一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法

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1、一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法TheapproachmeasuringrotatespeedwithdigitalI/OinputunitofPLC呼秀山钱利民李迎春（清华大学自动化系，北京100084）摘要：本文提供了一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法，该方法的特点在于测量成本低、可靠性高、测量精度和刷新时间稳定。文中举出了用PLC开关量输入单元测量频率的成本优势，并讨论了常见的频率测量算法存在的问题，然后引入了一种变时间窗多周期频率测量算法，从而克服了常见的频率测量算法测量精度和刷新时间不

2、稳定的缺点。针对转速信号测量的硬件，分析了PLC自身特点对频率测量的影响，以及如何解决。最后给出了算法的程序流程。关键字：PLC；开关量输入；频率测量；时间窗Abstract:ThispaperpresentsaapproachmeasuringtherotatespeedwithdigitalIOinputunitofPLC.Thismethodcharactershighreliability,lowcostandstableprecisionandfreshtime.Itillustratestheadvantag

3、eofthismethodinlowcost,discussessomecommontechniquetomeasurefrequencyandrecommendsaarithmeticofMVTW(multicycleandvarytimingwindow)thatimplementsthestableprecisionandfreshtime.Asthehardwareofmeasurement,ItdiscussestheinfluencesonmeasuringfrequencyfromthefeatureofP

4、LC,andhowtodealwiththeseinfluences.Atlast,Itprovidestheflowoftheapproach.Keywords:PLC;inputIOunit;frequencymeasurement;timingwindow1．引言：目前工业中测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号，对模拟信号进行测量。如测速发电机是将转速直接转换为电压信号，或用光电编码器、接近开关等器件是将速度转换为脉冲信号，再利用频率电压转化单元把脉冲信号的频率转换后成电压信号后测量其电压。这种将转

5、速信号转化为模拟量来测量的缺点是被测信号易受到电磁干扰和温度变化的影响。另一种是直接将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。这种方法属于数字频率测量方法，其优点在于其抗干扰能力强，不受温度变化影响，稳定性好。PLC因其高度的可靠性和实时性，在工业中被广泛应用。目前PLC实现模拟信号和脉冲信号的测量主要是用PLC的模拟量输入单元和高速计数单元来实现。但这两种器件价格较高。以ORMRON的PLC为例，ORMRON的两路输入的高速计数单元的价格在5000左右，这样其单点测量成本就高于200

6、0。如果将脉冲信号用F/V转换单元转换为电压信号或者使用测速发电机然后再用模拟量单元进行采集，那么至少要用到一个模拟量输入点和相应的F/V转换单元。ORMRON四路的模拟量输入单元的价格为4000左右，那么单点测量的成本至少要1000元。显然测量成本很高。而ORMRON16点开关量输入单元的价格在1000－1500之间，单点测量成本只有60－90元。如果能够采用PLC的开关量输入单元来测量脉冲信号的频率，测量成本会大大降低，同时又能够保留PLC的高度可靠性。在转速测量点较多的应用领域其优势明显。2．常见的测量脉冲信号频率

7、的方法常见的测量脉冲信号频率的方法有两种。一种是时间窗频率测量方法，另一种方法是多周期频率测量方法。时间窗频率测量方法，是取一个基准时间窗T，然后测量在这段时间内待测信号的脉冲个数，最后用脉冲个数除以基准时间窗T得出信号的频率。其中基准时间窗的计时通过对PLC内部基准时钟计数来实现。这种方法误差主要是由于基准时间窗T起始和结束时刻并不一定是脉冲信号的跳变时刻而引起的。如图1所示。时间窗法频率测量时序图AB待测信号12N基准时钟123456nT图1N∂fT1x频率计算公式为f=,精度为=±=±，刷新时间为T。其中∂f是由待

8、测nTfTfnT0xx0信号的首末脉冲读数的不确定性造成的测量结果的不确定性，T是时间窗宽度，f是待测x信号的频率，T是待测信号的周期，T为PLC内部基准时钟的周期，n是T时间内基准时x0钟的脉冲个数。可见待测信号频率越高周期法频率测量的精度也越高，信号的频率越低测量的精度就越低。时间窗越宽，测量的精度越高。时间窗方