脉冲转速传感器 西门子S7-1200高速脉冲采集功能和应用

西门子S7-1200高速脉冲采集功能和应用

在工业领域数据采集和处理中，经常会遇到如流量、转速、扭矩等高速脉冲信号形式的传感器。这种类型的传感器精确度高，抗干扰能力强，得到技术人员的青睐。本文在小编真实项目的基础上，举例说明西门子S7-1200高速脉冲采集功能和应用。

西门子s7-1200系列CPU模块 一般都自带3-6路高速脉冲采集通道，如图1所示，其独立于CPU的扫描周期进行计数，可测量单项脉冲频率最高为100KHz，双向或A/B相最高为30KHz，除用来计数外还可用来进行频率测量，高速计数器还可用于连接增量型旋转编码器，用户通过对硬件组态和调用相关指令块来使用此功能。

图1.西门子1200系列CUP高速计数通道

2. 高速计数器的工作模式

高速计数器定义为以下5中工作模式

< 计数器，外部反向控制。

<单相计数器，内部方向控制。

<双向增/减计数器，双脉冲输入。

< A/B相正交脉冲输入。

<监控PTO输出。

每种高速计数器有两种工作状态。

<外部复位，无启动输入。

<内部复位，无启动输入。

注意：所有的技术器只需要在组态时直接启用高速计数器即可，不需要再在程序里面设置启动条件。

如图2 所示为西门子1200系列CPU高速计数器硬件输入定义与工作模式。

图2. 西门子1200系列CPU高速计数器硬件输入定义与工作模式

3. 高速计数器寻值

如图3所示为西门子1200系列CPU高速计数器寻址，在高速计数测量时，测量到的数据都被存在一个映像区内，数据为32位双整形有符号数。只要在硬件配置里组态了高速计数器，不许调用相关指令，直接读取默认地址中的数即可。例如：默认HSC1通道的寻址地址为ID1000 ，把HSC配置为计数模式，则ID1000的值就是当前的计数值，当把HSC配置为频率测量模式，则ID1000的值就是当前的频率值。在进行硬件配置时寻址地址可以人为指定，一般不做特殊要求时，最好为默认值。

图3. 西门子1200系列CPU高速计数器寻址

4. 频率测量

通常，如高速脉冲型式的传感器，如流量传感器，转速扭矩传感器等，测量其相应的流量，转速、扭矩等，最终都是先得到其频率值，再对频率直接进行数据处理，即可得到相应的流量、转速、扭矩等物理量。S71200系列CPU直接可以通过硬件组态，将计数通道设置为频率测量。S71200系列CPU高速脉冲采集频率测量功能，有3种不同的评率测量周期：1.0秒，0.1秒和0.01秒，不同工况需求下，可以选择不同的测量周期。

5. 高速计数器指令

通过这一指令模块，可以在线改变其参数。如果不需要更改参数，就不需要调用此指令模块，直接在程序里面访问寻址地址即可。

高速计数器指令

6. 高速脉冲计数应用举例

下面举一个小编在工作中遇到的一个例子，来说明西门子S71200系列PLC高速脉冲采集的用法。

DC24V脉冲信号的转速扭矩传感器

工况： 如图所示的扭矩转速传感器，转速码盘数为60，扭矩-50N.m-50 N.m对应5K-15K脉冲。

下面介绍其硬件组态和数据处理过程。

◆ 1. 插入PLC1214CPU，在下面的属性选项卡配置其属性。

◆ 2. 把HSC1配置为转速频率测量，如图所示，启用高速计数器，名称改为转速频率测量。

◆ 3. 计数类型选择》频率，工作模式选择》单相，计数方向默认为》内部方向控制，评率周期选择1秒。

◆ 4. 时钟发生器输入默认为I0.0，一般都选择默认即可，默认输入通道见前面的叙述。

◆ 5. 寻址地址默认为1000，组织块自动更新即可。配置完成后直接在程序中直接读取ID1000的值，就是转速脉冲的评率值。

◆ 6.同转速测量一样，参照上述步骤，把HSC2配置为扭矩频率测量。

7. 高速脉冲计数应用数据处理

在上面一小节详细介绍了，S71200高速脉冲采集通道的硬件配置和组态，本小节介绍此类工况的数据处理。

转速的处理 ：评率为f，表示一秒钟采集f个脉冲，则一分钟采集60f个脉冲。码盘数为60，表示转一转，转速传感器发出60个脉冲。则，一分钟60f个脉冲表示转了60f/60转，转速为f转/分。

及：转速的处理公式为：转速=60f/码盘数 （转/分）

扭矩的处理： 扭矩处理比较简单，5K—15K线性对应-50N.m—50N.m。对评率值进行线性变换即可。

注意：无论是高速计数还是频率测量，读取到的ID1000值都是整数，要换算为相应的物理量，首先要进行数据转换，把双整数换算为浮点数，再进行数据转换。

8. 高速脉冲计数应用其余注意点

这一点很重要，小编在做项目的时候吃了大亏，所以在此把这一点作为一小节写在这里。

在S71200CPU属性页面，数字量输入通道是可以配置输入滤波器的。要是输入通道的输入滤波器配置不正确的话，会造成高速脉冲采集不到的结果。

小编在左具体项目的时候，就是因为没注意这一点，自己用手模拟脉冲可以采集到，但转速扭矩传感器就是采集不到，怀疑人家传感器坏了，最后费了很大劲才找到原因。

各位看官遇到类似的问题，可以变换和配置一下输入通道的滤波器试一下。

214 转速传感器（磁电式、霍尔式、电涡流式）的优缺点？

神行问答214：

异步电机用转速传感器，磁电式、霍尔式、光电编码器、电涡流式的优缺点？包括不限于成本、结构、可靠性、技术指标等方面。

参考答案1：

1、磁电式测速传感器利用电磁感应原理，体积小、灵敏度低，其输出灵敏度随间隙而变化，输入输出是非线性关系。如果永磁体对被测铁磁物的吸力较大，会影响被测系统原始状态。

2、霍尔式测速传感器利用霍尔效应，灵敏度高，体积小，但是信号会受温度影响，非线性输出，需要进行非线性和温度校正。

3、电涡流式测速传感器是利用在被测物上设置等距标记（如凸齿）来测量转速，结构简单，体积小，可靠性好。

4、光电式测速传感器利用挡光盘或反光黑白条纹以输出脉冲，选用精确时钟，测速精度高，制作某种特殊标记线，还可从脉冲形状上判断移动或转动方向，或提供转轴位置的信号。结构简单，体积小，测转速范围宽。

参考答案提供者：势拓御能-严宗辉

参考答案2：

1、霍尔式传感器在测速上有所限制，需要具有磁钢，通过检测磁场变化，可以得到电脉冲信号，获取后轮转动速度。优势在于获取信息准确，体积小，而且不增加后轮负载,另外霍尔式车轮转速传感器抗电磁波干扰能力较强，常用于电动车驱动轮的轮速感应检测。缺点是互换性比较差，信号随温度变化，非线性输出，最好用单片机进行非线性和温度校正。

2、磁电式传感器是以磁敏元件为检测基础的角位移传感器，对比光电编码器和旋转变压器，它具备高可靠性，对使用环境要求低，抗震能力强，转速高，结构简单，装配简易，在同参数下体积更小，成本更低等诸多优点，缺点式测量低速转动数据时精度低，抗电磁波千扰能力差。

3、电涡流传感器的优点：可以长期可靠工作、灵敏度度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，在大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测中广泛应用。缺点是对被测体表面尺寸大小有一定限制和要求，而且维修成本高。

4、光电传感器测量转速时转盘上反射（或吸收点）的多少对测速精度有影响；优势是获取信息准确，精度高，搭建容易。缺点是光电编码器体积较大，在车辆上使用时将导致车量底盘自重增加，而且光电传感器对环境要求高，容易受环境污染而失效。

参考答案提供者：衡阳风顺车桥-雷根成

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