用PLC高速计数器和电压/频率传感器测量模拟电压信号的方法

用plc高速计数器和电压/频率传感器测量模拟电压信号的方法摘要：介绍了用plc高速计数器和电压/频率传感器累计测量脉冲的原理，阐明了应用中需注意的事项，通过程序实例详实介绍了测量模拟电压信号的方法。关键词：可编程控制器；高速计数器；电压/频率传感器 method of measuring simulated voltage signal by plc high speed counter and voltage/frequency sensor wang yu-tian, cheng yao-zhong 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 中图分类号：tm933 文献标识码：b 文章编号：0219－2713(2003)04－0137－03 　 1 引言由plc控制的某些系统，经常要测量各类模拟电压信号，以往通常用电压传感器进行采样，由plc的模拟量扩展模块进行运算处理。电压传感器输出是模拟量，在电磁骚扰较强的环境中，容易出现较大的测量误差；同时，由于占用模拟量扩展模块宝贵的输入点（模拟量扩展模块价格接近中、小型plc的价格，且输入点极少），使系统的性价比降低。当用电压/频率传感器进行采样，进而用plc高速计数器计数，能较好地解决上述问题，v/f传感器输出是脉冲信号，该信号在电磁骚扰下变化极小；另外，该信号是数字量，可直接接入plc高速计数器的输入点。下面以西门子simatcs7-00、cpu224和v/f传感器为例介绍测量模拟电压信号的方法。 2 高速计数器和v/f传感测量模拟电压信号的原理 cpu224有hsc0-hsc5共6个高速计数器，每个高速计数器都有多种工作模式以完成不同的功能，在使用一个高速计数器时，根据系统的控制需要，首先要给计数器选定一种工作模式，可用高速计数器定义指令hdef来进行设置。只有定义了计数器和计数器模式，才能对计数器的动态参数进行编程。编程时，每个高速计数器只能使用一条hdef指令。每个高速计数器都有一个控制字节，包括允许或禁止计数，计数方向的控制，要装入的计数器当前值和要装入的预置值。 v/f传感器把测量的模拟电压信号按着固定的比率转换成矩形脉冲信号，本例采用的电压/频率传感器，它的比率为20hz/v。下面以一台35kv级中、小容量变电所用直流电源为例，说明如何利用cpu224的高速计数器hsc1和v/f传感器（输入：dc0～500v电压，输出：0～10khz脉冲）来测量控制母线电压。首先，v/f传感器将输入电压（控制母线电压）转换为矩形脉冲信号，再将此信号送入高速计数器hsc1的输入端，并累计脉冲数。通过设置定时中断0的间隔时间，来控制高速计数器累计脉冲的时间，当预置的间隔时间到后，根据累计脉冲数，计算出被测控制母线电压值，测量原理图如图1所示。图1 高速计数器测量v/f传感器脉冲电路 3 测量模拟电压信号的方法 3.1 硬件要求需要使用设备 cpu224 1台电压/频率传感器 1台技术参数供电电压 dc 24v 输入 dc 0～500v 输出方波，gnd～24v 测量范围 0～500v→0～10khz 比率 20hz/v 3.2 程序结构主程序在第一个扫描周期调用子程序sbr0 sbr0高速计数器和定时中断的初始化 int0对高速计数器求值的定时中断程序 3.3 程序和注释主程序在第一个扫描周期调用初始化子程序sbr0，仅在第一个扫描周期标志位sm0.1=1。由子程序sbr0实现初始化。首先，把高速计数器hsc1的控制字节mb47置为16进制数fc，其含义是：正方向计数，可更新预置值（pv），可更新当前值（cv），激活hsc1。然后，用定义指令hdef把高速计数器hsc1设置成工作模式0，即没有复位或启动输入，也没有外部的方向选择。当前值smd48复位为0，预置值smd52置为ffff（16进制）。定时中断0间隔时间smb34置为100ms，中断程序0分配给定时中断0，并允许中断，用指令hsc1启动高速计数器。每100ms调用一次中断程序0，读出高速计数器的数值后，将其置零。通过hsc1计数值及变换关系来求被测的控制母线电压值。本例中，采用参数为输入0～500v、输出0～10khz的v/f传动器，100ms时间累计脉冲最多为1khz，在中断程序中用乘法指令mul将该计数值乘5，则100ms内最多脉冲累计数为1k×5=5khz，从而实现显示值与10倍的真实电压值相对应，假设经乘法指令运算后计数值为2200hz，则实际电压值相应为220v。然后将经程序处理的计数值置入输出字节qbo，以便通过led来显示被测的模拟电压值。高速计数器和v/f传感器测量模拟电压信号的主程序、子程序和中断程序如下所述。主程序 ld sm0.1 //用初次扫描存储器位（sm0.1）调用执行初始化操作的子程序。由于采用这样的子程序调用，后续扫描不会再调用这个子程序，从而减少了扫描时间，也提供了一个结构优化的程序。 call sbr_0 //调用初始化子程序sbr_0 子程序 sbr0 sm0.0 //启动子程序0 ld sm0.0 //sm0.0总是1 movb 16＃fc，smb47 //设置高速计数器hsc1控制字节：上升沿复位，上升沿启动，1x计数速率，正向计数，可改变方向，可更新pv（预置值），可cv（当前值），激活hsc1。 hdef 1，0 //定义高速计数器，选用hsc1工作于模式0 movo 0，sm048 //hsc1当前值清0 movd 16＃ffff，smd52 //将预置值装入smd52 movb 100，smb34 //设置定时中断0间隔时间为100ms atch 0，10 //中断连接指令，中断程序为int_0，事件号为10 en 1 //允许所有中断 hsc 1 //编程计数器shc1，使设置生效
中断程序0 int 0 //启动中断程序 ld sm0.0 //sm0?0总是1 movd hsc1，ac0 //把hsc1的计数值存入累加器ac0 movd ac0，vd100 //把计数值存入vd100 movd 0，sm048 //hsc1当前值清0 movb 16＃c0，smb47 //重新设置hsc1控制字节：上升沿复位，上升沿启动，4x计数速率；反向计数，不改变计数方向，不更新pv，可更新cv，激活hsc1。 hsc 1 //启动高速计数器hsc1 mul 5，vd100 //把hsc1的计数值乘以5 movb vb103，qb0 //在输出端q0?0至q0.7显示10倍被测控母电压值 4 结语以上方法已用于gzs2智能型高频开关直流电源等控制系统（变电站、发电厂用直流电源），实践证明，该方法进行模拟电压信号测量，具有精度高（最高可达5/1000v），抗骚扰性强，运行可靠等优点，具有较大的实用价值和广泛的应用前景。参考文献 [1] 台方.可编程控制器应用教程[m].中国水利水电出版社,2001. 作者简介王玉田（1957－），男，硕士，主要从事发电机励磁技术研究。程耀忠（1948－），男，高级工程师，主要从事晶闸管等离子电源、高频谐振变压器电源和智能直流电源的研究。
收稿日期：2003－01－08