利用S7-200PLC的高速计数器进行数据采集解读

1、利用S7-200 PLC的高速计数器进行数据采集摘 要：介绍了西门子 S7-214 可编程序控制器在气体在线监测系统中 的应用，主要阐述了利用PLC的高速计数器对8路通道进行数据采集。关键词 ：可编程序控制器；溶解气体分析法；高速计数器；在线监测西门子公司的 S7-200系列可编程序控制器（PLC是继S5系列后的新产品。该系列 PLC具有模拟量处理、通讯联网、系统诊断、中断处理和高速计数等功能。他将模块式和一体式PLC的优点结合起来，即 CPU本身自带一部分I /O,同时又具有扩展能力；编程软件STEP7-Micro为用户提供了界面友好而功能强大的开发工具；其配套的Wp ROM存储卡也使修改和

2、调试程序、维护设备十分方便和可靠。CPU214是S7-200系列PLC中的典型产品，其具有2048字程序存储器， 2048 字数据存储器；基本单元有 14点输入和 10点输岀，最多可支持 7个附加的扩展 I/O模块（包括模拟量模块），最多可使用共计64个I /0点；128个计时器（1 ms分辨率4个,10 ms分辨率16个，100 ms分辨率108个）；128个计数器（96个加计数器，32个加/减计数器）；中断能力强（自由端口通讯接收或发送中断，4 个输入信号中断， 2 个时间中断，7个高速计数器中断， 2 个脉冲串中断）； 1 个最高可接收 2 kHz 脉冲输入的高速计数器， 2个最高可接收

3、7 kHz脉冲输入的高速计数器，支持XI方式的正交脉冲（AB相）输入，能以 7 KHz速率计数，支持X4 方式的正交脉冲（AB相）输入，能以 28 kHz速率计数；具有 2个脉冲输岀,能选择脉冲串输岀（PTO方式或脉宽调制输岀（PWM方式；有内藏的实时日历时钟。2。由于 DGA法变压器油中溶解气体分析法（DGA是利用不同类型的变压器故障对应不同的变压器油 中溶解气体浓度性 质，通过分析故障特征气体的浓度来获知变压器故障类型 能够在不停电的情况下进行故障检测,不受外界影响,可以定期在变压器运行过程中对其内部 故 障进行诊断。所以变压器油中溶解气体微机在线监测系统是通过对变压器油中的几种特征气 体

4、氢气、二氧化碳、甲烷、乙烷、一氧化碳、乙炔、乙烯以及温度进行在线取样、分析，并 将获得的数据进行综合运算、处理，以便于及时地、准确地了解变压器的运行状态，为故障的 预警和控制服务，有利于采取措施避免重大故障、提高电力系统运行的可靠性。本文主要介绍利用 S7-214 PLC 的高速计数器对变压 器油中溶解气体以及温度信号进行采 集。1 测量系统硬件设计传感器充分考虑他们的灵敏度、选择性及稳定性，共采用以下几类传感器：场效应管类检测氢气）、热阻效应类（检测温度）、电化学传感器类（检测二氧化碳）、半导体氧化物5 类传感器。传感器类（检测甲烷、乙烷、一氧化碳）以及三电极体系（检测乙炔、乙烯）等 为了维

5、持溶解气体在油箱与气室之间的动态平衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否 消耗溶解气体及消耗多少的情况，将各传感器安装于气室的不同部位并规定检测顺序与检测周 期。氢气、温度、二氧化碳传感器直接置于气室顶部，而其他传感器由于在检测时会消耗一定的气体，如果直接置于气室中，检测结果会引进较大的偏差，所以将其分别置于3 个检测室，气室与检测室用电磁阀连通，只有在需要采集信号时才由PLC控制打开，平时则关闭，以尽量减小检测时消耗的气体所带来的负面影响。场效应管类H2传感器有3个引脚,1 脚为加热端， 2 脚为地， 3 脚为信号端。根据传感器测量要求，在 1， 2 两端需加一恒定电压2. 8 V ,以

6、保证传感器测量的准确性；流经3脚的电流需恒定为100卩A。检测信号经运放以及V/ F转换得到频率信号。图 1为H2通道的检测电路。CQ传感器有2个引脚，是一个电化学传感器，输入阻抗较高，约在10100 M Q，对阻抗变换电路有较高要求。检测信号经运放以及VF 转换得到频率信号。C2f，C2 H4, CQ传感器有3个引脚，是一个采用恒电位电解的三电极电化学体系。由恒电V/ F转换电路。位仪对传感器提供恒电位并检测信号，然后输出给运放以及CH, C2H半导体传感器有 4个引脚，根据测量要求，保证1, 2两端的测量电压为 10 V ,3, 4两端的加热电压为 5 V，一分压取样电阻串联在测量回路中，

7、当有敏感气体吸附时传感器V/F电阻变化，则取样电阻两端的电压值亦变化，该变化即为检测信号，然后输出给运放以及 转换电路转换为频率信号。如图2所示，系统选择 EM222为其扩展模块，其 Q2 0Q2 3分别接到16选1芯片4067的通道选择端 A，B, C，D,即可由PLC控制选通信号使某一通道（IQ0IQ7 ）的频率得以选通 进入PLC的I0 . 6，再由PLC的高速计数器对频率进行计数，从而得到对应气体含量和温度值的各路频率信号。2 PLC的HSC软件设计S7-214 PLC的高速计数器（High-Speed Counter）可 对PLC扫描速率来不及处理的高速事件进行计数。CPU214有3

8、个高速计数器 HSCQ HSC1, HSC2 HSC0是一个接收单一时钟输入的递增或递减计数器，其计数的方向（加法计数或减法计数）由程序通过方向控制位来控制，HSC0的最高计数频率为 2 kHz。HSC1和HSC2是多功能计数器，如表1所示可有12种工作模7 kHz 。对于双脉冲计数式，对时钟、方向控制、复位和启动有专用的输入，最高时钟频率器，2个时钟可以工作在 7 kHz，在正交模式下，计数速率可选择XI或X4。如果为X 1,则最高计数速率为7 kHz ;如果为X 4,则最高计数速率为28 kHz。HSC1和HSC2相互间完全独立,互不影响，即 2 个计数器都工作在最高频率也互不干涉3采用HSC1进行频率计数。HSC1初始化语句表如下:定时时间到高速计数器HSC1的当前值用HC1直接读岀即可。3 结语采用对 7 种溶解气体（氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）及温度个检测通道单独设计，信号光电隔离以及V/ F转换得到频率信号，统一由PLC控制，利用HSC1进行频率计数，有利于数据的标定。由于PLC的狡数频率可高达 7 kHz，因此数据标定的精度也大为提高。利用PLC的高速计数器进行多通道数据采集是一种行之有效的方法。参考文献：1 :张冠军，钱政