为什么在PLC编程时要选择一款合适的高速计数模块？

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为什么要用高速计数模块

为什么要用高速计数模块，能否在PLC里编程实现高速脉冲信号的计数？为了回答这个问题，我们先来简单了解一下PLC的信号处理过程。

首先，PLC从输入模块读取信号，然后通过PLC CPU中的用户程序加工处理信号，处理后的信号通过输出模块输出给执行器。这样用户通过编程可以很灵活地应对不同控制需求。但是PLC CPU的程序扫描周期范围一般在几个毫秒到几十个毫秒，无法实现更快的高速计数要求 （如捕捉100Hz的脉冲信号，至少需要CPU扫描周期小于5毫秒），这就需要使用高速计数模块。

高速计数模块自带硬件处理能力，可以不通过CPU直接对输入的高速脉冲信号进行计数，这样就可以满足项目中高速计数的处理要求。

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有哪些高速计数模块

在S7-1500、ET200MP和ET200SP系统中有多种模块可以实现高速计数：

TM Count模块TM PosInput模块DI HF模块DI HS模块TM Timer模块CPU 1511C/1512C

下面我们分别介绍这些模块/CPU的特点。

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TM Count 模块

TM Count模块共有两种，分别是TM Count 2x24V和TM Count 1x24V。它们的区别如下：

表1 TM Count模块区别

TM Count模块有以下特点：

可连接24V高速脉冲信号对于连接的传感器，支持源型、漏型以及推拉式高速脉冲传感器支持高速计数工艺对象，使用起来更加简洁方便支持最高频率200kHz的高速脉冲信号

支持的传感器类型有：

带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移，带零脉冲单脉冲编码器脉冲加方向编码器A相加计数，B相减计数的编码器

支持的功能以及模式：

硬件、软件门功能计数，测量模式比较值功能上下限功能中断功能设置计数值功能

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TM PosInput模块

TM PosInput模块共有两种，分别是TM PosInput 2和TM PosInput 1。

它们的区别如下：

表2 TM PosInput模块区别

TM PosInput模块有以下特点：

可连接RS422、5V TTL高速脉冲信号可以连接SSI传感器信号支持工艺对象，使用起来更加简洁方便支持最高频率1MHz的高速脉冲信号

支持的传感器类型有：

带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移，带零脉冲单脉冲传感器脉冲加方向编码器A相加计数，B相减计数的编码器SSI绝对值编码器

支持的功能以及模式：

硬件、软件门功能计数，测量模式比较值功能上下限功能中断功能设置计数值功能

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DI HF 模块

以上两类模块（TM Count/TM PosInput）是专门的高速计数模块，功能最强也最全面。除此之外还有一些其它的模块也具备一定的高速计数功能，如DI HF(高性能数字量输入)模块。

DI 16x24VDC HF与DI 32x24VDC HF这两种模块都具备高速计数功能。

它们的区别如下：

表3 DI HF模块区别

DI HF模块的高速计数功能有以下特点：

可连接24V高速脉冲信号只支持漏型输入信号不支持工艺对象，使用时需要直接访问模块IO区支持最高频率6kHz的高速脉冲信号只有0,1两个通道支持高速计数功能

支持的传感器类型有：

仅支持单脉冲传感器

支持的功能以及模式：

仅支持软件门仅支持计数模式比较值功能上下限功能设置计数值功能中断功能

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DI HS 模块

DI HS（高速数字量输入）模块也具有高速计数功能。DI HS模块有两种，它们的区别如下：

表4 DI HS模块区别

DI HS 模块的高速计数功能有以下特点：

可连接24V高速脉冲信号只支持漏型输入信号不支持工艺对象，使用时需要直接访问模块IO区可组态4个高速计数通道

支持的传感器类型有：

单脉冲传感器脉冲加方向编码器

支持的功能以及模式：

支持软件门、硬件门只支持计数模式比较值功能上下限功能设置计数值功能

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TM Timer模块

TM Timer模块也具备高速计数功能。TM Timer模块共有两种，分别是TM Timer DIDQ 16x24V 和TM Timer DIDQ 10x24V。 它们的区别如下：

表5 TM Timer 模块区别

注意：表5中只做了TM Timer模块作为高速计数使用的区别，这两个模块其它方面的区别，表中没有涉及，感兴趣的读者可以参考模块手册。

TM Timer模块的高速计数功能有以下特点：

仅能连接24V高速脉冲信号仅支持漏型输入信号不支持工艺对象，使用时需要直接访问模块IO区支持最高频率50k Hz的高速脉冲信号

支持的传感器类型有：

单脉冲传感器带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移

支持的功能以及模式：

仅支持计数模式

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CPU 1511C/1512C

紧凑型CPU1511C/1512C也集成了高速计数功能。

CPU1511C/1512C的高速计数功能有以下特点：

只能连接24V高速脉冲信号只支持漏型输入信号（源型输出传感器）支持高速计数工艺对象，使用起来更加简洁方便支持最高频率100kHz的高速脉冲信号

可以支持的传感器类型有：

带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移带有 A/B 轨迹的增量编码器，90° 相移，带零脉冲单脉冲编码器脉冲加方向编码器A相加计数，B相减计数的编码器

支持的功能以及模式：

硬件、软件门功能计数，测量模式比较值功能上下限功能中断功能设置计数值功能

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总结

总的来说，如果对RS422以及5V TTL 高速脉冲信号进行计数，只能使用TM PosInput模块。如果对24V高速脉冲信号进行计数，可以有多种选择，模块性能对比如下：

表6 24V高速脉冲计数模块对比

大家可以根据这个表，对各种模块有一个整体的大致的把握，然后再根据手册确定细节，最终做出选择。

西门子PLC的USS通信程序原来是这样编写，赶紧转发收藏

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S7-200 SMART本体集成的 RS 485 通信口可以工作在自由口模式下，支持 USS 通信协议。

S7-200 SMART 与驱动装置（变频器）进行 USS 通信时可以：

1）根据驱动装置的具体 USS 通信规范，我们自己编程实现 USS 通信。此方式可以保证该驱动装置的所有 USS 通信功能都能得到使用；

2）使用西门子提供的 USS 通信指令库，实现与 Micro Master 系列的 MM3/MM4 和 SINAMICS G110/V20 的USS 通信。此指令库只能有限地支持与其他驱动装置的 USS 连接。

使用西门子提供的 USS 指令库，这样我们就不必自己配置复杂的 PKW/PZD 数据，或者计算校验字节。

S7-200 SMART的 USS 编程主要包括如下几个步骤：

参数设置和硬件接线部分可参考我们技成培训网观看《西门子变频器参数设置和实操训练》课程的相关章节，在这不再阐述；

调用USS初始化指令

S7-200 SMART USS 标准指令库包括 USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_X、USS_WPM_X等指令。调用这些指令时会自动增加一些子程序和中断服务程序。

USS 库应用首先要进行 USS 通信的初始化。使用 USS_INIT 指令初始化 USS 通信功能。

图 1. 选择 USS_INIT 指令

打开 USS 指令库分支，像调用子程序一样调用 USS_INIT 指令。

图 2. 调用 USS_INIT 指令

图中：

EN：初始化程序 USS_INIT 只需在程序中执行一个周期就能改变通信口的功能，以及进行其他一些必要的初始设置，因此可以使用 SM0.1 或者沿触发的接点调用 USS_INIT 指令；

Mode：模式选择，执行 USS_INIT 时 ，Mode 的状态决定在通讯端口上是否使用 USS 通信功能；

＝1 设置为 USS 通信协议并进行相关初始化

＝0 恢复为 PPI 协议并禁用USS通信

Baud：USS 通信波特率。此参数要和变频器的参数设置一致；

＝1200

1200 bit/s

2400 表示2400 bit/s

4800表示4800 bit/s

9600表示9600 bit/s

19200表示19200 bit/s

38400表示38400 bit/s

57600表示57600 bit/s

115200表示115200 bit/s

Port: 0 = CPU 集成的 RS485 通讯端口；=1可选CM01 信号板。

Active：此参数决定网络上的哪些 USS 从站在通信中有效。详见下面的说明；

Done：初始化完成标志

Error：初始化错误代码;对应的代码如下：

USS 库指令错误代码

错误代码

错误描述

0

无错误

1

驱动装置无响应

2

来自驱动的响应中检测到校验和错误

3

来自驱动的响应中检测到奇偶校验错误

4

用户程序干扰引起错误

5

尝试执行非法命令

6

提供了无效的驱动装置地址

7

通信口未定义为 USS 协议

8

通信口忙于处理其他指令

9

驱动装置速度设定输入值超限

10

驱动装置返回的信息长度不正确

11

驱动装置返回报文的第一个字符不正确（不是 02 h）

12

驱动装置返回的长度信息不被 USS 指令支持

13

响应的驱动装置不正确

14

提供的 DB_ Ptr 地址不正确

15

提供的参数号不正确

16

选择了错误的协议

17

USS 已激活，不能改变

18

指定了非法的波特率

19

无通信活动：驱动装置未激活

20

驱动装置返回的参数值不正确或包括错误的代码

21

请求一个字长的数据时返回了一个双字数据

22

请求一个双字长的数据时返回了一个字数据

23

端口无效

24

信号板(SB) 端口1缺失或未组态

Active参数

USS_INIT 子程序的 Active 参数用来表示网络上哪些 USS 从站要被主站访问，即在主站的轮询表中激活。网络上作为 USS 从站的驱动装置每个都有不同的 USS 协议地址，主站要访问的驱动装置，其地址必须在主站的轮询表中激活。USS_INIT 指令只用一个 32 位长的双字来映射 USS 从站有效地址表，Active 的无符号整数值就是它在指令输入端的取值。

表 1. 从站地址映射

在这个 32 位的双字中，每一位的位号表示 USS 从站的地址号；要在网络中激活某地址号的驱动装置，则需要把相应位号的位置设为二进制“1"，不需要激活 USS 从站，相应的位设置为”0"。最后对此双字取无符号整数就可以得出 Active 参数的取值。

在表 1 的例子中，如果使用站地址为 3 的 MM 440 变频器，则须在位号为 03 的位单元格中填入二进制“1"。其他不需要激活的地址 对应的位设置为”0"。取整数，计算出的 Active 值为 00000008 h，即 16#00000008，也等于十进制数 8（如图 2.中的 e.）

建议使用 16 进制数，这样可以每 4 位一组进行加权计算出 16 进制数，并组合成一个整数。当然也可以表示为十进制或二进制数值，但有时会很麻烦，而且不直观。

如果一时难以计算出有多个 USS 从站配置情况下的 Active 值，可以使用 Windows 自带的计算器。将其设置为科学计算器模式，可以方便地转换数制

调用驱动装置控制指令

USS_CTRL 指令用于对单个驱动装置进行运行控制。这个功能块利用了 USS 协议中的 PZD 数据传输，控制和反馈信号更新较快。

图3.USS_CTRL指令

在 USS 通信指令库分支中选择 USS_CTRL 指令。

EN：使用 SM0.0 使能 USS_CTRL 指令

RUN：驱动装置的启动/停止控制

＝0停止＝1运行

此停车是按照驱动装置中设置的斜坡减速指电机停止.

OFF2：停车信号 2。此信号为“1"时，驱动装置将封锁主回路输出，电机自由停车

OFF3：停车信号 3。此信号为“1”时，驱动装置将快速停车

F_ACK：故障确认。当驱动装置发生故障后，将通过状态字向 USS 主站报告；如果造成故障的原因排除，可以使用此输入端清除驱动装置的报警状态，即复位。注意这是针对驱动装置（变频器）的操作。

DIR：电机运转方向控制。其“0/1”状态决定运行方向

Drive：驱动装置在 USS 网络上的站号。从站必须先在初始化时激活才能进行控制

Type：向 USS_CTRL 功能块指示驱动装置类型

＝0表示MM3系列，或更早的产品

＝1表示MM 4 系列，SINAMICS G 110，SINAMICS V 20

Speed_SP：速度设定值。

该速度是全速的一个百分数；“Speed_SP”为负值将导致变频器反向运行。

Resp_R：从站应答确认信号。

主站从 USS 从站收到有效的数据后，此位将为“1"一个程序扫描周期，表明以下的所有数据都是最新的

Error：错误代码。0 = 无出错。其他错误代码请参考USS 库指令错误代码

Status：驱动装置的状态字。此状态字直接来自驱动装置的状态字，表示了当时的实际运行状态

详细的状态字信息意义请参考相应的驱动装置（变频器）手册。

Speed：驱动装置返回的实际运转速度值，实数。

Run_EN：运行模式反馈，表示驱动装置是运行（为 1）还是停止（为 0）

D_Dir：指示驱动装置的运转方向，反馈信号

Inhibit：驱动装置禁止状态指示（0 - 未禁止，1 - 禁止状态）。禁止状态下驱动装置无法运行。要清除禁止状态，故障位必须复位，并且 RUN, OFF2 和 OFF3 都为 0

Fault：故障指示位（0 - 无故障，1 - 有故障）。表示驱动装置处于故障状态，驱动装置上会显示故障代码（如果有显示装置）。要复位故障报警状态，必须先消除引起故障的原因，然后用 F_ACK 或者驱动装置的端子、或操作面板复位故障状态。

此 USS_CTRL 功能块使用了 PZD 数据读写机制，传输速度比较快。但由于它还是串行通信，而且还可能有多个从站需要轮询，因此无法做到“实时”响应。要实现高要求的快速通信，应该使用 PROFIBUS-DP 等网络，同时更换主站为更高级的控制器。

USS_CTRL 已经能完成基本的驱动装置控制，如果需要有更多的参数控制选项，可以选用 USS 指令库中的参数读写指令实现。

调用驱动装置参数读写指令

USS 指令库中共有 6 种参数读写功能块，分别用于读写驱动装置中不同规格的参数。

它们是：

USS 参数读写指令采用与 USS_CTRL 功能块不同的数据传输方式。由于许多驱动装置把参数读写指令用到的 PKW 数据处理作为后台任务，参数读写的速度要比控制功能块 慢一些。因此使用这些指令时需要更多的等待时间，并且在编程时要考虑到，进行相应的处理。

读参数指令

以下的程序段读取SINAMICS V20 实际频率（参数 r0021）。由于此参数是一个实数，因此选用实数型参数读功能块。

参数读写指令必须与参数的类型配合。

调用 USS_RPM_R 指令读取 SINAMICS V20 的实际频率

EN：要使能读写指令此输入端必须为 1

XMT_REQ：发送请求。必须使用一个沿检测触点以触发读操作，它前面的触发条件必须与 EN 端输入一致

Drive：要读写参数的驱动装置在 USS 网络上的地址

Param：参数号（仅数字）。此处也可以是变量

Index：参数下标。有些参数由多个带下标的参数组成一个参数组，下标用来指出具体的某个参数。对于没有下标的参数，可设置为 0

DB_Ptr：读写指令需要一个 16 字节的数据缓冲区，用间接寻址形式给出一个起始地址。此数据缓冲区与“库存储区”不同，是每个指令（功能块）各自独立需要的。

此数据缓冲区也不能与其他数据区重叠，各指令之间的数据缓冲区也不能冲突

Done：读写功能完成标志位，读写完成后置 1

Error：出错代码。0 = 无错误

Value：读出的数据值。该数据值在 “Done”位为1时有效。

EN 和 XMT_REQ 的触发条件必须同时有效，EN 必须持续到读写功能完成（Done 为 1），否则会出错。

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