高速编码器在流量计量中的应用

2019-08-05杨智，裴锐

仪器仪表用户 2019年9期

杨智，裴锐

[沈阳市市场监管事务服务与行政执法中心（沈阳市检验检测中心) 沈阳计量测试院，沈阳 110179]

高速编码器可用于容积式流量计的流量计量，编码器可以针对机械装置的旋转角度和圈数输出准确的脉冲信号，并且具备A、B、Z 信号输出功能，可以通过判断机械装置的旋转方向，进行正向和反向的流量计量。应用X2 控制器对编码器的数据信号进行采集处理，可以实现脉冲计量[1]。

1 高速IO 输入

X2 控制一共具有4 种输入模式：1）累加计数模式，累计从对应的高速输入端子输入的脉冲，最大频率为10kHz；2）正交计数模式，测量从AB 两相高速输入的脉冲，根据相位差来进行有方向的数值累计，最大频率2.5kHz；3）频率计数模式，测量从对应的高速输入端子输入的脉冲频率，最小分辨率1us；4）脉宽计数模式，测量从对应的高速输入端子输入的脉冲宽度，最小分辨率1us[2]。

1.1 累加计数模式

高速输入的1 ～4 通道都可以设置为累加计数模式，可以同时配置，并且可以选择上升沿计数或者下降沿计数。同时可以配置每个通道的每圈数值，假设编码器每圈有1024 个脉冲，如果配置该参数为1024，则高速计数器中的数值将在0 ～1023 之间变化。使用%Q17 ～%Q20 对各个计数通道的计数值清零。当1 通道和2 通道被配置为累加计数模式时，3 通道和4 通道可以配置为对应1 通道和2通道的高速计数复位信号通道，当收到上升或者下降沿信号时，可以清除1 通道或者2 通道的计数值。需要注意的是只有高速IO 输出设置为HSC Output 模式，才可以启用高速输出的HSC Output 功能[3]。

图1 高速IO输入接线图Fig.1 High-speed IO input wiring diagram

图2 欧姆龙编码器接线图Fig.2 Omron encoder wiring diagram

1.2 正交计数模式

正交计数器中记录的脉冲数会是AB 相编码器标称每圈脉冲数的4 倍。因此，在计数器中得到的结果需要除以4 才能和编码器标称的每圈脉冲值相符，正交计数模式下，计数器的最大输入频率为10kHz/4=2.5kHz。控制器最多允许配置2 个正交计数器，可以选择两种计数模式（方向）：1 超前2，加计数；1 滞后2，减计数。同样可以配置每个通道的每圈数值，假设编码器每圈有1024 个脉冲，如果配置该参数为1024，则高速计数器中的数值将在0 ～1023之间变化。%Q17，%Q19 可以对各计数通道的计数值清零，使用%Q18、%Q20 把通道每圈的最大值赋给计数器。

1.3 频率计数模式

高速输入的1 ～4 通道都可以配置为频率计数模式，且可以多个通道同时配置。可选择5 种频率测试刷新模式：10s、1s、100ms、10ms 和每个扫描周期，刷新时间越快数值更新越快，响应也越快，但是准确度会有所下降。当脉冲数值持续1s 不发生变化时，测量数值会自动清零。频率测量的最小分辨率是1Hz，该模式不能测量较低频率的脉冲信号，而且最大的测量频率为5Hz，不能超限。

1.4 脉宽计数模式

高速输入的1 ～4 通道都可以配置为脉宽计数模式，且可以多个通道同时配置。可以选择4 种脉宽测量模式：测量高电平、测量低电平、测量两次上升沿间隔和测量两次下降沿间隔，测量的最小分辨率为1us。

2 编码器

欧姆龙E6B2-C 型编码器是一种常见的工业编码器，其外径40mm，最大分辨率3600P/R，对应电源DC5-24V（集电极开路输出型），实现轴负重、径向30N、轴向20N，附有逆接、负荷短路保护回路，可靠性强。根据现场的工况，选择E6B2-CWZ5B 型欧姆龙编码器，供电电源电压DC12V-10%～24V+15%纹波（p-p）5%以下，消耗电流100mA 以下，分辨率（脉冲/旋转）100、200、360、500、600、1,000、2,000。输出相包括A、B、Z[4]。

3 控制器编程

3.1 寄存器配置

在频率计数模式、累加计数模式和脉宽计数模式下：寄存器AI5-DINT 为HSC-1 通道高速计数值，寄存器AI7-DINT 为HSC-2 通道高速计数值，寄存器AI9-DINT 为HSC-3 通道高速计数值，寄存器AI11-DINT 为HSC-4 通道高速计数值，AQ3-DINT 为HSC-1 通道高速输出预设值，AQ5-DINT 为HSC-2 通道高速输出预设值，Q17 为HSC-1通道高速计数值清零，Q18 为HSC-2 通道高速计数值清零，Q19 为HSC-3 通道高速计数值清零，Q20 为HSC-4 通道高速计数值清零。而在正交计数模式下：寄存器AI5-DINT 为正交计数器1 计数值，寄存器AI9-DINT 为正交计数器2计数值，Q17 为正交计数器1 计数值清零，Q18 为设置正交计数器1 计数值，Q19 为正交计数器2 计数值清零，Q20为设置正交计数器2 计数值[5]。

3.2 编码器编程

将欧姆龙E6B2-CWZ5B 编码器的A 相连接I3 通道，B 相连接I4 通道（A 相超过B 相时进行加计数），Z 相连接I1 通道，I2 通道不使能。屏幕上的组态编程具体操作如下，%AI9 有符合的双整形数值对应3 通道，%AI5 对应圈数值，%Q19 对应%AI9 的数值清零[6]。

图3 控制器的液晶界面图Fig.3 LCD interface diagram of the controller

程序用于HSC 高速输入的Totalize（累加计数），Quadrature（正交计数）模式，以及高速输出模式。其数据值存放在%AI5-DINT 中，通过控制%Q17 计数。HSC3 通道（实际接线接I3 和I4）被配置为Quadrature（正交计数）模式，用于接收从AB 相编码器发来的脉冲，其数据值存放在%AI9-DINT 中，通过控制%Q19 可清零累加计数。当HSC1 通道被配置为Totalize（累加计数）模式时，对应的%Q1 输出可以配置为HSC 高速输出，当%AI5-DINT 的数值大于等于预设的数值%AQ3-DINT 时，%Q1 立即动作，不受X2 逻辑即扫描周期限制。通过%Q17 清零%AI5-DINT，可以把%Q1 的输出复位。判断正反转程序的编程思路为：如果本周期的值大于上一周期，则为正转。预置%R5变量对应3 个状态：0-停止，1-正传，2-反转。将%AI9的数值赋给%R1 变量，每次用新周期的%AI9 数值减去上次周期的%R1 变量，如果数值大于0 则为正转，如果数值小于0 则为反转，如果数值等于0 则代表没有转动。