項目7

PLC在模擬量控制方面的應用

任務2高速計數器及其應用任務引入一般情況下，PLC的普通計數器受CPU掃描周期的影響，只能接收頻率為幾十赫茲的低頻脈沖信號，對高速脈沖信號的計數會發生脈沖丟失的現象。但對于大多數控制系統來說，已經能夠滿足控制要求。但在實際生產中，PLC可能要處理上百赫茲以上的高速信號。例如常見機械設備的主軸轉速可高達每分鐘上千轉，檢測其轉速就要使用PLC的高速計數器。PLC的高速計數器是脫離主機掃描周期而獨立計數的計數器，它可對脈寬小于主機掃描周期的高速脈沖準確計數。其脈沖輸入速率可達10～30KHZ。

任務分析西門子S7-200系列PLC專門設置了6個32位雙向高速計數器HSC0～HSC5（CPU221、CPU222沒有HSC1、HSC2）。要能熟練使用高速計數器，必須掌握以下知識。1．高速計數器的指令。2．高速計數器工作模式設置。3．高速計數器控制字節設置。相關知識

高速計數器定義指令和高速計數器啟動指令的梯形圖、語句等指令格式見表8-5所示。1．高速計數器的指令表8-5高速計數器指令格式名稱格式高速計數器定義指令高速計數器啟動指令梯形圖（LAD）

指令表（STL）HDEFHSC，MODEHSCN操作數范圍HSC：0～5；MODE：0～11；N：0～5相關知識

指令說明：（1）高速計數器定義指令（HDEF），為指定的高速計數器選定一種工作模式（有12種不同的工作模式）。工作模式決定了高速計數器的計數脈沖、方向、啟動和復位功能。（2）高速計數器啟動指令（HSC）用于啟動編號為N的高速計數器。1．高速計數器的指令相關知識

高速計數器的計數和動作可采用中斷方式進行控制，與CPU的掃描周期關系不大，各種型號的PLC可用的高速計數器的中斷事件大致分為3類：當前值等于預設值中斷、輸入方向改變中斷和外部復位中斷。所有高速計數器都支持當前值等于預設值中斷。2．高速計數器的中斷事件類型相關知識

每種高速計數器都有多種工作模式，以完成不同的功能，高速計數器的工作模式與中斷事件有密切關系。在使用一個高速計數器時，首先要使用HDEF指令給計數器設定一種工作模式。每一種高速計數器的工作模式的數量也不同，HSC1和HSC2最多可達12種，而HSC5只有一種工作模式。

S7-200系列PLC高速計數器HSC0～HSC5可以分別定義為四種工作類型：帶有內部方向控制的單相計數器；帶有外部方向控制的單相計數器；帶有增/減計數脈沖輸入的雙相計數器；A/B正交計數器。3．高速計數器的工作模式和輸入端相關知識

HSC0～HSC5可以根據外部輸入端的不同配置12種模式（模式0～模式11），高速計數器的工作模式見表8-6所示。表8-6高速計數器的工作模式和輸入端計數器標號及各種工作模式對應的輸入端HSC0I0.0I0.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.4帶有內部方向控制的單相計數器模式0計數脈沖模式1計數脈沖復位模式2計數脈沖復位啟動帶有外部方向控制的單相計數器模式3計數脈沖方向模式4計數脈沖方向復位模式5計數脈沖方向復位啟動帶有增/減計數脈沖輸入的雙相計數器模式6增計數脈沖減計數脈沖模式7增計數脈沖減計數脈沖復位模式8增計數脈沖減計數脈沖復位啟動A/B正交計數器模式9計數脈沖A計數脈沖B模式10計數脈沖A計數脈沖B復位模式11計數脈沖A計數脈沖B復位啟動相關知識

選用某個高速計數器在某種工作模式下工作后，高速計數器所使用的輸入端就必須按系統指定的輸入點輸入信號。例如，如果HSC0在模式4下工作，就必須用I0.0為脈沖輸入端，I0.1為增減方向輸入端，I0.2為外部復位輸入端。

高速計數器輸入點、輸入輸出中斷輸入點都使用一般數字量輸入點。同一個輸入點只能做一種功能，如果程序使用了高速計數器，則高速計數器的這種工作模式下指定的輸入點只能被高速計數器使用。只有高速計數器不用的輸入點才可以作為輸入輸出中斷或一般數字量輸入點使用。例如，HSC0在模式0下工作，只用I0.0作脈沖輸入，不使用I0.1和I0.2，則這兩個輸入端可作為輸入輸出中斷的輸入點或一般數字量輸入點使用。相關知識

（1）狀態字節。每個高速計數器都有固定的特殊存儲器與之相配合，完成高速計數功能。具體對應關系見表8-7所示。4．高速計數器的使用方法表8-7狀態字節高速計數器編號狀態字節控制字節當前值（雙字）預設值（雙字）HSC0SMB36SMB37SMD38SMD42HSC1SMB46SMB47SMD48SMD52HSC2SMB56SMB57SMD58SMD62HSC3SMB136SMB137SMD138SMD142HSC4SMB146SMB147SMD148SMD152HSC5SMB156SMB157SMD158SMD162表8-8高速計數器的特殊寄存器

每個高速計數器都有一個狀態字節，程序運行時根據運行狀況自動使某些位置位，可以通過程序來讀相關位的狀態，用以判斷條件實現相應的操作。狀態字節中各狀態位的功能見表8-8所示。相關知識

狀態位SM××6.0～SM××6.4SM××6.5SM××6.6SM××6.7功能描述不用當前計數方向0增，1減當前值=設定值0不等，1等當前值≠設定值0≤，1＞相關知識

（2）控制字節。每個高速計數器對應一個控制字節。通過對控制字節中指定位的編程，可以根據操作要求設置字節中各控制位，如復位與啟動輸入信號的有效狀態、計數速率、計數方向、允許更新雙字值和允許執行HSC指令等。控制字節中各控制位的功能見表8-9所示。表8-9高速計數器的控制字節（位）HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5描述SM37.0SM47.0SM57.0——SM147.0——復位有效電平控制位：0=復位高電平有效；1=復位低電平有效——SM47.1SM57.1——————啟動有效電平控制位：0=啟動高電平有效；1=啟動低電平有效SM37.2SM47.2SM57.2——SM147.2——正交計數器計數速率選擇：0=4×計數率；1=1×計數率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3計數方向控制位：0=減計數；1=增計數SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC寫入計數方向：0=不更新；1=更新計數方向SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC寫入：0=不更新；1=更新預置值SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC寫入新的初始值：0=不更新；1=更新初始值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC指令執行允許控制：0=禁止HSC；1=允許HSC相關知識

表中的前3位（0、1和2位）只有在HDEF指令執行時進行設置，在程序中其它位置不能更改（默認值為：啟動和復位為高電位有效，正交計數速率為4X，即輸入脈沖數的4倍）。第3位和第4位可以在工作模式0、1和2下直接更改，以單獨改變計數方向。后3位可以在任何模式下并在程序中更改，以單獨改變計數器的當前值、預置值或對HSC禁止計數。相關知識

（3）使用高速計數器。

1）選擇高速計數器及工作模式包括兩方面工作：根據使用的主機型號和控制要求，一是選用高速計數器。二是選擇該高速計數器的工作模式。

2）設置控制字節。在選擇用HSC0的工作模式3之后，對應的控制字節為SMB37。如果向SMB37寫入2#11111000，即16#F8，則對HSC0的功能設置為：復位與啟動輸入信號都是高電平有效、4倍計數率、計數方向為增計數、允許更新雙字值和允許執行HSC指令。

3）執行HDEF指令。執行HDEF指令時，HSC的輸入值為0，MODE的輸入值為3，指令為：HDEF0，3相關知識

（3）使用高速計數器。

4）設定當前值和預置值。每個高速計數器都對應一個雙字長的當前值和一個雙字長的預置值。兩者都是有符號整數。當前值隨計數脈沖的輸入而不斷變化，運行時當前值可以由程序直接讀取HCn得到。

5）設置中斷事件并全局開中斷。高速計數器利用中斷方式對高速事件進行精確控制。

6）執行HSC指令。以上設置完成并用指令實現之后，即可用HSC指令對高速計數器編程進行計數。以上6步是對的，可以用主程序中的程序段來實現，也可以用子程序來實現，這稱為高速計數器初始化程序。高速計數器在投入運行之前，必須要執行一次初始化程序段或初始化子程序。

（1）控制要求。采用測頻的方法測量電機的轉速。設電機的轉速已經由編碼器轉化成了脈沖信號。

任務實施電機轉速測定

（2）程序設計的梯形圖如圖8-11（a）、（b）、（c）所示。任務實施圖8-11（a）主程序

（2）程序設計的梯形圖如圖8-11（a）、（b）、（c）所示。任務實施圖8-11（b）子程序

（2）程序設計的梯形圖如圖8-11（a）、（b）、（c）所示。任務實施8-11（c）中斷程序轉換指令是指對操作數的類型進行轉換，包括數據的類型轉換、碼的類型轉換以及數據和碼之間的類型轉換。根據指令使用的頻繁程度，主要講解數據類型轉換。數據類型轉換。PLC中的主要數據類型包括字節、整數、雙整數和實數。不同性質的指令對操作數的類型要求不同，因此在指令使用之前需要將操作數轉換成相應的類型，轉換指令可以完成這樣的任務。

知識拓展轉換指令字節與整數轉換指令的梯形圖、語句等指令格式見表8-10所示。

知識拓展1．字節與整數轉換指令表8-10字節與整數轉換指令格式

名稱格式字節轉換成整數B-I指令整數轉換成字節I-B指令梯形圖（LAD）

指令表（STL）BTIIN，OUTITBIN，OUT

知識拓展指令說明：B-I指令是將輸入數據IN轉換成整數類型，并將結果送到OUT輸出。字節型是無符號的，所以沒有符號擴展。I-B指令是將輸入數據IN轉換成字節類型，并將結果送到OUT輸出。輸入數據超出字節范圍（0～255）則產生溢出。

知識拓展2．整數與雙整數轉換指令整數與雙整數轉換指令的梯形圖、語句等指令格式見表8-11所示。表8-11整數與雙整數轉換指令格式名稱格式雙整數轉換成整數DI-I指令整數轉換成雙整數I-DI指令梯形圖（LAD）

指令表（STL）DTIIN，OUTITDIN，OUT

知識拓展指令說明：DI-I指令是將雙整數數據IN轉換成整數類型，并將結果送到OUT輸出。輸入數據超出整數范圍則產生溢出。I-DI指令是將整數輸入數據IN轉換成雙整數類型，并將結果送到OU