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![高速计数器使用实例_西门子PLC高级培训教程（第二版）_[共4页]](https://img.taocdn.com/s1/m/806bd5f4482fb4daa48d4b0d.png)
║44 西门子PLC高级培训教程（第二版） 第1章2.5.2 高速计数器使用实例在工业中使用高速计数器进行计数过程中，很多时候计数脉冲是由编码器提供的，编码器的输出信号可以分为三个部分，A相、B相和Z相，如图2-49所示。
A相和B相是连续脉冲信号，A相的相位比B相的相位超前π。
Z相为定位信号或称为2 Array复位信号，该信号在编码器每转一圈发出一个脉冲信号。
编码器发出三相信号，在使用的时候可以组合使用，也可以单独使用某一相。
可以只使用A相，此图2-49 编码器脉冲信号时编码器的输出信号只是一个计数脉冲，没有方向信号。
如果A相和B相同时使用，就可以进行方向判断，根据方向不同进行加计数或者减计数。
编码器可以使用24V电源电压，也可以使用5V的电源电压，所以输出的信号也分为24V 和5V两种类型。
可根据具体情况选择适合的输出信号，从而确定编码器的电源电压。
例2.19使用CPU313C-2DP中集成的高速计数器对输入信号进行计数。
输入信号选择增量式编码器输出的电动机测速脉冲。
编码器的输出是每圈1000个脉冲信号，电动机带动小车前行或后退，车轮直径为0.3m，根据传动关系，电动机转一周编码器转一周，电动机转一周车轮转2周。
试计算小车稳定运行时的速度。
硬件连接组态：按照表2-5连接增量式编码器的输出信号。
系统的硬件组态参考图2-45中的硬件组态形式。
双击计数器模块即可出现图2-50的计数器属性窗口，首先对计数通道进行设置，这里选择通道0。
图2-50为计数器的地址设置，可以使用系统默认的地址，也可以设置新的地址。
如图2-51对频率测量的各个参数进行设置，工作模式设置为“频率计数”，输出测量值使用直接输出。
最后将硬件设置保存编译并下载到CPU中。
表2-5CPU 313C-2DP中集成高速计数第一通道和第二通道接线端子号名称/地址功能1 1L+输入电压24V2 DI+0.0通道0：A相脉冲信号3 DI+0.1通道0：B相方向信号4 DI+0.2通道0：硬件门5 DI+0.3通道1：A相脉冲信号6 DI+0.4通道1：B相方向信号7 DI+0.5通道1：硬件门16 DI+1.4通道0：锁存功能输入22 DO+0.0通道0：高速响应输出硬件组态下载完成就可以进行编程了。
基于 TIA博途的编码器计数和测量方法的应用摘要：文章以TIA博途为软件，西门子1500CPU及增量式、绝对值编码器为硬件基础，阐述了在TIA博途中对编码器信号的计数和测量方法的编程应用。
关键字：S7-1500 TIA博途编码器计数测量方法1.前言在工业生产中编码器有着广泛的应用，主要用于现场设备的信号计数和位置测量。
如何将编码器信号准确高效的在PLC程序中进行数据处理和应用显得非常重要。
西门子公司的S7-1500系列PLC在实际工业中应用的较为广泛，该PLC的编程软件是TIA 博途，现在的版本已经到了V16。
本文以S7-1500系列PLC 及增量式、绝对值编码器为硬件基础，TIA博途为编程软件，来探讨编码器信号在PLC程序中的计数和测量方法以及应用。
1.编码器简介编码器是以数字化信息将角度、长度的信息以编码的方式输出的传感器。
编码器把角位移或直线位移转换成电信号。
按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
1.计数功能和测量方法的具体编程实现3.1增量式编码器•在工艺指令中调用High_Speed_Counter功能块•进入功能块组态界面，进行基本参数设置，选择相应的模块和通道。
•进入扩展参数设置界面，进行计数器信号类型输入，选择信号评估。
再进行附加参数配置，可以设置滤波器频率，接口标准，对信号N是否有响应。
•进行计数器特征组态，设置计数特征。
在这个界面可以设置计数上限、起始值、计数下限。
以及对违反计数限值的响应等。
•High_Speed_Counter功能块主要输入输出参数说明：参数声明数据类型默认值说明SwGateINPUTBOOLFALSE控制软件门：上升沿：软件门打开下降沿：软件门关闭SwGate 与硬件门一起启用内部门。
1.※有网友问：增量旋转编码器选型有哪些注意事项？应注意三方面的参数：1．械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环境防护等级是否满足要求。
2．分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。
3．电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式），电压输出（E），集电极开路（C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出），长线驱动器输出。
其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。
2.※有网友问：请教如何使用增量编码器？1，增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6到5400或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。
2，增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：A,B和Z，一般采用TTL电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲，可作为参考机械零位。
一般利用A超前B或B超前A进行判向，我公司增量型编码器定义为轴端看编码器顺时针旋转为正转，A超前B为90°，反之逆时针旋转为反转B超前A为90°。
也有不相同的，要看产品说明。
3，使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。
4，建议B脉冲做顺向（前向）脉冲，A脉冲做逆向（后向）脉冲，Z原点零位脉冲。
5，在电子装置中设立计数栈。
3.※关于户外使用或恶劣环境下使用有网友来email问，他的设备在野外使用，现场环境脏，而且怕撞坏编码器。
我公司有铝合金（特殊要求可做不锈钢材质）密封保护外壳，双重轴承重载型编码器，放在户外不怕脏，钢厂、重型设备里都可以用。
不过如果编码器安装部分有空间，我还是建议在编码器外部再加装一防护壳，以加强对其进行保护，必竟编码器属精密元件，一台编码器和一个防护壳的价值比较还是有一定差距的。
4.※从接近开关、光电开关到旋转编码器：工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。
在西门子plc梯形图中，将其触点和线圈等称为程序中的编程元件。
编程元件也称为软元件，是指在plc编程时使用的输入/输出端子所对应的存储区以及内部的存储单元、寄存器等。
根据编程元件的功能，西门子plc梯形图中的常用的编程元件主要有输入继电器（I）、输出继电器（Q）、辅助继电器（M、SM）、定时器（T）、计数器（C）和一些其他较常见的编程元件等。
1、输入继电器（I）的标注西门子PLC梯形图中的输入继电器用“字母I+数字”进行标识，每个输入继电器均与PLC的一个输入端子对应，用于接收外部开关信号。
输入继电器由PLC端子连接的开关部件的通断状态（开关信号）进行驱动，当开关信号闭合时，输入继电器得电，其对应的常开触点闭合，常闭触点断开，如图1所示。
图1 西门子PLC梯形图中的输入继电器2、输出继电器（Q）的标注西门子PLC梯形图中的输出继电器用“字母Q+数字”进行标识，每一个输出继电器均与PLC的一个输出端子对应，用于控制PLC外接的负载。
输出继电器可以由PLC内部输入继电器的触点、其他内部继电器的触点或输出继电器自己的触点来驱动，如图2所示。
图2 西门子PLC梯形图中的输出继电器3、辅助继电器（M、SM）的标注在西门子PLC梯形图中，辅助继电器有两种，一种为通用辅助继电器，一种为特殊标志位辅助继电器。
（1）通用辅助继电器的标注。
通用辅助继电器，又称为内部标志位存储器，如同传统继电器控制系统中的中间继电器，用于存放中间操作状态，或存储其他相关数字，用“字母M+数字”进行标识，如图3所示。
图3 西门子PLC梯形图中的通用辅助继电器由图3可以看到，通用辅助继电器M0.0既不直接接受外部输入信号，也不直接驱动外接负载，它只是作为程序处理的中间环节，起到桥梁的作用。
（2）特殊标志位辅助继电器的标注。
特殊标志位辅助继电器，用“字母SM+数字”标识，如图4所示，通常简称为特殊标志位继电器，它是为保存PLC自身工作状态数据而建立的一种继电器，用于为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，如用于读取程序中设备的状态和运算结果，根据读取信息实现控制需求等。
PLC的基本工作原理及其S7-200编程第一章实验基础入门篇1.1 PLC入门知识概述可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计PLC与传统的继电器逻辑相比：1、可靠性高、逻辑功能强、体积小。
2、在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。
3、随着要求的变更PLC对程序修改方便。
继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。
4、具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。
PLC与工业控制计算机相比1、PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。
2、PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。
工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。
它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。
3、PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。
工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。
但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。
LCCPU●诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。
●采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。
●逐条读取指令，完成各种运算和操作。
●将处理结果送至输出端。
●响应各种外部设备的工作请求。
存储器●系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。
PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。
旋转编码器与后续设备（PLC、计数器等）接线如何接？分享到：⑴与PLC连接，以CPM1A为例：①NPN集电极开路输出方法1：如下图所示这种接线方式应用于当传感器的工作电压与PLC的输入电压不同时，取编码器晶体管部分，另外串入电源，以无电压形式接入PLC。
但是需要注意的是，外接电源的电压必须在DC30V以下，开关容量每相35mA以下，超过这个工作电压，则编码器内部可能会发生损坏。
具体接线方式如下：编码器的褐线接编码器工作电压正极，蓝线接编码器工作电压负极，输出线依次接入PLC的输入点，蓝线接外接电源负极，外接电源正极接入PLC的输入com端。
方法2：编码器的褐线接电源正极，输出线依次接入PLC的输入点，蓝线接电源负极，再从电源正极端拉根线接入PLC输入com端。
②电压输出接线方式如图所示：具体接线方式如下：编码器的褐线接电源正极，输出线依次接入PLC的输入点，蓝线接电源负极，再从电源正极端拉根线接入PLC输入com端。
③PNP集电极开路输出接线方式如下图所示：具体接线方式如下：编码器的褐线接工作电压正极，蓝线接工作电压负极，输出线依次接入PLC的输入com端，再从电源负极端拉根线接入PLC的输入com端。
④线性驱动输出具体接线如下：输出线依次接入后续设备相应的输入点，褐线接工作电压的正极，蓝线接工作电压的负极。
⑵与计数器连接，以H7CX（OMRON制）为例H7CX输入信号分为无电压输入和电压输入。
①无电压输入：以无电压方式输入时，只接受NPN输出信号。
NPN集电极开路输出的接线方式如下：具体接线方式如下：褐线接电源正极，蓝线接电源负极，再从电源负极端拉根线接6号端子，黑线和白线接入8和9号端子，如果需要自动复位，则橙线接入7号端子。
NPN电压输出的接线方式如下：接线方式与NPN集电极开路输出方式一样。
②电压输入NPN集电极开路输出的接线方式如下图所示：具体接线方式如下：褐线接电源正极，蓝线接电源负极，再从电源负极端拉根线接6号端子，黑线和白线接入8和9号端子，如果需要自动复位，则橙线接入7号端子。
应用于高速计数模块的编码器基础1 编码器基础1.1光电编码器编码器是传感器的一种，主要用来检测机械运动的速度、位置、角度、距离和计数等，许多马达控制均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位置的检出等，应用范围相当广泛。
按照不同的分类方法，编码器可以分为以下几种类型：➢根据检测原理，可分为光学式、磁电式、感应式和电容式。
➢根据输出信号形式，可以分为模拟量编码器、数字量编码器。
➢根据编码器方式，分为增量式编码器、绝对式编码器和混合式编码器。
光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，主要利用光栅衍射的原理来实现位移——数字变换，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
典型的光电编码器由码盘、检测光栅、光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等组成。
光电编码器具有结构简单、精度高、寿命长等优点，广泛应用于精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面。
这里我们主要介绍SIMATIC S7系列高速计数产品普遍支持的增量式编码器和绝对式编码器。
1.2增量式编码器增量式编码器提供了一种对连续位移量离散化、增量化以及位移变化（速度）的传感方法。
增量式编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，它能够产生与位移增量等值的脉冲信号。
增量式编码器测量的是相对于某个基准点的相对位置增量，而不能够直接检测出绝对位置信息。
如图1-1所示，增量式编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。
在码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期。
检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线，它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°。
当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，就可以得到被测轴的转角或速度信息。
图1-1增量式编码器原理图一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相相位差为90°的脉冲信号（即所谓的两相正交输出信号），根据A、B两相的先后位置关系，可以方便地判断出编码器的旋转方向。
另外，码盘一般还提供用作参考零位的N 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，会发出一个零位标志信号。
图1-2增量式编码器输出信号1.3绝对式编码器绝对式编码器的原理及组成部件与增量式编码器基本相同，与增量式编码器不同的是，绝对式编码器用不同的数码来指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字量的传感器。
图1-3绝对式编码器原理图如图1-3所示，绝对式编码器的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条码道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数。
在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件。
当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有n位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有n 条码道。
根据编码方式的不同，绝对式编码器的两种类型码盘（二进制码盘和格雷码码盘），如图1-4所示。
图1-4绝对式编码器码盘绝对式编码器的特点是不需要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码，即直接读出角度坐标的绝对值。
另外，相对于增量式编码器，绝对式编码器不存在累积误差，并且当电源切除后位置信息也不会丢失。
2 编码器输出信号类型一般情况下，从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，不能直接用于控制、信号处理和远距离传输，所以在编码器内还需要对信号进行放大、整形等处理。
经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波，因为矩形波输出信号容易进行数字处理，所以在控制系统中应用比较广泛。
增量式光电编码器的信号输出有集电极开路输出、电压输出、线驱动输出和推挽式输出等多种信号形式。
2.1集电极开路输出集电极开路输出是以输出电路的晶体管发射极作为公共端，并且集电极悬空的输出电路。
根据使用的晶体管类型不同，可以分为NPN集电极开路输出（也称作漏型输出，当逻辑1时输出电压为0V，如图2-1所示）和PNP集电极开路输出（也称作源型输出，当逻辑1时，输出电压为电源电压，如图2-2所示）两种形式。
在编码器供电电压和信号接受装置的电压不一致的情况下可以使用这种类型的输出电路。
图2-1 NPN集电极开路输出图2-2 PNP集电极开路输出对于PNP型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到漏型输入的模块中，具体的接线原理如图2-3所示。
注意：PNP型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入源型输入的模块中。
图2-3 PNP型输出的接线原理对于NPN型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到源型输入的模块中，具体的接线原理如图2-4所示。
注意：NPN型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入漏型输入的模块中。
图2-4 NPN型输出的接线原理2.2电压输出型电压输出是在集电极开路输出电路的基础上，在电源和集电极之间接了一个上拉电阻，这样就使得集电极和电源之间能有了一个稳定的电压状态，如图2-5。
一般在编码器供电电压和信号接受装置的电压一致的情况下使用这种类型的输出电路。
图2-5电压输出型2.3推挽式输出推挽式输出方式由两个分别为PNP型和NPN型的三极管组成，如图2-6所示。
当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断，两个输出晶体管交互进行动作。
这种输出形式具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此在低阻抗情况下它也可以提供大范围的电源。
由于输入、输出信号相位相同且频率范围宽，因此它还适用于长距离传输。
推挽式输出电路可以直接与NPN和PNP集电极开路输入的电路连接，即可以接入源型或漏型输入的模块中。
图2-6推挽式输出2.4线驱动输出如图2-7所示，线驱动输出接口采用了专用的IC 芯片，输出信号符合RS-422标准，以差分的形式输出，因此线驱动输出信号抗干扰能力更强，可以应用于高速、长距离数据传输的场合，同时还具有响应速度快和抗噪声性能强的特点。
图2-7线驱动输出说明：除了上面所列的几种编码器输出的接口类型外，现在好多厂家生产的编码器还具有智能通信接口，比如PROFIBUS总线接口。
这种类型的编码器可以直接接入相应的总线网络，通过通信的方式读出实际的计数值或测量值，这里不做说明。
3 高速计数模块与编码器的兼容性高速计数模块主要用于评估接入模块的各种脉冲信号，用于对编码器输出的脉冲信号进行计数和测量等。
西门子SIMATIC S7的全系列产品都有支持高速计数功能的模块，可以适应于各种不同场合的应用。
根据产品功能的不同，每种产品高速计数功能所支持的输入信号类型也各不相同，在系统设计或产品选型时要特别注意。
下表3-1给出了西门子高速计数产品与编码器的兼容性信息，供选型时参考。
表3-1高速计数产品与编码器的兼容性SIMATIC S7 系列产品增量型编码器绝对值编码器24VPNP24VNPN24V推挽式5V 差分SSIS7-200 /S7-200 Smart CPU 集成的HSC√√√--S7-1200 CPU 集成的HSC√√√--➢编码器类型：根据应用场合和控制要求确定选用增量型编码器还是绝对性编码器。
➢输出信号类型：对于增量型编码根据需要确定输出接口类型（源型、漏型）。
➢信号电压等级：确认信号的电压等级（DC24V、DC5V等）。
➢最大输出频率：根据应用场合和需求确认最大输出频率及分辨率、位数等参数。
➢安装方式、外形尺寸：综合考虑安装空间、机械强度、轴的状态、外观规格、机械寿命等要求。
4.2如何判断编码器的好坏可以通过以下几种方法判断编码器的好坏：➢将编码器接入PLC的高速计数模块，通过读取实际脉冲个数或码值来判断编码器输出是否正确。
➢通过示波器查看编码器输出波形，根据实际的输出波形来判断编码器是否正常。
➢通过万用表的电压档来测量编码器输出信号电压来判断编码器是否正常，具体操作方法如下：1）编码器为NPN晶体管输出时，用万用表测量电源正极和信号输出线之间的电压•导通时输出电压接近供电电压•关断时输出电压接近0V2）编码器为PNP晶体管输出时，用万用表测量测量电源负极和信号输出线之间的电压•导通时输出电压接近供电电压•关断时输出电压接近0V4.3计数不准确的原因及相应的避免措施在实际应用中，导致计数或测量不准确的原因很多，其中主要应注意以下几点：➢编码器安装的现场环境有抖动，编码器和电机轴之间有松动，没有固定紧。
➢旋转速度过快，超出编码器的最高响应频率。
➢编码器的脉冲输出频率大于计数器输入脉冲最高频率。
➢信号传输过程中受到干扰。
针对以上问题的避免措施：➢检查编码器的机械安装，是否打滑、跳齿、齿轮齿隙是否过大等。
➢计算一下最高脉冲频率，是否接近或超过了极限值。
➢确保高速计数模块能够接收的最大脉冲频率大于编码器的脉冲输出频率。
➢检查信号线是否过长，是否使用屏蔽双绞线，按要求做好接地，并采取必要抗干扰措施。
4.4空闲的编码器信号线该如何处理在实际的应用中，可能会遇到不需要或者模块不支持的信号线，例如：➢对于带零位信号的AB正交编码器（A、B、N），模块不支持N相输入或者不需要Z信号。
➢对于差分输出信号（A、/A，B、/B，N、/N），模块不支持反向信号（/A，/B，/N）的输入。
对于这些信号线，不需要特殊的处理，可以直接放弃不用！4.5增量信号多重评估能否提高计数频率对于增量信号，可以组态多重评估模式，包括双重评估和四重评估。
四重评估是指同时对信号A和B的正跳沿和负跳沿进行判断，进而得到计数值，如图4-1所示。
对于四重评估的模式，因为对一个脉冲进行了四倍的处理（四次评估），所以读到的计数值是实际输入脉冲数的四倍，通过对信号的多重评估可以提高测量的分辨率。
图4-1四重评估原理图通过以上对增量信号多重评估原理的分析可以看出，多重评估只是在原计数脉冲的基础上对计数值作了倍频处理，而实际上对实际输入脉冲频率没有影响，所以也不会提高模块的最大计数频率。
例如，FM350-2的最大计数频率为10kHz，那么即使配置为四重评估的模式，其最大的计数频率还是10kHz。
