通过S7-200高速计数器和编码器进行定位控制

张伟

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836100）

通过S7-200高速计数器和编码器进行定位控制

张伟

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836100）

在往返式传动控制系统中，我们经常会遇到多点定位问题。文中以捞渣机往返运动定位控制为例，采用西门子公司S7-200PLCCPU224控制器，利用旋转编码器和PLC高速计数器进行精确的定位控制。经过现场测试运行，这种定位控制可靠性高，运行效果好。

自动控制高速计数器旋转编码器S7-200

1 前言

捞渣机是有色冶金行业最常用的设备之一，其中一个用途就是将水淬后的高冰镍从冷却水中分离出来。经过转炉吹炼后的高冰镍熔体经过冷却水水淬后变成细渣，经过捞渣机打捞，通过电机转动带动钢丝绳拉着捞渣机运行到固定位置，然后电机反转将捞渣机运行到初始位置，继续打捞高冰镍，就这样一直做往返运动。我公司原有的捞渣机的控制是采用人工控制，通过人肉眼观察捞渣机的运行位置，然后手动调节电位器，以调节电机转速，在接近预设定的装、卸载位置后，人为停止运行，但此种方法因人工操作的熟练程度不一样，时常造成过卷和过放，给安全生产带来一定的隐患。现采用西门子S7-200 PLCCPU224控制器，利用分辨率为1024P∕R的旋转编码器，然后通过CPU224高速计数器对脉冲个数进行计数，并换算成捞渣机的运行距离，最终实现捞渣机到达固定位置时自动停下。

2 编码器

编码器是用来测量转速的装置，它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，又称旋转编码器。旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲。将编码器与齿轮条或螺旋杠结合在一起，就可用于测量直线位移。编码器输出脉冲，再通过PLC高速计数器计数，最终经过处理转换成直线位移也是现在编码器用来测量位移的一种主要方式。当控制对象发生位置变化时，编码器便会发出A、B两相正交计数脉冲，脉冲个数与位移量成比例关系，通过对脉冲计数就能计算出相应的位移。绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从20～2n-1的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

编码器按照工作原理可以分为增量式和绝对式两种。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，文中所使用的编码器就是增量式编码器。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码。而绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从20～2n-1的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响，适用于对位置计量要求较高的场合及要求抗干扰要求高的位置。

3 西门子S7-200PLC高速计数器

西门子200PLC高速计数器用于对CPU扫描速率无法控制的高速事件进行计数，最多可配置12种不同的操作模式。如表1所示：S7-200的CPU22X中共有6种高速计数器HSC0-HSC5，其中CPU222和CPU221没有HSC1和HSC2，高速计数器的工作模式通过高速计数器指令设定。

表1 西门子S7-200CPU高速计数器分类

高速计数器指令包括：定义高速计数器指令HDEF和执行高速计数指令HSC，见图1。

图1 西门子S7-200CPU定义高速计数器指令

定义高速计数器指令HDEF功能是为某个要使用的高速计数器选定一种工作模式。每个高速计数器在使用前，都要用HDEF指令来定义工作模式，并且只能用一次。它有两个输入端：HSC为要使用的高速计数器编号，数据类型为字节型，数据范围为0～5的常数，分别对应HC0～HC5;MODE为高速计数的工作模式，数据类型为字节型，数据范围为0～11的常数，分别对应12种工作模式。当准许输入使能EN有效时，为指定的高速计数器HSC定义工作模式MODE。

执行高速计数器指令HSC功能是根据与高速计数器相关的特殊继电器确定在控制方式和工作状态，使高速计数器的设置生效，按照指令的工作模式的工作模式执行计数操作。它有一个数据输入端N：N为高速计数器的编号，数据类型的字型，数据范围为0～5的常数，分别对应高速计数器HC0～HC5.当准许输入EN使能有效时，启动N号高速计数器工作。

在使用西门子200系列PLC高速计数器要尤其注意的是，高速计数器的输入端不像普通输入端那样由用户自己定义，而是由系统指定的输入点输入信号，每个高速计数器对它所支持的脉冲输入端，方向控制，复位和启动都有专用的输入点，通过比较或中断完成预定的操作。每个高速计数器输入点见表2。

表2 西门子S7-200CPU高速计数器输入点

文中使用的是HC0高速计数器，它的输入点I0.0和I0.1为编码器A、B两相正交脉冲输入点，I0.2为计数器HC0外部复位信号输入点。

4 硬件结构

工艺要求见图2，捞渣机在渣池和漏斗之间往返运行，电机正向运行带动KM1工作钢丝绳拉着捞渣斗向下运行，电机反向运行带动KM2工作钢丝绳拉着捞渣斗向上运行；编码器连接至与电机相连的减速机输出轴上，跟着电机一起转动，捞渣机在渣池和漏斗罐之间的运行距离经过测量为50m，编码器投运后，经过多次测试，捞渣机从渣池运行到漏斗罐编码器输出的脉冲个数为105600±100个,编码器分辨率为1024P∕R，即编码器旋转一圈输出1024个脉冲。工艺要求通过编码器的采集脉冲数换算成捞渣机的运行的位移，并且将捞渣机运行的距离（0～50m）转换为标准的4～20mA模拟量信号输出，通过二次显示仪显示出捞渣机的位移（便于人员手动控制使用），捞渣机便于操作人员准确控制捞渣机的启停位置，同时此控制系统电控部分采用变频器控制，通过相应转换按钮可实现手动、自动切换，同时根据PLC的位置反馈对电机启停进行控制。

图2 工艺示意图

根据上述要求，编码器硬件接线见图3，现场使用的是西门子CPU226控制器，高数计数器为HC0，所以编码器A、B两相正交脉冲输入点为I0.0和I0.1.外部计数器复位信号输入点为I0.2。Q0.0为捞渣机运行到漏斗罐上停止电机1转动的DO点，Q0.1为捞渣机运行回渣池停止电机2转动的DO点。

图3 编码器接线图

5 软件编程

选用高速计数器HSC0，A∕B相正交计数，外部信号复位，对高数计数器清零，所以选择计数器工作模式为“10”。当计数值HC0=105600时，产生中断，给当前计数器清零。

图4中PLC上电启动，执行一次子程序SBR_0，SBR_0为定义高数计数器工作模式，主程序初始化HSC0。

图4初始化计数器

图5 中将高速计数器0的脉冲数HC0的值转换成捞渣机实际运行的距离，存储在VD28这个地址中，捞渣机运行的最大距离为50m，编码器输出的最大脉冲数量为105600。

图5 脉冲数转换为捞渣机运行距离

图6 捞渣机运行距离转化为4～20ma标准电流信号

图7 通过计数脉冲控制电机转动

图8 子程序SBR_0设定高速计数器模式

如图6所示，将捞渣机运行距离转化为标准的4～20ma信号输出AQW0，并通过EM235模拟量输出模块输出给数显仪显示，便于操作人员监控。

如图7所示，通过脉冲计数，在钢丝绳子拉动捞渣机运行到上部漏时，给出一个DO点Q0.0停止电机转动信号，Q0.1为捞渣机运行回渣池停止电机转动的DO点。

如图8所示，通过子程序SBR_0设定高数计数器工作模式，并在主程序中初始化调用。

6 结语

本文通过使用编码器和西门子S7-200PLC高速计数器，实现了对捞渣机的定位控制，优化了生产工艺流程，方便了现场操作人员使用。同时，通过对该方案的实施，也让我对西门子S7-200PLC高速计数器的工作原理和旋转编码器的使用都有了更深刻的认识。西门子S7-200PLC高速计数器功能的灵活性及实用性，使其在自动化领域的应用前景越来越广阔，相信随着自动化水平的不断发展，PLC高速计数器的功能也将更加完善。

收稿：2015-03-19

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.037