基于IPC控制系统的实时高精度测频方法

　　0 引言

　　气动阀性能参数采集与处理系统是针对高标准的军用气动阀性能测试要求而设计的。介质流量是气动阀最重要的性能参数，它是通过流量计输出的一串幅值为30VDC 的频率信而获得的。测试介质是高压压缩空气，流速极快，所以如何实现流量计实时的高精度测频整个控制系统设计的一个难点和重要环节。我们先后使用台湾研华公司PCI-1712L 数据采集卡和北京科日新公司KPCI-7414 测频模块对流量计测频，结果都很不理想，满足不了系统设计的实时性和精度要求。我们最后用PLC 高速计数功能成功完成了这一环节的设计。

　　1 系统工作原理

　　图1为气动阀性能参数采集与处理系统原理图。

　　图1 被测阀检测过程原理图

　　系统采集的参数主要有前压、后压、压差、温度和流量等。测试气源由电磁阀来控制开断，气源开通后，被测阀前后的压力变送器实测值分别为P1 和P2，两者差即为被测阀的压差。调节阀用来调节测试介质的流量。科氏质量流量计选择瑞士E+H 的产品，它精度高、响应速度快，提供两路输出信号，一路为频率信号，用来测试介质的流量;另一路为4～20mA 标准信号，用来测试介质的温度。综合考虑，系统选用工控机(IPC)、数据采集卡和PCAtuo 组态软件配合使用的控制方案。

　　2、流量计测频

　　E+H流量计的频率信号用来测定介质的瞬时流量，其满量程为 2～1000Hz。压缩空气的流速极快，7~ 8 秒就测试完毕一次，系统设计要求每 60ms 采集一次流量计频率值，精度为 0.5%，这是系统设计的一个难点。

　　2.1 PCI-1712L 数据采集卡测频

　　由于本控制系统是基于 IPC 的，所以我们首先想到用数据采集卡上的集成功能对流量计进行测频。PCI-1712L是一款高速多功能 PCI 总线数据采集卡。它提供 16 路模拟量输入，16 路数字量输入/输出，以及 3 个10M Hz 时钟的16 位多功能计数器通道。

　　PCI-1712L 是硬件和软件配合进行测频，需要两个计数器通道 CNT 来完成，如图 2 所示。CNT1的OUT端接到CNT2的GATE端，流量计的频率信号接到CNT2的CLK端。CNT1采用单触发(One Shot)方式，用来触发和结束 CNT2 计数;CNT2 用来累计 CNT1 的每个单触发周期内被测到的信号脉冲数，从而测出信号频率。流量计输出频率范围为 2～1000Hz(属于板卡的 0.2Hz~13kHz 低频信号)，此时板卡的内部时钟频率默认为 10kHz ，每个单触发周期为 6秒左右，即每 6 秒才能更新读数一次。实际的测试结果比这个延迟时间还长一些，所以无法满足流量计测频的实时性要求。

　　2.1 KPCI-7414 模块测频

　　K-7414是CAN总线脉冲计数测频模块，具有独立的 RS485串行通信接口,计数频率最高达 2MHZ，如图 3 所示。K-7414采用 8254 作为计数芯片，其工作方式由上位机通过串口总线设定，这里使用的 RS-485 串行通讯。实际接线时把被测信号接到 R485A 端和 R485B端，并短接 RR 端和 R485B 端。信号上升沿触发 K-7414 模块计数，下降沿终止计数。KPCI-7414输出信号通过 RS485/RS232 转换器送入 IPC 中进行处理。