1   引言

    由PLC控制的某些系統(tǒng)，經(jīng)常要測量各類模擬電壓信號，以往通常用電壓傳感器進行采樣，由PLC的模擬量擴展模塊進行運算處理。電壓傳感器輸出是模擬量，在電磁騷擾較強的環(huán)境中，容易出現(xiàn)較大的測量誤差；同時，由于占用模擬量擴展模塊寶貴的輸入點（模擬量擴展模塊價格接近中、小型PLC的價格，且輸入點極少），使系統(tǒng)的性價比降低。當(dāng)用電壓/頻率傳感器進行采樣，進而用PLC高速計數(shù)器計數(shù)，能較好地解決上述問題，V/F傳感器輸出是脈沖信號，該信號在電磁騷擾下變化極??；另外，該信號是數(shù)字量，可直接接入PLC高速計數(shù)器的輸入點。下面以西門子SIMATCS7-00、CPU224和V/F傳感器為例介紹測量模擬電壓信號的方法。

2  高速計數(shù)器和V/F傳感測量模擬電壓信號的原理

    CPU224有HSC0-HSC5共6個高速計數(shù)器，每個高速計數(shù)器都有多種工作模式以完成不同的功能，在使用一個高速計數(shù)器時，根據(jù)系統(tǒng)的控制需要，首先要給計數(shù)器選定一種工作模式，可用高速計數(shù)器定義指令HDEF來進行設(shè)置。只有定義了計數(shù)器和計數(shù)器模式，才能對計數(shù)器的動態(tài)參數(shù)進行編程。編程時，每個高速計數(shù)器只能使用一條HDEF指令。每個高速計數(shù)器都有一個控制字節(jié)，包括允許或禁止計數(shù)，計數(shù)方向的控制，要裝入的計數(shù)器當(dāng)前值和要裝入的預(yù)置值。

    V/F傳感器把測量的模擬電壓信號按著固定的比率轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號，本例采用的電壓/頻率傳感器，它的比率為20Hz/V。

    下面以一臺35kV級中、小容量變電所用直流電源為例，說明如何利用CPU224的高速計數(shù)器HSC1和V/F傳感器（輸入：DC0～500V電壓，輸出：0～10kHz脈沖）來測量控制母線電壓。首先，V/F傳感器將輸入電壓（控制母線電壓）轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號，再將此信號送入高速計數(shù)器HSC1的輸入端，并累計脈沖數(shù)。通過設(shè)置定時中斷0的間隔時間，來控制高速計數(shù)器累計脈沖的時間，當(dāng)預(yù)置的間隔時間到后，根據(jù)累計脈沖數(shù)，計算出被測控制母線電壓值，測量原 理 圖 如 圖1所 示 。

圖1  高速計數(shù)器測量V/F傳感器脈沖電路

3  測量模擬電壓信號的方法

3.1  硬件要求

     需要使用設(shè)備     CPU224     1臺

                      電壓/頻率傳感器     1臺

     技術(shù)參數(shù)     供電電壓     DC 24V

                  輸    入     DC 0～500V

                  輸出         方波，GND～24V

                  測量范圍     0～500V→0～10kHz

                 比     率     20Hz/V

3.2  程序結(jié)構(gòu)

    主程序在第一個掃描周期調(diào)用子程序SBR0

    SBR0高速計數(shù)器和定時中斷的初始化

    INT0對高速計數(shù)器求值的定時中斷程序

3.3  程序和注釋

    主程序在第一個掃描周期調(diào)用初始化子程序SBR0，僅在第一個掃描周期標(biāo)志位SM0.1=1。由子程序SBR0實現(xiàn)初始化。

    首先，把高速計數(shù)器HSC1的控制字節(jié)MB47置為16進制數(shù)FC，其含義是：正方向計數(shù)，可更新預(yù)置值（PV），可更新當(dāng)前值（CV），激活HSC1。

    然后，用定義指令HDEF把高速計數(shù)器HSC1設(shè)置成工作模式0，即沒有復(fù)位或啟動輸入，也沒有外部的方向選擇。當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置為FFFF（16進制）。定時中斷0間隔時間SMB34置為100ms，中斷程序0分配給定時中斷0，并允許中斷，用指令HSC1啟動高速計數(shù)器。

    每100ms調(diào)用一次中斷程序0，讀出高速計數(shù)器的數(shù)值后，將其置零。通過HSC1計數(shù)值及變換關(guān)系來求被測的控制母線電壓值。本例中，采用參數(shù)為輸入0～500V、輸出0～10kHz的V/F傳動器，100ms時間累計脈沖最多為1kHz，在中斷程序中用乘法指令MUL將該計數(shù)值乘5，則100ms內(nèi)最多脈沖累計數(shù)為1k×5=5kHz，從而實現(xiàn)顯示值與10倍的真實電壓值相對應(yīng)，假設(shè)經(jīng)乘法指令運算后計數(shù)值為2200Hz，則實際電壓值相應(yīng)為220V。然后將經(jīng)程序處理的計數(shù)值置入輸出字節(jié)QBO，以便通過LED來顯示被測的模擬電壓值。高速計數(shù)器和V/F傳感器測量模擬電壓信號的主程序、子程序和中斷程序如下所述。

      主程序

      LD     SM0.1     //用初次掃描存儲器位（SM0.1）調(diào)用執(zhí)行初始化操作的子程序。由于采用這樣的子程序調(diào)用，后續(xù)掃描不會再調(diào)用這個子程序，從而減少了掃描時間，也提供了一個結(jié)構(gòu)優(yōu)化的程序。

     CALL     SBR_0     //調(diào)用初始化子程序SBR_0

     子程序

     SBR0     SM0.0     //啟動子程序0

     LD     SM0.0     //SM0.0總是1

     MOVB     16＃FC，SMB47     //設(shè)置高速計數(shù)器HSC1控制字節(jié)：上升沿復(fù)位，上升沿啟動，1X計數(shù)速率，正向計數(shù)，可改變方向，可更新PV（預(yù)置值），可CV（當(dāng)前值），激活HSC1。

     HDEF     1，0     //定義高速計數(shù)器，選用HSC1工作于模式0

     MOVO     0，SM048     //HSC1當(dāng)前值清0

     MOVD     16＃FFFF，SMD52     //將預(yù)置值裝入SMD52

     MOVB     100，SMB34     //設(shè)置定時中斷0間隔時間為100ms

     ATCH     0，10     //中斷連接指令，中斷程序為INT_0，事件號為10

     EN     1     //允許所有中斷

     HSC     1     //編程計數(shù)器SHC1，使設(shè)置生效

     中斷程序0

     INT     0     //啟動中斷程序

     LD     SM0.0     //SM00總是1

     MOVD     HSC1，AC0     //把HSC1的計數(shù)值存入累加器AC0

     MOVD     AC0，VD100     //把計數(shù)值存入VD100

     MOVD     0，SM048     //HSC1當(dāng)前值清0

     MOVB     16＃C0，SMB47     //重新設(shè)置HSC1控制字節(jié)：上升沿復(fù)位，上升沿啟動，4X計數(shù)速率；反向計數(shù)，不改變計數(shù)方向，不更新PV，可更新CV，激活HSC1。

     HSC     1     //啟動高速計數(shù)器HSC1

     MUL     5，VD100     //把HSC1的計數(shù)值乘以5

     MOVB     VB103，QB0     //在輸出端Q00至Q0.7顯示10倍被測控母電壓值

4  結(jié)語

    以上方法已用于GZS2智能型高頻開關(guān)直流電源等控制系統(tǒng)（變電站、發(fā)電廠用直流電源），實踐證明，該方法進行模擬電壓信號測量，具有精度高（最高可達5/1000V），抗騷擾性強，運行可靠等優(yōu)點，具有較大的實用價值和廣泛的應(yīng)用前景。