脉冲与信号：解析传感器、编码器在PLC中的高速响应与精准控制机制

在现代高精度、高速度的自动化设备（如贴片机、数控机床、包装机械）中，PLC需要处理一系列高速变化的信号，以实现精确的位置、速度和计数控制。理解脉冲信号的本质，以及PLC处理它们的特殊机制，是迈向高端应用的关键。

一、 脉冲信号的本质：从开关量到信息载体
普通的传感器（如接近开关）提供的是状态信号（通/断）。而脉冲信号是一种时序信号，其信息不仅包含“有无”，更蕴含在频率（单位时间内的脉冲数） 和数量（累计脉冲数） 中。

• 脉冲频率 → 速度：例如，测量电机转速。

• 脉冲数量 → 位移/长度：例如，通过编码器计算输送带移动距离。

二、 核心器件：增量式旋转编码器
它是脉冲信号的典型来源。

• 工作原理：码盘旋转，光电元件产生两组相位差90°的方波脉冲（A相、B相），和一个每转一个的零位（Z相）信号。

• A/B相正交脉冲的妙用：

  1. 判定方向：通过检测A、B两相的上升沿顺序（A领先B为正转，B领先A为反转）。

  2. 提高分辨率：通过同时捕获A、B相的上升沿和下降沿，可将原始分辨率倍频4倍。

三、 PLC的高速响应机制：高速计数器
普通PLC的I/O扫描周期在毫秒级，无法可靠捕获微秒级的脉冲。高速计数器（HSC） 是解决此问题的专用硬件模块。

• 硬件处理，独立于扫描周期：HSC的计数电路在硬件层面直接响应脉冲输入，不受主程序循环扫描的影响，保证了计数不丢失、无延迟。

• 工作模式丰富：

  • 单相计数：仅用一路脉冲输入，可加/减计数。

  • A/B相正交计数：接入编码器的A、B相，自动实现带方向的4倍频计数。

  • 脉冲+方向：一路脉冲，另一路方向控制信号。

• 设定值与中断：可为HSC设置预置值。当计数值达到预设值时，HSC会立即触发一个中断程序，中断程序可以立即执行如立即输出、改变速度等操作，响应速度极快。

四、 高速脉冲输出与精准定位控制
对于需要精确位置控制的伺服或步进电机，PLC需要具备高速脉冲输出（PTO/PWM） 功能。

• PTO（脉冲串输出）：输出一系列频率和数量均可控的方波脉冲。脉冲频率控制电机速度，脉冲总数控制电机转动角度。这是实现开环定位（步进电机）或半闭环定位（伺服电机，位置环在驱动器内）的核心。

• PWM（脉冲宽度调制）：输出固定频率但占空比可调的脉冲，用于模拟量控制，如调节阀门开度、灯光亮度。

• 定位控制流程：

  1. 规划运动曲线：在程序中设定目标位置、最大速度、加减速度（S曲线或梯形曲线）。

  2. 启动PTO：PLC的专用脉冲输出点（如Q0.0）按规划好的曲线发出脉冲串。

  3. 实时反馈与闭环（高级应用）：同时，电机的编码器反馈脉冲接入PLC的HSC。PLC程序可实时比较“发出的脉冲数”（命令位置）与“反馈的脉冲数”（实际位置），进行闭环修正。

五、 系统集成要点

1. 信号匹配：确保编码器的输出电压（如5V差分、24V集电极开路）与PLC高速输入模块的规格匹配。长距离传输推荐使用差分信号（如RS422），抗干扰能力强。

2. 频率选择：PLC的HSC和PTO都有最高频率限制，必须保证实际使用的脉冲频率低于此极限。

3. 抗干扰布线：脉冲信号线必须使用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地。远离动力线和高频干扰源。

结论：从普通的开关量信号到承载信息的脉冲串，是PLC从逻辑控制迈向运动控制的标志。高速计数器和高速脉冲输出是PLC处理这类信号的“左膀右臂”。掌握它们的硬件原理、配置方法和应用场景，是设计并实现精准、快速、稳定运动控制系统不可或缺的核心技能。