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

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，需要對現(xiàn)場采集過來的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。如果使用專用脈沖計數(shù)模塊，可以采集到高速脈沖信號。但是脈沖模塊價格昂貴，在一些采集低速脈沖信號的場合其實(shí)可以使用普通的開關(guān)量輸入模塊代替脈沖計數(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數(shù)模塊，就存在一個問題:普通開關(guān)量輸入模塊采集脈沖信號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)量輸入模塊要檢測到一個脈沖信號，必須能完整地采集到脈沖產(chǎn)生的整個過程，如圖1所示，開關(guān)量輸入模塊檢測脈沖信號的過程可以分解為三個過程。

圖1 開關(guān)量模塊檢測脈沖信號過程
從圖1可以看出，開關(guān)量輸入模塊能檢測到的脈沖信號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時間 = 1,2,or3ms;其OFF時間=4,5,13,or22ms。其不同的ON/OFF時間可以由系統(tǒng)進(jìn)行配置。在配置最快的ON/OFF時間的條件下，可以計算出，1756-IB16D開關(guān)量輸入模塊最快可以檢測出脈沖寬度為1ms，脈沖周期為5ms的脈沖。如果脈沖寬度增加幾個毫秒，脈沖周期就相應(yīng)增加幾個毫秒。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/秒、脈沖寬度大于1ms的脈沖信號。

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

PLC系統(tǒng)對開關(guān)量輸入模塊檢測信號判斷的詳細(xì)分析如圖2。

圖2 PLC系統(tǒng)對開關(guān)量輸入模塊檢測信號的判斷
PLC系統(tǒng)通過掃描更新I/O信息，假設(shè)在時刻0、t1、t2、t3，PLC系統(tǒng)掃描到信號源處，由圖2可以看出:
(1) 對于脈沖信號1，PLC系統(tǒng)沒有檢測到任何脈沖信號。可以得到結(jié)論:如果脈沖信號脈沖周期T1<PLC掃描周期T，PLC系統(tǒng)將不能檢測出正確的脈沖數(shù)量。
(2) 對于脈沖信號2, PLC系統(tǒng)同樣沒有檢測到任何脈沖信號。這是因?yàn)槊}沖信號2的脈沖寬度T0<PLC掃描周期T, 脈沖信號的變化有可能發(fā)生在一個PLC掃描周期T之內(nèi)。
(3) 對于脈沖信號3，脈沖信號的脈沖寬度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)未能檢測到第一個信號的消失，此時，PLC系統(tǒng)仍然未能檢測出正確的脈沖數(shù)量。
(4) 對于脈沖信號4，脈沖信號脈沖周期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)能檢測出正確的脈沖數(shù)量。
對于一個使用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個的中型系統(tǒng)來講，一個PLC掃描周期約為40~70ms。因此對于本系統(tǒng)來講，能可靠檢測的脈沖信號脈沖寬度應(yīng)大于70ms，第一個脈沖信號結(jié)束至第二個脈沖信號發(fā)出的最小時間間隔應(yīng)大于70ms。
4 結(jié)束語
綜上所述，如果使用普通開關(guān)量輸入模塊代替脈沖計數(shù)模塊，對脈沖輸入信號的制約條件主要是PLC系統(tǒng)的系統(tǒng)掃描時間。對于AB公司的PLC系統(tǒng)來講，對于脈沖寬度>70ms，第一個脈沖信號結(jié)束至第二個脈沖信號發(fā)出的最小時間間隔大于70ms的脈沖信號是可以可靠接收的。對于其他品牌的PLC系統(tǒng)來講，其基本工作方式與AB公司的PLC系統(tǒng)是一致的，因此，這個結(jié)論也同樣適用。對于不滿足上述條件的脈沖信號，就必須考慮專用脈沖計數(shù)模塊了。