131

Elektronika Praktyczna 7/2000

A U T O M A T Y K A

Budowa i oprogramowanie
nastawnych liczników
impulsów

Przegl¹daj¹c ostatnio EP

zauwaøy³em w†reklamach

firm oferuj¹cych

komponenty automatyki

przemys³owej sporo

og³oszeÒ poúwiÍconych

nastawnym, elektronicznym

licznikom impulsÛw.

Postanowi³em zajrzeÊ do
ìwnÍtrzaî tych urz¹dzeÒ

i†przybliøyÊ je

Czytelnikom. RÛøne

urz¹dzenia licz¹ce bardzo

czÍsto spotykamy w†wielu
maszynach i†urz¹dzeniach

przemys³owych, a†zakres

ich zastosowania bÍdzie

z pewnoúci¹ jeszcze

szerszy.

Elektroniczne, nastawne licz-

niki impulsÛw skutecznie wype³-
niaj¹ obszar zastosowaÒ pomiÍ-
dzy takimi podstawowymi kom-
ponentami automatyki przemys³o-
wej, jak wszelkiego rodzaju czuj-
niki zbliøeniowe (indukcyjne, po-
jemnoúciowe, optyczne, ultra-
düwiÍkowe, hallotronowe, magne-
tyczne), przetworniki obrotowo-
i m p u l s o w e , a † z a a w a n s o w a n e
technicznie i†programowo sterow-
niki przemys³owe. Stosowane s¹
wszÍdzie tam, gdzie na podstawie
informacji cyfrowej, maksymalnie
z†3..4 ürÛde³, istnieje koniecznoúÊ
zrealizowania jednego, okreúlone-
go zadania z†zakresu pomiaru
i†sterowania. Moøe to byÊ na przyk³ad: zli-
czanie detali na taúmie produkcyjnej po³¹-
czone z†pakowaniem okreúlonej ich liczby,
sterowanie nawijark¹ cewek i†transforma-
torÛw, pomiar d³ugoúci i†sterownie giloty-
n¹, pomiar i†kontrola przekroczenia prÍd-
koúci obrotowej w†uk³adach napÍdowych,
kontrola przep³ywu gazÛw i†cieczy itp. Raz
zaprogramowane wartoúci nastawne (zwa-
ne takøe progowymi) oraz parametry uøyt-
kowe licznika powtarzane s¹ w†kolejnych
cyklach pracy, co umoøliwia zautomatyzo-
wanie wielu funkcji maszyn bez koniecz-
noúci udzia³u operatora z†zewn¹trz.

Jednak w†sytuacji, gdy istnieje koniecz-

noúÊ analizy wielu sygna³Ûw cyfrowych
przychodz¹cych z†obiektu oraz odpowied-
niego sterowania znaczn¹ liczb¹ uk³adÛw
wykonawczych, naleøy zastosowaÊ prze-
mys³owe sterowniki PLC. Tu jednak trzeba
byÊ przygotowanym na zupe³nie inne kosz-
ty przedsiÍwziÍcia oraz mieÊ spor¹ wiedzÍ
z†zakresu ich programowania.

åledz¹c od wielu lat tematykÍ zwi¹za-

n¹ z†licznikami nastawnymi zauwaøy³em,
øe w†ostatnich dwÛch latach zaczyna prze-
waøaÊ koncepcja uniwersalnego licznika
impulsÛw. Polega ona na dostarczeniu wy-
robu o†potencjalnie ogromnych moøliwoú-
ciach (niektÛrzy twierdz¹, øe obecnie jesz-
cze mocno na wyrost), ale to, czy bÍd¹ one
wykorzystane zaleøy wy³¹cznie od potrzeb
i†umiejÍtnoúci uøytkownika. Otrzymuje on
urz¹dzenie licz¹ce z†okreúlon¹ liczb¹ blo-
kÛw funkcjonalnych wewn¹trz i†decyduje
o†ich parametrach, przeznaczeniu i†wza-
jemnych powi¹zaniach. Na ostatnich tar-
gach Hannover Messe Industrie HMI w†Ha-
nowerze moøna by³o stwierdziÊ, øe tenden-
cja do uniwersalizacji urz¹dzeÒ automaty-

ki przemys³owej jest juø powszechna.

Jedno jest pewne. Do przesz³oúci nale-

ø¹ liczniki konstruowane na bazie ìnieza-
tapialnychî uk³adÛw TTL typu 7400 +
7490 + 7447 + wyúwietlacz lub ich CMOS-
owych odpowiednikach. RÛwnieø w tej
dziedzinie niepodzielnie zapanowa³y spe-
cjalizowane mikroprocesory, daj¹ce uøyt-
kownikowi zupe³nie nowe moøliwoúci.

Zobaczmy wiÍc jak to wygl¹da w†szcze-

gÛ³ach. MyúlÍ, øe bardzo dobrym przyk³a-
dem bÍdzie licznik typ 311 amerykaÒsko-
niemieckiej firmy CURTIS MASSI z†Frau-
reuth, pokazany na fot. 1. Bardzo podobne
rozwi¹zania spotkamy w†ofertach wielu in-
nych firm produkuj¹cych tego typu urz¹-
dzenia. RÛønice polegaj¹ g³Ûwnie na nieco
odmiennej treúci komunikatÛw pokazywa-
nych na wyúwietlaczu, idea obs³ugi i†wpro-
wadzania danych jest identyczna.

ZarÛwno ten, jak i†zdecydowana wiÍk-

szoúÊ licznikÛw nastawnych posiada znor-
malizowan¹ obudowÍ tablicow¹ (panelo-
w¹) DIN o†wymiarze p³yty czo³owej 48x48
mm i†maksymalnej g³Íbokoúci ok. 100mm.
Za pomoc¹ klawiatury foliowej, gwarantu-
j¹cej stopieÒ ochrony IP65, s¹ zadawane
wartoúci progowe oraz jest dokonywana
konfiguracja parametrÛw pracy licznika
(raz na realizacjÍ okreúlonego zadania).
Czynnoúci te s¹ bardzo proste - wykony-
wane s¹ intuicyjnie i†nie s¹ bardziej skom-
plikowane od ustawiania elektronicznego
zegarka narÍcznego.

Na ciek³okrystalicznym wyúwietlaczu,

podúwietlanym zielonymi diodami LED,
prezentowane s¹:
✓ w†gÛrnym wierszu - aktualny stan licz-

nika g³Ûwnego (maks. 6†cyfr o†wysokoú-
ci 7mm),

Fot. 1.

132

A U T O M A T Y K A

Elektronika Praktyczna 7/2000

✓ graficznie stan stykÛw przekaünikÛw na

wyjúciu,

✓ jednostki mierzonej wielkoúci (mm, cm,

dm, m, L),

✓ w†dolnym wierszu (maks. 6†cyfr o†wy-

sokoúci 4†mm) - jedna z†nastÍpuj¹cych
wielkoúci:
✗ wartoúÊ nastawna (progowa) P1 lub

P2,

✗ wartoúÊ pocz¹tkowa S.C.,
✗ stan sumatora,
✗ stan licznika pomocniczego,
✗ wspÛ³czynnik skaluj¹cy.

WybÛr ten jest dokonywany oczywiú-

cie przez uøytkownika.

Licznik typu 311 moøe byÊ zasilany na-

piÍciem powszechnie uøywanym w†auto-
matyce, czyli 230VAC lub 24VDC. W†pier-
wszym przypadku dostarcza on rÛwnieø
napiÍcia 24VDC przeznaczonego do zasila-
nia wspÛ³pracuj¹cych z†nim nadajnikÛw
impulsÛw (np. czujnikÛw zbliøeniowych).
Unikamy wiÍc koniecznoúci zastosowania
oddzielnego zasilacza dla czujnikÛw, co
w†znacznym stopniu obniøa koszty reali-
zacji uk³adu. Schemat blokowy omawiane-
go licznika pokazano na rys. 1.

Licznik sk³ada siÍ z†nastÍpuj¹cych blo-

kÛw funkcjonalnych:
✓ Sumatora zliczaj¹cego wszystkie docie-

raj¹ce do licznika impulsy.

✓ Licznika g³Ûwnego z†moøliwoúci¹ usta-

wiania jednej lub dwu wartoúci progo-
wych P1 i†P2. Z†kaød¹ wartoúci¹ progo-
w¹ powi¹zany jest jeden stopieÒ wyj-
úciowy z†przekaünikiem z†jednym sty-
kiem zwiernym.

✓ Licznika pomocniczego z†moøliwoúci¹

ustawiania wartoúci progowej P2. Moøe
on pracowaÊ jako niezaleøny od licznika
g³Ûwnego kana³ licz¹cy lub licznik po-
wtarzaj¹cych siÍ cykli licznika g³Ûwne-
go.

✓ Preskalera na wejúciu licznika g³Ûwne-

go, umoøliwiaj¹cego podzia³ lub mnoøe-
nie liczby impulsÛw na wejúciu w†za-
kresie 0,0001..9999,99. W†po³¹czeniu
z†moøliwoúci¹ przesuwania punktu dzie-
siÍtnego w†znakomity sposÛb upraszcza
to ìdopasowanieî wartoúci mierzonej do
wyúwietlanej w†zaleønoúci od wybra-
nych jednostek.

✓ Opcjonalnie licznik moøe byÊ wyposa-

øony w†blok interfejsu RS485, umoøli-

wiaj¹cy wymianÍ infor-
macji miÍdzy licznikiem
a†jednostk¹ nadrzÍdn¹
wyposaøon¹ w†mikropro-
c e s o r . W † s z c z e g Û l n y m
przypadku moøe to byÊ
komputer klasy PC. Trze-
ba tu zaznaczyÊ, øe ostat-
nio znacznie wzros³o za-
interesowanie licznikami
w tej wersji, co jedno-
znacznie úwiadczy o†ten-
dencji do centralizacji
sterowania w†uk³adach
automatyki przemys³o-
wej.

✓ Zasilacza. ZaryzykujÍ stwierdzenie, øe

w†praktyce to najwaøniejszy blok w†licz-
niku. Kaødym! Nawet najlepszy licznik
niewiele bÍdzie wart, jeúli jego zasilacz
nie bÍdzie skutecznie eliminowa³ zak³Û-
ceÒ, ktÛre szczegÛlnie w†naszej sieci
220V s¹ wszechobecne.
W†liczniku 311 zasilacz spe³nia bardzo
rygorystyczne wymagania norm europej-
skiej EN 50 082ó2 i†wiem, øe pracuje
niezawodnie w†miejscach, gdzie dotych-
czas nic siÍ nie sprawdza³o (np. zgrze-
warki, diatermie, falowniki).

Licznik zosta³ wyposaøony w†dwa wie-

lofunkcyjne wejúcia licz¹ce i†trzy steruj¹-
ce. Wejúcia licz¹ce mog¹ byÊ tak skonfigu-
rowane, aby oblicza³y sumÍ, rÛønicÍ im-
pulsÛw lub wspÛ³pracowa³y z†nadajnikiem
posiadaj¹cym dwa ci¹gi impulsÛw przesu-
niÍte w†fazie o†90

0

. S¹ to najczÍúciej prze-

tworniki obrotowo-impulsowe, dla ktÛrych
dodatkowo moøna wprowadziÊ dwu-
i†czterokrotn¹ multiplikacjÍ zboczy. DziÍ-
ki temu moøliwe jest zwiÍkszenie rozdziel-
czoúci i†dok³adnoúci pomiaru. UwzglÍdnia-
j¹c wczeúniej zasygnalizowan¹ juø moøli-
woúÊ mnoøenia liczby impulsÛw przez sta-
³y wspÛ³czynnik (wspÛ³czynnik skaluj¹cy)
nic nie stoi na przeszkodzie, aby w†tego
rodzaju uk³adach pomiarowych stosowaÊ
p r z e t w o r n i k i o b r o t o w o - i m p u l s o w e
o†mniejszej

liczbie

impulsÛw

na

1†obrÛt

(a

wiÍc i†znacznie taÒszych), a†ø¹dan¹ do-
k³adnoúÊ pomiaru osi¹gaÊ ww. zabiegami
ìmatematycznymiî. Oczywiúcie wejúcia te
s¹ fazoczu³e: zmiana kierunku obrotu osi
przetwornika powoduje zmianÍ kierunku
zliczania.

Obydwa wejúcia moøna przystosowaÊ

do nadajnikÛw impulsÛw z†wejúciem NPN,
PNP oraz NAMUR. Wprawdzie maksymal-
na czÍstotliwoúÊ zliczania wynosi 10kHz,
to przy wspÛ³pracy z†czujnikami mecha-
nicznymi - w†celu wyeliminowania skut-
kÛw oscylacji na stykach - zalecane jest
ustawienie tej czÍstotliwoúci na 25 lub
3Hz, zaleønie od stanu stykÛw i†przewidy-
wanej czÍstotliwoúci pracy czujnika. Wej-
úcia steruj¹ce, w†zaleønoúci od potrzeb
i†decyzji uøytkownika, posiadaÊ mog¹ wie-
le rÛønych funkcji (tab. 1).

Jak widaÊ, bior¹c pod uwagÍ liczbÍ

wejúÊ cyfrowych oraz ich funkcje stwier-
dziÊ moøna, øe uniwersalny, nastawny
licznik impulsÛw powoli zbliøa siÍ do za-
kresu zastosowaÒ dotychczas zarezerwowa-
nych dla prostych sterownikÛw przemys-
³owych i†specjalizowanych modu³Ûw lo-
gicznych.

Wczeúniej juø wspomnia³em, øe progra-

mowanie licznika jest bardzo proste i†prze-
prowadza siÍ je tylko raz na ca³y okres
eksploatacji w†okreúlonej aplikacji. S¹dzÍ,
øe w†tego typu urz¹dzeniach termin ìpro-
gramowanieî nie jest zbyt fortunny.

Wielu potencjalnych uøytkownikÛw na

has³o to reaguje negatywnie, nies³usznie
przypuszczaj¹c, øe wykracza to poza ich
wiedzÍ z†zakresu automatyki. Uwaøam, øe
o†programowaniu moøna mÛwiÊ w†sterow-
nikach typu np. SIMATIC. Tutaj natomiast
znacznie trafniejszym okreúleniem by³by
termin ìkonfiguracjaî.

Wejúcie w†tryb konfiguracji paramet-

rÛw pracy licznika najczÍúciej wymaga
jednoczesnego naciúniÍcia kilku klawiszy
na p³ycie czo³owej. Spowodowane jest to
koniecznoúci¹ zabezpieczenia siÍ przed
przypadkow¹ zmian¹ nastaw przez opera-
tora i†czÍsto przykrymi tego konsekwen-
cjami dla sterowanej maszyny. W†przy-
padku licznika 311 naleøy nacisn¹Ê jed-
noczeúnie klawisze

↑

†i†S/E. Na dolnym

wyúwietlaczu zostanie pokazany napis
ìCODEî i†licznik oczekuje na wprowadze-
nie czterocyfrowego kodu dostÍpu, zezwa-
laj¹cego na przeprowadzenie zmian w†je-
go konfiguracji pracy. To zabezpieczenie
skutecznie eliminuje dostÍp osÛb niepo-
wo³anych do wprowadzonego juø progra-
mu.

Dalsze konfigurowanie polega na wpi-

saniu do 54 ponumerowanych komÛrek pa-
miÍci okreúlonych wartoúci liczbowych
z†zakresu 0..9 za pomoc¹ przyciskÛw

←→↑↓

†na p³ycie czo³owej licznika. Te

wartoúci liczbowe powi¹zane s¹ jedno-

Rys. 1.

Tab. 1

Wejście

Wejście

Wejście

ster. “9”

ster. “10”

ster. “11”

Kasowanie poziomem licznika głównego

x

x

Kasowanie zboczem licznika głównego

x

x

Stop zliczania licznika głównego

x

x

Blokada programowania

x

x

x

Blokada przycisków

x

x

x

Drukowanie

x

x

x

Ustawienie wyjść w stan 1

x

x

x

Ustawienie wyjść w stan 0

x

x

x

Wejście licznika pomocniczego

x

x

Kasowanie sumatora poziomem

x

Kasowanie sumatora zboczem

x

Kasowanie licznika pomocniczego poziomem

x

Kasowanie licznika pomocniczego zboczem

x

133

Elektronika Praktyczna 7/2000

A U T O M A T Y K A

znacznie z†konkretnymi parametrami pra-
cy licznika. SzczegÛ³owy ich opis znajduje
siÍ w†instrukcji obs³ugi, natomiast niøej
pokazujÍ, jak przyk³adowo wygl¹da wy-
úwietlacz w†momencie konfigurowania kil-
ku podstawowych parametrÛw:

Ustawienie jednostek miary na
wyúwietlaczu

0

bez jednostek miary

1

m

2

dm

3

cm

4

mm

5

L

Przyporz¹dkowanie wyúwietlacza dolnego

0

brak

1

P1 - wartoúÊ nastawna

2

P2 - wartoúÊ nastawna

3

SC - wartoúÊ odniesienia

4

tot - sumator

5

b††- licznik pomocniczy

6

SF - wspÛ³czynnik skaluj¹cy

SposÛb zliczania licznika g³Ûwnego i†su-
matora

0

zliczanie impulsÛw z†wej. A,
zmiana kierunku zliczania wej. B

1

zliczanie rÛønicy impulsÛw
z†wejúcia A†i†B†(A-B)

2

zliczanie sumy impulsÛw
z†wejúcia A†i†B†(A+B)

3

A†i†B†przesuniÍte w†fazie o††90

o

oraz

jednokrotna multiplikacja zboczy

4

A†i†B†przesuniÍte w†fazie o††90

o

oraz

dwukrotna multiplikacja zboczy

5

A†i†B†przesuniÍte w†fazie o††90

o

oraz

czterokrotna multiplikacja zboczy

Jeúli ustawiony zostanie sposÛb liczenia 3-5,
naleøy rÛwnieø ustawiÊ czÍstotliwoúÊ zliczania
na wej. A†i†B†na 10 kHz (komÛrki 31 i†32)

CzÍstotliwoúÊ zliczania na wej. A†przez
licznik g³Ûwny

0

10 kHz

1

25 Hz

2

3†Hz

CzÍstotliwoúÊ zliczania na wej. B†przez
licznik g³Ûwny

0

10 kHz

1

25 Hz

2

3†Hz

Logika sygna³Ûw wejúciowych i†prÛg kom-
paratora

0

PNP

prÛg komparatora 6†V

1

NPN

prÛg komparatora 6†V
lub Namur bez Ex.

2

PNP

prÛg komparatora 3†V

3

NPN

prÛg komparatora 3†V

Funkcja wejúcia steruj¹cego 1
(koÒcÛwka 9)

0

PC licznik g³Ûwny - kasowanie po-
ziomem

1

PC licznik g³Ûwny - kasowanie zbo-
czem

2

PC licznik g³Ûwny - stop

3

zatrzymanie zliczania

4

blokada programowania

5†††blokada przyciskÛw
6

drukowanie (czas trwania imp. min.
30 ms)

7

ustawienie wyjúÊ w†stan - w³¹czone

8

ustawienie wyjúÊ w†stan - wy³¹czo-
ne

MyúlÍ, øe powyøsze przyk³ady osta-

tecznie przekona³y CzytelnikÛw co do
prostoty procesu ustalania parametrÛw
pracy licznika. Dalej pozostaje juø tylko
przyjemnoúÊ eksploatacji licznika - i†to
przez wiele lat. Wprowadzone parametry
i†nastawy nawet po wy³¹czeniu napiÍcia
zasilania pamiÍtane s¹ w†pamiÍci EEP-
ROM przez co najmniej 10 lat.

Cech¹ charakterystyczn¹ w†konstrukcji

kaødego nastawnego licznika impulsÛw
jest obecnoúÊ uk³adu wyjúciowego stero-
wanego przez komparator wartoúci pro-
gowej. W†zdecydowanej wiÍkszoúci przy-
padkÛw jest nim przekaünik, ale moøe to
byÊ rÛwnieø tranzystor bipolarny najczÍú-
ciej w†konfiguracji z otwartym kolekto-
rem. G³Ûwn¹ zalet¹ przekaünika jest
znacznie wiÍksza obci¹øalnoúÊ pr¹dowa
i†napiÍciowa stykÛw (1A przy 250V) niø
tranzystora. Wad¹ natomiast okreúlona
jednak trwa³oúÊ stykÛw i†relatywnie d³u-
gi czas ich za³¹czania.

Po zliczeniu nastawionej liczby im-

pulsÛw P1 i†P2 nastÍpuje zmiana stanu
na wyjúciach na czas nieokreúlony (a

w†zasadzie aø do wyzerowania licznika
przyciskiem na p³ycie czo³owej lub syg-
na³em zewnÍtrznym) lub czas ustawiony
w†trakcie konfigurowania parametrÛw.
Moøna go dowolnie dopasowaÊ do wy-
magaÒ zewnÍtrznych uk³adÛw wykonaw-
czych typu styczniki, elektrozawory itp.,
p o n i e w a ø j e s t o n r e g u l o w a n y
w†przedziale 0,01..99,99s z†krokiem
0,01s. Ma to bardzo duøe znaczenie
w†sytuacji, gdy licznik pracuje w†trybie
automatycznym - po osi¹gniÍciu wartoú-
ci progowej licznik automatycznie wraca
do wartoúci pocz¹tkowej (zwanej teø
wartoúci¹ odniesienia), natomiast uk³ad
wyjúciowy wysterowuje w tym czasie
uk³ad wykonawczy. Dlatego teø czas
trwania impulsu na wyjúciu musi byÊ
krÛtszy od czasu zliczania impulsÛw po-
miÍdzy wartoúci¹ odniesienia a†nastaw-
n¹. Naleøy wiÍc wzi¹Ê pod uwagÍ mak-
symaln¹, spodziewan¹ czÍstotliwoúÊ im-
pulsÛw wejúciowych.

Odczyt danych z†licznika i†ustalenie

jego parametrÛw pracy moøna przeprowa-
dziÊ rÛwnieø z†zewn¹trz, za pomoc¹ in-
terfejsu szeregowego RS485. Znakowa
transmisja danych w†kodzie ASCII jest
transmisj¹ typu halfduplex o†nastÍpuj¹-
cych cechach:
- symetryczna,
- dwuprzewodowa,
- maksymalna d³ugoúÊ przewodÛw trans-

misyjnych wynosi 1500m,

- wielopunktowa (maks. 32 urz¹dzenia).

Ustawianymi w†trakcie konfiguracji

licznika parametrami interfejsu jest prÍd-
koúÊ transmisji danych, liczba bitÛw sto-
pu, bit parzystoúci oraz adres, poprzez
ktÛry urz¹dzenie steruj¹ce (MASTER) mo-
øe kontaktowaÊ siÍ z†licznikiem. Odmian¹
omÛwionego tu licznika typ 311 jest ta-
chometr nastawny typ 312.

W†urz¹dzeniu zastosowano nowoczes-

n¹ metodÍ pomiaru prÍdkoúci obrotowej,
polegaj¹c¹ na pomiarze czasu miÍdzy
dwoma kolejnymi impulsami i†przelicze-
niu na liczbÍ impulsÛw w†wybranej jed-
nostce czasu: s, min lub h. Metoda ta
pozwala na osi¹gniÍcie bardzo duøych
dok³adnoúci pomiaru i†w†sposÛb istotny
skraca jego czas, co szczegÛlnie widocz-
ne jest przy dwÛch ostatnich podstawach
czasu. Dwie nastawne wartoúci progowe
pozwalaj¹ na skuteczn¹ kontrolÍ prÍdkoú-
ci obrotowej w†rÛønorodnych uk³adach
napÍdowych. W†tachometrze tym zacho-
wano wszystkie omÛwione juø w†liczni-
ku 311 cechy maj¹ce wp³yw na komfort
obs³ugi i†funkcjonalnoúÊ urz¹dzenia.

W†przypadku zainteresowania siÍ

CzytelnikÛw omÛwion¹ tu tematyk¹, go-
tÛw jestem udostÍpniÊ poprzez pocztÍ
elektroniczn¹ szczegÛ³ow¹ instrukcjÍ ob-
s³ugi licznika 311 w†jÍzyku polskim oraz
program dla PC do testowania - zastoso-
wanego w†liczniku - interfejsu RS485.
Odpowiem rÛwnieø chÍtnie na inne py-
tania zwi¹zane z†tematyk¹ stosowania
wielu innych komponentÛw automatyki
przemys³owej w†maszynach i†urz¹dze-
niach.
mgr in¿. Ryszard ¯ak, Impol-1
[e-mail]