用PLC高速計數器和電壓/頻率傳感器測量模擬電壓

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：TM933 文獻標識碼：B 文章編號：0219－2713(2003)04－0137－03

1 引言

由PLC控制的某些系統，經常要測量各類模擬電壓信號，以往通常用電壓傳感器進行采樣，由PLC的模擬量擴展模塊進行運算處理。電壓傳感器輸出是模擬量，在電磁騷擾較強的環境中，容易出現較大的測量誤差；同時，由于占用模擬量擴展模塊寶貴的輸入點（模擬量擴展模塊價格接近中、小型PLC的價格，且輸入點極少），使系統的性價比降低。當用電壓/頻率傳感器進行采樣，進而用PLC高速計數器計數，能較好地解決上述問題，V/F傳感器輸出是脈沖信號，該信號在電磁騷擾下變化極小；另外，該信號是數字量，可直接接入PLC高速計數器的輸入點。下面以西門子SIMATCS7-00、CPU224和V/F傳感器為例介紹測量模擬電壓信號的方法。

2 高速計數器和V/F傳感測量模擬電壓信號的原理

CPU224有HSC0-HSC5共6個高速計數器，每個高速計數器都有多種工作模式以完成不同的功能，在使用一個高速計數器時，根據系統的控制需要，首先要給計數器選定一種工作模式，可用高速計數器定義指令HDEF來進行設置。只有定義了計數器和計數器模式，才能對計數器的動態參數進行編程。編程時，每個高速計數器只能使用一條HDEF指令。每個高速計數器都有一個控制字節，包括允許或禁止計數，計數方向的控制，要裝入的計數器當前值和要裝入的預置值。

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

下面以一臺35kV級中、小容量變電所用直流電源為例，說明如何利用CPU224的高速計數器HSC1和V/F傳感器（輸入：DC0～500V電壓，輸出：0～10kHz脈沖）來測量控制母線電壓。首先，V/F傳感器將輸入電壓（控制母線電壓）轉換為矩形脈沖信號，再將此信號送入高速計數器HSC1的輸入端，并累計脈沖數。通過設置定時中斷0的間隔時間，來控制高速計數器累計脈沖的時間，當預置的間隔時間到后，根據累計脈沖數，計算出被測控制母線電壓值，測量原 理 圖 如 圖1所 示 。

圖1 高速計數器測量V/F傳感器脈沖電路

3 測量模擬電壓信號的方法

3.1 硬件要求

需要使用設備 CPU224 1臺

電壓/頻率傳感器 1臺

技術參數 供電電壓 DC 24V

輸 入 DC 0～500V

輸出 方波，GND～24V

測量范圍 0～500V→0～10kHz

比 率 20Hz/V

3.2 程序結構

主程序在第一個掃描周期調用子程序SBR0

SBR0高速計數器和定時中斷的初始化

INT0對高速計數器求值的定時中斷程序

3.3 程序和注釋

主程序在第一個掃描周期調用初始化子程序SBR0，僅在第一個掃描周期標志位SM0.1=1。由子程序SBR0實現初始化。

首先，把高速計數器HSC1的控制字節MB47置為16進制數FC，其含義是：正方向計數，可更新預置值（PV），可更新當前值（CV），激活HSC1。

然后，用定義指令HDEF把高速計數器HSC1設置成工作模式0，即沒有復位或啟動輸入，也沒有外部的方向選擇。當前值SMD48復位為0，預置值SMD52置為FFFF（16進制）。定時中斷0間隔時間SMB34置為100ms，中斷程序0分配給定時中斷0，并允許中斷，用指令HSC1啟動高速計數器。

每100ms調用一次中斷程序0，讀出高速計數器的數值后，將其置零。通過HSC1計數值及變換關系來求被測的控制母線電壓值。本例中，采用參數為輸入0～500V、輸出0～10kHz的V/F傳動器，100ms時間累計脈沖最多為1kHz，在中斷程序中用乘法指令MUL將該計數值乘5，則100ms內最多脈沖累計數為1k×5=5kHz，從而實現顯示值與10倍的真實電壓值相對應，假設經乘法指令運算后計數值為2200Hz，則實際電壓值相應為220V。然后將經程序處理的計數值置入輸出字節QBO，以便通過LED來顯示被測的模擬電壓值。高速計數器和V/F傳感器測量模擬電壓信號的主程序、子程序和中斷程序如下所述。

主程序

LD SM0.1 //用初次掃描存儲器位（SM0.1）調用執行初始化操作的子程序。由于采用這樣的子程序調用，后續掃描不會再調用這個子程序，從而減少了掃描時間，也提供了一個結構優化的程序。

CALL SBR_0 //調用初始化子程序SBR_0

子程序

SBR0 SM0.0 //啟動子程序0

LD SM0.0 //SM0.0總是1

MOVB 16＃FC，SMB47 //設置高速計數器HSC1控制字節：上升沿復位，上升沿啟動，1X計數速率，正向計數，可改變方向，可更新PV（預置值），可CV（當前值），激活HSC1。

HDEF 1，0 //定義高速計數器，選用HSC1工作于模式0

MOVO 0，SM048 //HSC1當前值清0

MOVD 16＃FFFF，SMD52 //將預置值裝入SMD52

MOVB 100，SMB34 //設置定時中斷0間隔時間為100ms

ATCH 0，10 //中斷連接指令，中斷程序為INT_0，事件號為10

EN 1 //允許所有中斷

HSC 1 //編程計數器SHC1，使設置生效

中斷程序0

INT 0 //啟動中斷程序

LD SM0.0 //SM0?0總是1

MOVD HSC1，AC0 //把HSC1的計數值存入累加器AC0

MOVD AC0，VD100 //把計數值存入VD100

MOVD 0，SM048 //HSC1當前值清0

MOVB 16＃C0，SMB47 //重新設置HSC1控制字節：上升沿復位，上升沿啟動，4X計數速率；反向計數，不改變計數方向，不更新PV，可更新CV，激活HSC1。

HSC 1 //啟動高速計數器HSC1

MUL 5，VD100 //把HSC1的計數值乘以5

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

4 結語

以上方法已用于GZS2智能型高頻開關直流電源等控制系統（變電站、發電廠用直流電源），實踐證明，該方法進行模擬電壓信號測量，具有精度高（最高可達5/1000V），抗騷擾性強，運行可靠等優點，具有較大的實用價值和廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 臺方.可編程控制器應用教程[M].中國水利水電出版社,2001.