)對高于PLC的高速計(jì)數(shù)器的最高頻響的輸入脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法。數(shù)據(jù)采集通常有二種方式：1、定時(shí)計(jì)數(shù)采集數(shù)據(jù)。比如輸入一脈寬=10毫秒的方波脈沖，在此10毫秒方波脈寬內(nèi)計(jì)數(shù)器由0開始計(jì)數(shù)，方波結(jié)束后計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，其方波后沿讀取計(jì)數(shù)值的采集方式。2、等間隔連續(xù)采集數(shù)據(jù)。比如對正在計(jì)數(shù)中的計(jì)數(shù)器每隔0.1秒讀取一次計(jì)數(shù)值的采集方

3、式。下面將分別介紹這二種數(shù)據(jù)采集的實(shí)施方案：一、            用硬件計(jì)數(shù)器配合PLC高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行等間隔定時(shí)計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)采集圖一為用硬件計(jì)數(shù)器配合PLC高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)采集數(shù)據(jù)的硬件電路圖，（一）、硬件電路圖工作原理解析圖一中的JI輸入接口：其1腳接 JM 脈沖 即為高頻計(jì)數(shù)脈沖；3腳接 KM 控制 即為計(jì)數(shù)控制門信號。U1A（4520）為4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U1A 中的EN點(diǎn)為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖

4、輸入端，其計(jì)數(shù)脈沖的下跳沿計(jì)數(shù)有效。U1A 中的Q0Q3為U1A數(shù)據(jù)輸出端，分別代表1、2、4、8，其4位組合輸出代表計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。如輸出代碼為：1001，其輸出數(shù)為：8+1=9。 U2（4042）為4D鎖存器，其4個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（D0D3）分別連接U1A的4個(gè)輸出端（Q0Q3），當(dāng)給U2的CLK輸入一觸發(fā)脈沖，其脈沖的正跳沿，將D0D3數(shù)據(jù)分別存入U(xiǎn)2的Q0Q3端，U3(1413)輸出為OC門形式的7路反向器集成塊，取其4路與U2的Q0Q3相連，U3對應(yīng)的輸出端分別連接1K電阻，去接U4（內(nèi)含4個(gè)光電耦合器件的集成塊）的光電二極管的負(fù)極，其正極接+12v。U4的光敏三極管

5、的集電極接PLC輸入側(cè)的24V電源的正極，而發(fā)射極分別接PLC的輸入端（I20.I2.3）。U4在這里起二個(gè)作用：1、對輸入與輸出信號起光電隔離作用。2、電平轉(zhuǎn)換作用（輸入側(cè)為12V電平變化，輸出側(cè)為24V電平變化）。以U1A的Q0端為例：如Q0=0，當(dāng)給U2的CLK端輸入一正脈沖，其前沿觸發(fā)U2，使U2的Q0=0，輸入給U3的6腳，使該反相器截止，其輸出（U3的11腳）電流=0，即使U4的1-2腳間的發(fā)光二極管斷路而不發(fā)光，其對應(yīng)的15、16腳間的光敏三極管因無光照而阻斷，即使PLC的I2.0=0。如Q0=1，當(dāng)給U2的 CLK端輸入一正脈沖，其前沿觸發(fā)U2，使U2的Q0=1，輸入

6、給U3的6腳，使該路反相器導(dǎo)通，其輸出（U3的11腳）電流=（12-2）÷1K=10ma，使U4的1-2腳間的發(fā)光二極管導(dǎo)通而發(fā)光，使對應(yīng)的15、16腳間的光敏三極管因受光照而飽和導(dǎo)通，將+24V電壓加在PLC的I2.0上，即使PLC的I2.0=1。就是說，當(dāng)給U2的CLK端輸入一正脈沖，其脈沖前沿觸發(fā)U2，使U1A的Q0Q3數(shù)據(jù)通過U2的D0D3,鎖存在U2的Q0Q3里。再通過U3、U4電平轉(zhuǎn)換，將U1A計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果傳送到PLC的I2.0I2.3端。即PLC的輸入口接收到此時(shí)刻該計(jì)數(shù)值的最低4位數(shù)數(shù)據(jù)。U2的CLK端輸入的正脈沖信號，來自于U6C的輸出腳（10），當(dāng)U6B輸出的

7、正方波（即計(jì)數(shù)門脈沖）的后沿負(fù)跳變觸發(fā)由U6C、U6D組成的單穩(wěn)態(tài)，U6C的10腳立刻產(chǎn)生脈寬=5ms的正方波，此方波的前沿觸發(fā)U2的CLK端使之鎖存數(shù)據(jù)，同時(shí)通過U5-3輸入給I0.5， I0.5的前沿令PLC立即讀取HC1值。在用PLC作定時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)，其KM 控制信號保持置1（即不輸入控制信號），由Q1.0每隔一定時(shí)間（如0.1秒）發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖。經(jīng)U6B反相輸出為正脈沖，使U6A-1腳為1（控制門打開），JM 脈沖 通過U6A觸發(fā)U1A的EN端，使其計(jì)數(shù)。Q1.1為復(fù)位信號，是由PLC發(fā)出的指令，它經(jīng)過U5-1的電位轉(zhuǎn)換，變24V幅度為12V幅度

8、的脈沖，輸入給U1A的7腳復(fù)位端R，當(dāng)復(fù)位端電壓=1時(shí)，復(fù)位有效，使U1A的Q0Q3皆為0，且使U1A停止計(jì)數(shù)。當(dāng)該復(fù)位端電壓=0時(shí)，復(fù)位失效，容許U1A計(jì)數(shù)。Q1.1同時(shí)又輸入給I1.0，即PLC的高速計(jì)數(shù)器的復(fù)位端，I1.0=1復(fù)位有效，當(dāng)I1.0=0時(shí)，容許高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。圖中PLC的I0.6為其高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端，其信號來自U1A的輸出端D4，即16分頻輸出端。如U1A的計(jì)數(shù)輸入脈沖頻率為100KHz，經(jīng)U1A計(jì)數(shù)分頻，由D4輸出的脈沖頻率為：100K÷16=6.25K，低于高速計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)脈沖頻率。由它輸入給I0.6高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入口，故高速計(jì)數(shù)器可正常計(jì)數(shù)。這

9、種硬件電路只用一級4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，故最高計(jì)數(shù)頻率應(yīng)小于 16×PLC的高速計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)頻率。如PLC的高速計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)頻率為20KHz，則容許最高計(jì)數(shù)頻率為320KHz。當(dāng)測量某一脈沖寬度時(shí)，或定時(shí)采樣的計(jì)數(shù)時(shí)間要求小于毫秒級時(shí)（用PLC的I/O口是無法勝任這樣極窄的定時(shí)計(jì)數(shù)的控制的），應(yīng)選用KM 控制 信號作計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制門。在此用硬件控制門控制計(jì)數(shù)采樣的方式下，PLC在開機(jī)的第一個(gè)掃描周期將Q1.0置1，且使SM0.1=Q1.1將U1A清0，隨后Q1.1保持置0， KM 控制 端在沒有正方波輸入時(shí)，其電位為高

10、電位，故使U6A的1腳輸出電壓=0，U1A不計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入給KM 控制 端一負(fù)方波信號時(shí)，其U6B輸出為1， JM 脈沖將通過U6A觸發(fā)U1A的EN端，使U1A計(jì)數(shù)，且每計(jì)完16個(gè)脈沖，由U1A的Q3通過U3與U5-4輸入到高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)端(I0.6)使高速計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)。當(dāng)KM 控制 端輸入的負(fù)方波結(jié)束時(shí)，U6A的1腳電壓=0，U1A停止計(jì)數(shù)。PLC高速計(jì)數(shù)器必然也停止計(jì)數(shù)。KM 控制 端輸入負(fù)方波的后沿經(jīng)U6B倒相變?yōu)樨?fù)跳變，觸發(fā)由U6C、U6D組成的單穩(wěn)態(tài)，使之產(chǎn)生5mS的正方波輸入到I0.5， I

11、0.5=1的前沿讀取HC1值，再延時(shí)1ms 輸出給Q1.1、I1.0一脈沖信號，使U1A與高速計(jì)數(shù)器清0，為下一次計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備。                                      

12、0;                （二）、用PLC進(jìn)行等間隔定時(shí)計(jì)數(shù)的采集數(shù)據(jù)的編程初始狀態(tài)為：將圖一硬件電路中的KM 控制端保持高電位（+12V），Q1.0輸出為1，使圖中的U6B輸出為0，即停止計(jì)數(shù)（使JM 脈沖不能通過U6A加在U1A的EN計(jì)數(shù)端）。PLC編程：在第一個(gè)掃描周期使Q1.1=1(即SM0.1=Q1.1)，將計(jì)數(shù)器清0，之后Q1.1復(fù)位。PLC采用每間隔0.1秒產(chǎn)生一次時(shí)間中斷，使Q1.0=0，即

13、容許計(jì)數(shù)器從0開始加計(jì)數(shù)，延時(shí)10毫秒，Q1.0輸出=1，經(jīng)U6B倒相，使U6A 的1腳為0，U1A停止計(jì)數(shù)，U6A 的1腳由10，觸發(fā)由U6C、U6D組成的單穩(wěn)態(tài)，使之產(chǎn)生5ms正方波送到U2的CLK與I0.5，該脈沖前沿讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，且整理送入VW100中，該脈沖的后沿，使Q1.1輸出一正方波，將計(jì)數(shù)器清0。詳見以下梯形圖即注解：1、 主程序：   2、子程序SBR-0:  3、中斷初始化程序：   4、中斷子程序：    （三）、由硬件

14、提供定時(shí)計(jì)數(shù)控制門的PLC編程PLC在開機(jī)的第一個(gè)掃描周期將Q1.0置1，且使SM0.1=Q1.1將U1A清0，隨后Q1.1保持置0， KM 控制端在沒有負(fù)方波輸入時(shí)，其電位為高電位，故使U6A的1腳電壓=0（即U6A關(guān)門無脈沖信號輸出），U1A不計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入給KM 控制 端一負(fù)方波信號時(shí)，其U6B輸出為1， JM 脈沖將通過U6A觸發(fā)U1A的EN端，使U1A計(jì)數(shù)，且每計(jì)完16個(gè)脈沖，由U2的Q3通過U3與U5-4輸入到高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)端(I0.6)使高速計(jì)數(shù)器加1。當(dāng)KM 控制 端輸入的負(fù)方波結(jié)束時(shí)，U6A關(guān)門，

15、U1A停止計(jì)數(shù)。PLC高速計(jì)數(shù)器必然也停止計(jì)數(shù)。KM控制 端輸入負(fù)方波的后沿經(jīng)U6B倒相變?yōu)樨?fù)跳變，觸發(fā)由U6C、U6D組成的單穩(wěn)態(tài)，使之產(chǎn)生正方波輸入到I0.5，PLC在 I0.5=1的前沿讀取高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值HC1，經(jīng)整理送入VW100。其后沿延時(shí)1ms輸出給Q1.1、I1.0一正脈沖，使U1A與高速計(jì)數(shù)器清0，為下一次計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備。 詳見梯形圖：                  

16、                    SBR_0 子程序   二、            用硬件計(jì)數(shù)器配合PLC編程進(jìn)行等間隔讀取計(jì)數(shù)值的數(shù)據(jù)采集由于PLC I/O口的動作相應(yīng)時(shí)間比硬件電路的動作時(shí)間有所滯后，故采用如圖一所示的用硬件計(jì)數(shù)

17、器與PLC高速計(jì)數(shù)器配合使用進(jìn)行等間隔讀取計(jì)數(shù)值的采集方法是會產(chǎn)生取值錯(cuò)誤的，因?yàn)闊o論是硬件還是PLC發(fā)出讀取命令，其硬件計(jì)數(shù)器與PLC讀取的數(shù)值從時(shí)間上總是不為同時(shí)刻的計(jì)數(shù)值，造成采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。為了使讀數(shù)正確，計(jì)數(shù)器應(yīng)全部選用硬件計(jì)數(shù)器而不用PLC高速計(jì)數(shù)器。見圖二：選用4個(gè)四位二進(jìn)制硬件計(jì)數(shù)器（4520）組成16位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（一）、電路說明：圖二為全硬件計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)采集電路圖，它既適用于連續(xù)讀取計(jì)數(shù)值的采集方式，也適用于定時(shí)計(jì)數(shù)的采樣方式。圖中U7A與非門，其二個(gè)輸入：1、F 為高數(shù)計(jì)數(shù)脈沖，可適用于10MHz以下的頻率脈沖。2、K 為計(jì)數(shù)控制門信號，K為0時(shí)禁止

18、計(jì)數(shù)脈沖通過U7A（即關(guān)門），K為1時(shí)容許計(jì)數(shù)脈沖通過U7A（即開門）。在連續(xù)讀取計(jì)數(shù)值的工作方式下，K保持置1。在定時(shí)計(jì)數(shù)方式下，K輸入為正方波信號，在正方波寬度內(nèi)，U7A門打開，容許計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。正方波結(jié)束使U7A門的2腳電壓=0（即關(guān)閉），計(jì)數(shù)停止。該方波的后沿負(fù)跳變觸發(fā)由U7C、U7D組成的單穩(wěn)態(tài)電路，使U7C的10腳輸出一正脈沖經(jīng)U6-3電平轉(zhuǎn)換，輸入給I1.0 (讀取數(shù)據(jù))。U1、U2為雙4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器（4520），構(gòu)成16位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其U71A的計(jì)數(shù)端EN接U7A的3腳輸出端。U1、U2的16位的數(shù)據(jù)輸出可以象圖一方式：通過電平轉(zhuǎn)換直接輸出到PLC的輸入口。但這樣得用

19、3塊7路反向器（1413）和4個(gè)內(nèi)含4個(gè)光耦器件的集成塊，而且需占用16個(gè)PLC輸入口。這樣不僅用件多，而且造價(jià)太高，本電路選用2塊4014（并入串出寄存器）和2個(gè)光耦器件，通過PLC編程，用串行輸出數(shù)據(jù)的方式將計(jì)數(shù)器的高低字節(jié)數(shù)據(jù)同時(shí)輸入給PLC的二個(gè)輸入口（I1.1、I1.2）。圖中的Q1.0 為U3、U4的并入鎖存、串行移位的命令信號；Q1.1 為U1、U2計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號；Q1.2為U3、U4 并入與串出方式轉(zhuǎn)換信號。（二）  、PLC配合硬件電路進(jìn)行連續(xù)讀取計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的梯形圖：（1）、主程序：    （2）、中斷初始化子程序：