用PLC计数器和电压/频率传感器测量模拟电压信号

　　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

　　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。

　　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。