FM350-1 高速计数模块在钢管自动测长系统中的应用

吴明升

（杭州浙达精益机电技术股份有限公司，浙江杭州 311100）

在自动化控制系统中，经常会遇到计数功能，而普通的数字量模块无法响应快速变化的信号，即无法捕捉到频率较高的信号［1］。本文主要介绍了基于FM350-1 高速计数模块的钢管自动测长系统，FM350-1 高速计数模块用于在钢管测长过程中读取管端距离最后经过那一对光电管时编码器所统计的脉冲数，根据每个脉冲所对应的钢管长度与FM350-1 高速计数模块读取的脉冲数之积而计算出编码器值所对应钢管长度值ΔL。该测长系统应用PLC 控制系统及光电传感器技术［2］，大大降低了设备的故障率，其测长精度达到了±2 mm，超过了世界同类产品的先进水平，在很大程度上降低了成本和工人的劳动强度［3-4］。

1 钢管自动测长系统的工作原理

1.1 钢管自动测长系统的组成

钢管自动测长系统主要由多组发射光电管盒、多组接收光电管盒、液压缸、对齐档板、PLC、计算机等部分组成［5］，其结构如图1 所示。

图1 钢管自动测长系统的结构

1.2 钢管自动测长系统的工作原理

钢管自动测长系统的工作原理如图2 所示。当液压油缸推动钢管在测长工位的被动辊道组上前进时［6］，油缸通过齿轮齿条带动编码器旋转，钢管前进时钢管前端每经过一对光电管，编码器的计数值清零一次，然后一直累加编码器的计数值［7］。当液压油缸推到前极限位时［6，8-9］，保存这一时刻的光电管状态和编码器的计数值。编码器统计管端距离刚经过的光电管的脉冲数，根据每一个脉冲相应的长度，换算出ΔL 长度。PLC 读取所有数据用于计算钢管的长度。

整支钢管的长度L 可由公式L=L0＋ΔL 计算出来［10-11］。其中：L0是钢管最后经过的光电管距离测长基准点（油缸行程的前极限位）的距离，L0的长度是预先标定好的；ΔL 是管端距离最后经过那一对光电管的距离，ΔL＝脉冲数×每个单位脉冲数对应长度，脉冲计数由FM350-1 高速计数模块来完成。

图2 钢管自动测长系统的工作原理

2 FM350-1 高速计数模块现场应用

2.1 FM350-1 高速计数模块的接线

钢管自动测长系统使用24 V 增量型编码器，其FM350-1 高速计数模块的接线如图3 所示。

M350-1 高速计数模块支持5 V 和24 V 的增量型编码器，需要将其侧部的连接件设置到正确的位置。A 对应5 V 编码器，D 对应24 V 编码器。若没有正确设置，PLC 上电后，FM350-1 高速计数模块会出现故障，红灯亮［12-13］。

图3 FM350-1 高速计数模块的接线示意

2.2 FM350-1 高速计数模块的硬件组态设置

在FM350-1 高速计数模块和编码器正确接线后，在PLC 上电情况下，还需要先对FM350-1 高速计数模块的硬件组态进行设置，才能进行编程测试，打开STEP7 程序，SIMATIC 300→Hardware→FM350-1 COUNTER，出现如图4 所示的设置选项，在此可以设置编码器类型、FM350-1 模块的计数形式等。

图4 FM350-1 高速计数模块的设置选项

Encoders 设置：双击Encoders，可按照如图5所示设置编码器类型、Signal Evaluation、Count Direction、Max. Count Frequency、Sensor inputs、Monitoring 的参数，在钢管测长系统中采用24 V Incremental 形式，Sensor inputs 需要根据实际编码器的类型选择是Source Output 或Sink Output。

图5 编码器设置

Operating Modes 设置：双击Operating Modes，可按照如图6 所示设置计数方向、门控制、操作模式。门控制Gate Control 采用Software Gate，在编程中需要控制此Software Gate 来进行计数。计数方向Counting Range Limits 有两种设置：“0 to ＋32 Bits”表示无论编码器正转还是反转，计数值是一直正向累加的；“－31 to ＋31 Bits”表示编码器正转计数值为正向累加，编码器反转计数值反向减少。在钢管自动测长系统中，采用何种计数方式均可。其他设置采用默认设置，无需更改。

农田水利灌溉节水技术在应用过程中，要有完善规范的管理制度。水利工程应用现场管理十分混乱，大部分农牧民群众基于自身经济利益出发，不重视应用先进的节水灌溉技术，使得水资源浪费严重。农田水利工程属于公共设施，在多数情况下，很多小型农田水利工程并没有明确职责范围和管理单位，在对这些小型农田水利设施进行管理过程中，缺乏明确规定，即便是制定了一些规定，在具体应用过程中也很难得到落实。

图6 操作模式设置

需要注意的是：硬件组态必须设置正确，然后下载到PLC 中；若设置错误，FM350-1 高速计数模块的红灯会在下载组态后亮；若没有下载组态，

红灯就亮。

2.3 FM350-1 高速计数模块的编程

2.3.1 主要功能块FC CNT_CTRL Function

FC CNT_CTRL Function 调用前需要在程序中先编写以下参数设置：

Module address：FM350-1 高速计数模块在硬件组态中的地址；

Channel address：FM350-1 高速计数模块使用的通道地址；

User data length：16。

此功能块FC 中需要注意如下参数［14］：

DB_NO：选用当前程序FM 350-1 高速计数模块的数据块；

SW_GATE：软件门，在计数时需要将此门打开，此信号关闭，将无法计数；

GATE_STP：关软件门，当不要计数，保持最后编码器数值时，需要将此信号置1，以防止液压油缸后退时，FM350-1 高速计数模块仍然计数，导致测长数据错误；

OT_ERR_A：若FM350-1 高速计数模块出现错误，将此信号置1，错误便可排除；

OT_ERR：若FM350-1 高速计数模块出现错误，此信号置1；

L_DIRECT：此信号为脉冲信号，每经过一对光电管时，需要将此信号给一个上升沿，以便清零，钢管经过最后一对光电管时，给一个脉冲信号，记录最后一段编码器的数值。

在钢管自动测长系统中，FM350-1 高速计数模块的编程如图7 所示。

2.3.2 编码器清零问题

钢管的前端每经过一对光电管时编码器清零一次。当液压油缸推到前极限位与前端清零不同时间时，计数模块可以正确地将0 赋给编码器计数值；但当清零与停止计数同时间时，由于为保存光电管状态，碰到前极限位时立刻停止计数，此时清零信号可能只有一个上升沿或有下降沿但还没将0 赋给计数值，此时编码器计数值中保留的是上一对光电管离前端的距离，导致计算时多加了一对光电管的距离，即钢管测长结果偏长450 mm（两对光电管之间的距离为450 mm）。这是因为编码器清零需调用FM350-1 高速计数模块的控制程序，当退出计数程序时，编码器还没有完成清零的整个过程，导致光电管状态与编码器数值的不同步。为将正确的编码器值送给上位机计算，先将编码器计数值存在中间继电器中，没有清零信号时，实时读取编码器值；清零信号为1 时，中间继电器清零，这样即使编码器中的数值还没来得及清零，但送给上位机的数值已经为零，保证了计算的正确。

当油缸运行到前极限位时，需要记下此时编码器的计数和光电管的状态，同时关闭软件门，不再计数，油缸后退。这里可能会出现钢管由于惯性，继续前进，恰好又碰到一对光电管，此时，若光电管状态是一直刷新的，就会出现多计算了一对光电管的距离，造成测长不准；所以建议光电管状态在液压油缸前极限位有上升沿时记下此时的光电管状态，此后不再刷新光电管的状态。

图7 钢管自动测长系统FM350-1 高速计数模块编程

3 结 语

介绍了以FM350-1 高速计数模块为核心的钢管自动测长系统，阐述了钢管自动测长系统的工作原理和FM350-1 高速计数模块的现场应用。该钢管自动测长系统在各钢管生产线上使用中取得了很好的效果，广泛应用于国内外各大钢管制造公司，如卢森堡Arcelor Mittal、台湾中鸿钢铁股份有限公司、德国SMS Meer、天津钢管集团股份有限公司、成都攀成钢冶金工程技术有限公司、衡阳华菱钢管有限公司、鞍钢股份有限公司、烟台鲁宝钢管有限责任公司等生产现场，其测长精度和性能较好，设备工作稳定故障率低，解决了以前依靠国外进口的困境，在很大程度上降低了成本。

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