PLC系統(tǒng)中使用開關(guān)量輸入模塊檢測(cè)脈沖信號(hào)的限制條件

1 引言
現(xiàn)代化的工廠中，PLC系統(tǒng)作為工業(yè)控制的基礎(chǔ)設(shè)備已經(jīng)非常普及。在很多工廠應(yīng)用中，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果使用專用脈沖計(jì)數(shù)模塊，可以采集到高速脈沖信號(hào)。但是脈沖模塊價(jià)格昂貴，在一些采集低速脈沖信號(hào)的場(chǎng)合其實(shí)可以使用普通的開關(guān)量輸入模塊代替脈沖計(jì)數(shù)模塊。這樣可以降低系統(tǒng)成套費(fèi)用和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，也提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。如果使用普通開關(guān)量輸入模塊代替脈沖計(jì)數(shù)模塊，就存在一個(gè)問題:普通開關(guān)量輸入模塊采集脈沖信號(hào)的速度的極限是多少？存在哪些制約條件？以下將以AB公司的ControlLogix 1756系列PLC系統(tǒng)為基礎(chǔ)，就這個(gè)問題談一些分析。
2 模塊響應(yīng)速度的制約
開關(guān)量輸入模塊要檢測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)，必須能完整地采集到脈沖產(chǎn)生的整個(gè)過(guò)程，如圖1所示，開關(guān)量輸入模塊檢測(cè)脈沖信號(hào)的過(guò)程可以分解為三個(gè)過(guò)程。

圖1 開關(guān)量模塊檢測(cè)脈沖信號(hào)過(guò)程
從圖1可以看出，開關(guān)量輸入模塊能檢測(cè)到的脈沖信號(hào)至少必須滿足以下條件:
(1) 脈沖寬度 t1>T1;
(2) 脈沖周期 t0>T1+T3;
(3) 脈沖間隔 t2>T3。
以AB公司1756-IB16D開關(guān)量輸入模塊為例，其ON時(shí)間 = 1,2,or3ms;其OFF時(shí)間=4,5,13,or22ms。其不同的ON/OFF時(shí)間可以由系統(tǒng)進(jìn)行配置。在配置最快的ON/OFF時(shí)間的條件下，可以計(jì)算出，1756-IB16D開關(guān)量輸入模塊最快可以檢測(cè)出脈沖寬度為1ms，脈沖周期為5ms的脈沖。如果脈沖寬度增加幾個(gè)毫秒，脈沖周期就相應(yīng)增加幾個(gè)毫秒。結(jié)論如下:最理想的情況下，1756-IB16D開關(guān)量輸入模塊可以分辨速度低于200個(gè)/秒、脈沖寬度大于1ms的脈沖信號(hào)。

3 PLC系統(tǒng)掃描時(shí)間的制約
PLC的工作原理是分時(shí)掃描，PLC的一個(gè)完整掃描周期包括全部I/O更新一次的時(shí)間和PLC程序執(zhí)行一次的時(shí)間。PLC系統(tǒng)的掃描時(shí)間和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)情況、遠(yuǎn)程站的數(shù)量以及PLC的CPU模塊信號(hào)有關(guān)。如果現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量輸入模塊檢測(cè)出的脈沖信號(hào)在一個(gè)PLC掃描周期內(nèi)大于1個(gè)，PLC系統(tǒng)將不能正確反映現(xiàn)場(chǎng)脈沖的數(shù)量。

PLC系統(tǒng)對(duì)開關(guān)量輸入模塊檢測(cè)信號(hào)判斷的詳細(xì)分析如圖2。

圖2 PLC系統(tǒng)對(duì)開關(guān)量輸入模塊檢測(cè)信號(hào)的判斷
PLC系統(tǒng)通過(guò)掃描更新I/O信息，假設(shè)在時(shí)刻0、t1、t2、t3，PLC系統(tǒng)掃描到信號(hào)源處，由圖2可以看出:
(1) 對(duì)于脈沖信號(hào)1，PLC系統(tǒng)沒有檢測(cè)到任何脈沖信號(hào)。可以得到結(jié)論:如果脈沖信號(hào)脈沖周期T1<PLC掃描周期T，PLC系統(tǒng)將不能檢測(cè)出正確的脈沖數(shù)量。
(2) 對(duì)于脈沖信號(hào)2, PLC系統(tǒng)同樣沒有檢測(cè)到任何脈沖信號(hào)。這是因?yàn)槊}沖信號(hào)2的脈沖寬度T0<PLC掃描周期T, 脈沖信號(hào)的變化有可能發(fā)生在一個(gè)PLC掃描周期T之內(nèi)。
(3) 對(duì)于脈沖信號(hào)3，脈沖信號(hào)的脈沖寬度T0>PLC掃描周期T，脈沖周期T1-脈沖寬度T0<PLC掃描周期T，PLC系統(tǒng)未能檢測(cè)到第一個(gè)信號(hào)的消失，此時(shí)，PLC系統(tǒng)仍然未能檢測(cè)出正確的脈沖數(shù)量。
(4) 對(duì)于脈沖信號(hào)4，脈沖信號(hào)脈沖周期T1>PLC掃描周期T，脈沖周期T1-脈沖寬度T0>PLC掃描周期T，PLC系統(tǒng)能檢測(cè)出正確的脈沖數(shù)量。
對(duì)于一個(gè)使用AB公司的ControlLogix 1756-L55系列的CPU模塊，遠(yuǎn)程I/O通訊模塊選用ControlNet模塊1756-CNBR，系統(tǒng)I/O總點(diǎn)數(shù)為2000點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O站數(shù)量為6個(gè)的中型系統(tǒng)來(lái)講，一個(gè)PLC掃描周期約為40~70ms。因此對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)講，能可靠檢測(cè)的脈沖信號(hào)脈沖寬度應(yīng)大于70ms，第一個(gè)脈沖信號(hào)結(jié)束至第二個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)出的最小時(shí)間間隔應(yīng)大于70ms。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，如果使用普通開關(guān)量輸入模塊代替脈沖計(jì)數(shù)模塊，對(duì)脈沖輸入信號(hào)的制約條件主要是PLC系統(tǒng)的系統(tǒng)掃描時(shí)間。對(duì)于AB公司的PLC系統(tǒng)來(lái)講，對(duì)于脈沖寬度>70ms，第一個(gè)脈沖信號(hào)結(jié)束至第二個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)出的最小時(shí)間間隔大于70ms的脈沖信號(hào)是可以可靠接收的。對(duì)于其他品牌的PLC系統(tǒng)來(lái)講，其基本工作方式與AB公司的PLC系統(tǒng)是一致的，因此，這個(gè)結(jié)論也同樣適用。對(duì)于不滿足上述條件的脈沖信號(hào)，就必須考慮專用脈沖計(jì)數(shù)模塊了。