《電氣控制》課件第6章

第6章S7-200系列PLC功能指令6.1表功能指令6.2轉(zhuǎn)換指令6.3中斷指令6.4運(yùn)動(dòng)控制指令6.5PID指令小結(jié) 6.1表功能指令

表功能指令是用來建立和存取字類型的數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)表由三部分組成：表地址，由表的首地址指明；表定義，由表地址和第二個(gè)字節(jié)地址所對(duì)應(yīng)的單元分別存放的兩個(gè)表參數(shù)來定義最大填表數(shù)（TL）和實(shí)際填表數(shù)（EC）；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從第三個(gè)字節(jié)地址開始存放數(shù)據(jù)，一個(gè)表最多能存儲(chǔ)100個(gè)數(shù)據(jù)。表6－1表中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式6.1.1填表指令

填表指令（ATT）用于把指定的字型數(shù)據(jù)添加到表格中。指令格式及功能描述見表6－2。表6－2填表指令的指令格式及功能描述說明：

（1）該指令在梯形圖中有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端：DATA為數(shù)據(jù)輸入，指出被填表的字型數(shù)據(jù)或其地址；TBL為表格的首地址，用以指明被填表格的位置。

（2）DATA、TBL為字型數(shù)據(jù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（3）表存數(shù)時(shí)，新填入的數(shù)據(jù)添加在表中最后一個(gè)數(shù)據(jù)的后面，且實(shí)際填表數(shù)EC值自動(dòng)加1。

（4）填表指令會(huì)影響特殊存儲(chǔ)器標(biāo)志位SM1.4。

（5）使能流輸出ENO＝0的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址錯(cuò)誤），0091（操作數(shù)超界）。

【例6.1】如圖6－1所示，將數(shù)據(jù)（VW100）＝1234填入表6－1中，表的首地址為VW200。圖6－1例6.1的程序表6－3

ATT指令執(zhí)行結(jié)果6.1.2表取數(shù)指令

從表中移出一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)有先進(jìn)先出（FIFO）和后進(jìn)先出（LIFO）兩種方式。一個(gè)數(shù)據(jù)從表中移出之后，表的實(shí)際填表數(shù)EC值自動(dòng)減1。兩種表取數(shù)指令的格式及功能描述見表6－4。表6－4

FIFO、LIFO指令格式及功能描述

當(dāng)功能端輸入有效時(shí)，從TBL指明的表中移走最后一個(gè)數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)位置保持不變，并將此數(shù)據(jù)輸出到DATA

（1）兩種表取數(shù)指令在梯形圖上都有兩個(gè)數(shù)據(jù)端：輸入端TBL為表格的首地址，用以指明表格的位置；輸出端DATA指明數(shù)值取出后要存放的目標(biāo)位置。

（2）DATA、TBL為字型數(shù)據(jù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（3）兩種表取數(shù)指令從TBL指定的表中取數(shù)的位置不同，表內(nèi)剩余數(shù)據(jù)變化的方式也不同。但指令執(zhí)行后，實(shí)際填表數(shù)EC值都會(huì)自動(dòng)減1。

（4）兩種表取數(shù)指令都會(huì)影響特殊存儲(chǔ)器標(biāo)志位SM1.5的內(nèi)容。

（5）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址），0091（操作數(shù)超界）。

【例6.2】如圖6－2所示，運(yùn)用FIFO、LIFO指令從表6－1中取數(shù)，并將數(shù)據(jù)分別輸出到VW400、VW300。圖6－2例6.2的程序表6－5

FIFO、LIFO指令執(zhí)行結(jié)果6.1.3表查找指令

表查找指令用于從字型數(shù)據(jù)表中找出符合條件的數(shù)據(jù)在表中的地址編號(hào)，編號(hào)范圍為0～99。表查找指令的格式及功能描述見表6－6。表6－6表查找指令格式及功能描述

說明：

（1）在梯形圖中表查找指令有四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端：TBL為表格首地址，用以指明被訪問的表格；

PTN是用來描述查表?xiàng)l件時(shí)進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)；CMD是比較運(yùn)算的編碼，它是一個(gè)1～4的數(shù)值，分別代表運(yùn)算符＝、＜＞、＜、＞；INDX用來指定表中符合查找條件的數(shù)據(jù)

所在的位置。

（2）TBL、PTN、INDX為字型數(shù)據(jù)，CMD為字節(jié)型數(shù)據(jù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（3）表查找指令執(zhí)行前，應(yīng)先對(duì)INDX的內(nèi)容清零。當(dāng)使能輸入有效時(shí)，從數(shù)據(jù)表的第0個(gè)數(shù)據(jù)開始查找符合條件的數(shù)據(jù)。若沒有發(fā)現(xiàn)符合條件的數(shù)據(jù)，則INDX的值等于EC；若找到一個(gè)符合條件的數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)在表中的地址裝入INDX中；若找到一個(gè)符合條件的數(shù)據(jù)后，想繼續(xù)向下查找，必須先對(duì)INDX加1，然后再重新激活表查找指令，從表中符合條件數(shù)據(jù)的下一個(gè)數(shù)據(jù)開始查找。

（4）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址），0091（操作數(shù)超界）。

【例6.3】如圖6－3所示，運(yùn)用表查找指令從表6－1中找出內(nèi)容等于3562的數(shù)據(jù)在表中的位置。圖6－3例6.3的程序表6－7表查找指令執(zhí)行結(jié)果6.2

轉(zhuǎn)換指令6.2.1數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型有字節(jié)、字整數(shù)、雙字整數(shù)及實(shí)數(shù)。SIEMENS公司的PLC對(duì)BCD碼和ASCII[JP]字符型數(shù)據(jù)的處理能力也很強(qiáng)。不同功能的指令對(duì)操作數(shù)的要求不同。類型轉(zhuǎn)換指令可將固定的一個(gè)數(shù)據(jù)用到不同類型要求的指令中，而不必對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)類型的重復(fù)輸入。

1.BCD碼與整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

BCD碼與整數(shù)之間的類型轉(zhuǎn)換是雙向的。BCD碼與整數(shù)類型轉(zhuǎn)換的指令格式及功能描述見表6－8。表6－8

BCD碼與整數(shù)類型轉(zhuǎn)換的指令格式及功能描述

說明：

（1）IN、OUT為字型數(shù)據(jù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（2）梯形圖中，IN和OUT可指定同一元件，以節(jié)省元件。若IN和OUT操作數(shù)地址指的是不同元件，在執(zhí)行轉(zhuǎn)換指令時(shí)，可分成兩條指令來操作：

MOVINOUT

BCDIOUT

（3）若IN指定的源數(shù)據(jù)格式不正確，則SM1.6置1。

（4）數(shù)據(jù)IN的范圍是0～9999。2.字節(jié)型數(shù)據(jù)與整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換表6－9字節(jié)型數(shù)據(jù)與整數(shù)類型轉(zhuǎn)換的指令格式及功能描述說明：

（1）整數(shù)轉(zhuǎn)換到字節(jié)型數(shù)據(jù)指令I(lǐng)TB中，輸入數(shù)據(jù)的大小為0～255，若超出這個(gè)范圍，則會(huì)造成溢出，使SM1.1＝1。

（2）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址出錯(cuò)）。

（3）IN、OUT的數(shù)據(jù)類型一個(gè)為雙字整數(shù)，另一個(gè)為字型整數(shù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。3.字型整數(shù)與雙字整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換表6－10字型整數(shù)與雙字整數(shù)的類型轉(zhuǎn)換指令格式及功能描述說明：

（1）雙字整數(shù)轉(zhuǎn)換為字型整數(shù)時(shí)，若輸入數(shù)據(jù)超出范圍，則會(huì)產(chǎn)生溢出。

（2）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址出錯(cuò)）。

（3）IN、OUT的數(shù)據(jù)類型一個(gè)為雙字整數(shù)，另一個(gè)為字型整數(shù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。4.雙字整數(shù)與實(shí)數(shù)之間的轉(zhuǎn)換表6－11雙字整數(shù)與實(shí)數(shù)的類型轉(zhuǎn)換指令格式及功能描述

說明：

（1）ROUND和TRUNC都能將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字整數(shù)。但前者將小數(shù)部分四舍五入，轉(zhuǎn)換為整數(shù)，而后者將小數(shù)部分直接舍去取整。

（2）將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字整數(shù)的過程中，會(huì)出現(xiàn)溢出現(xiàn)象。

（3）IN、OUT的數(shù)據(jù)類型都為雙字整數(shù)，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（4）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM1.1（溢出），SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址出錯(cuò)）。

【例6.4】如圖6－4所示，在控制系統(tǒng)中，有時(shí)需要進(jìn)行單位互換，例如把英寸轉(zhuǎn)換成厘米。C10的值為當(dāng)前的英寸計(jì)數(shù)值。因?yàn)?inch＝2.54cm，所以（VD4）＝2.54。圖6－4例6.4的程序6.2.2數(shù)據(jù)的編碼和譯碼指令

在可編程控制器中，字型數(shù)據(jù)可以是16位二進(jìn)制數(shù)，也可用4位十六進(jìn)制數(shù)來表示。編碼過程就是把字型數(shù)據(jù)中最低有效位的位號(hào)進(jìn)行編碼，而譯碼過程是將執(zhí)行數(shù)據(jù)所表示的位號(hào)所指定單元的字型數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)位置1。數(shù)據(jù)譯碼和編碼指令包括編碼、譯碼及七段顯示譯碼。

1.編碼指令表6－12編碼指令的指令格式及功能描述

說明：

（1）IN、OUT的數(shù)據(jù)類型分別為WORD、BYTE，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（2）使能流輸入ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址錯(cuò)誤）。

2.譯碼指令

表6－13譯碼指令的指令格式及功能描述

說明：

（1）IN、OUT的數(shù)據(jù)類型分別為BYTE、WORD，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（2）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3（運(yùn)行時(shí)間），0006（間接尋址出錯(cuò)）。3.七段顯示譯碼指令

表6－14七段顯示譯碼指令的格式及功能描述

說明：

（1）七段顯示數(shù)碼管g、f、e、d、c、b、a的位置關(guān)系和數(shù)字0～9、字母A~F與七段顯示碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖6－5。每段置1時(shí)亮，置0時(shí)暗。與其對(duì)應(yīng)的8位編碼（最高位補(bǔ)0）稱為七段顯示碼。

例如：要顯示數(shù)據(jù)“0”時(shí)，令g管暗，其余各管亮，對(duì)應(yīng)的8位編碼為00111111，即“0”的譯碼為“3F”。

（2）IN、OUT數(shù)據(jù)類型為BYTE，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（3）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)，0006（間接尋址錯(cuò)誤）。圖6－5七段顯示碼及對(duì)應(yīng)代碼

每段置1時(shí)亮，置0時(shí)暗。與其對(duì)應(yīng)的8位編碼（最高位補(bǔ)0）稱為七段顯示碼。

例如：要顯示數(shù)據(jù)“0”時(shí)，令g管暗，其余各管亮，對(duì)應(yīng)的8位編碼為00111111，即“0”的譯碼為“3F”。

（2）IN、OUT數(shù)據(jù)類型為BYTE，操作數(shù)尋址方式見附錄C。

（3）使能流輸出ENO斷開的出錯(cuò)條件：SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)，0006（間接尋址錯(cuò)誤）。

【例6.5】編寫實(shí)現(xiàn)用七段顯示碼顯示數(shù)字5的程序。

程序?qū)崿F(xiàn)見圖6－6。

程序運(yùn)行結(jié)果為（AC1）＝6D。圖6－6例6.5的程序6.2.3字符串類型轉(zhuǎn)換指令

字符串轉(zhuǎn)換指令是將標(biāo)準(zhǔn)字符編碼ASCII碼字符串與十六進(jìn)制數(shù)、整數(shù)、雙整數(shù)（即雙字整數(shù)）及實(shí)數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。字符串轉(zhuǎn)換類的指令格式及功能描述見表6－15。表6－15字符串轉(zhuǎn)換類的指令格式及功能描述說明：

（1）可進(jìn)行轉(zhuǎn)換的ASCII碼為0～9及A～F的編碼。

（2）操作數(shù)尋址方式見附錄C。

【例6.6】編程將VD100中存儲(chǔ)的ASCII代碼轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。已知（VB100）＝33，（VB101）＝32，（VB102）＝41，（VB103）＝45。

程序設(shè)計(jì)如圖6－7所示。

程序運(yùn)行結(jié)果：

執(zhí)行前：（VB100）＝33，（VB101）＝32，（VB102）＝41，（VB103）＝45。

執(zhí)行后：（VB200）＝32，（VB101）＝AE。圖6－7例6.6的程序6.3

中斷指令6.3.1中斷源

1.中斷源及種類

中斷源，即能夠向PLC發(fā)出中斷請(qǐng)求的事件來源。S7－200系列PLC具有最多可達(dá)34個(gè)中斷源。在PLC中給每個(gè)中斷源都分配一個(gè)編號(hào)，稱為中斷事件號(hào)，見表6－16。

中斷指令通過中斷事件號(hào)來識(shí)別中斷源。在S7－200中，中斷源分為三大類：通信中斷、輸入/輸出中斷（I/O中斷）和時(shí)基中斷。

1)通信中斷

PLC與外部設(shè)備或上位機(jī)進(jìn)行信息交換時(shí)可以采用通信中斷，它包括6個(gè)中斷源（中斷事件號(hào)為8、9、23、24、25、26），參見表6－16。通信中斷源在PLC的自由通信模式下，通信口的狀態(tài)可由程序來控制。用戶可以通過編程來設(shè)置協(xié)議、波特率和奇偶校驗(yàn)等參數(shù)。

2)I/O中斷

I/O中斷是指由外部輸入信號(hào)控制引起的中斷。

外部輸入中斷：利用I0.0~I0.3的上升沿或下降沿可以產(chǎn)生4個(gè)外部中斷請(qǐng)求。

脈沖輸出中斷：利用高速脈沖輸出PTO0、PTO1可以產(chǎn)生2個(gè)中斷請(qǐng)求。

高速計(jì)數(shù)器中斷：利用高速計(jì)數(shù)器HSCn的計(jì)數(shù)當(dāng)前值等于設(shè)定值、輸入計(jì)數(shù)方向的改變、計(jì)數(shù)器外部復(fù)位等事件，可以產(chǎn)生14個(gè)中斷請(qǐng)求。

3)時(shí)基中斷

通過定時(shí)和定時(shí)器的時(shí)間到達(dá)設(shè)定值引起的中斷為時(shí)基中斷。時(shí)基中斷包括定時(shí)中斷和定時(shí)器中斷。

定時(shí)中斷：設(shè)定定時(shí)時(shí)間以ms為單位（范圍為1~255ms），當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，對(duì)應(yīng)的定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷，在執(zhí)行中斷處理程序的同時(shí)，繼續(xù)下一個(gè)定時(shí)操作，周而復(fù)始。因此，該定時(shí)時(shí)間稱為周期時(shí)間。定時(shí)中斷有定時(shí)中斷0和定時(shí)中斷1兩個(gè)中斷源，設(shè)置定時(shí)中斷0需要把周期時(shí)間值寫入SMB34；設(shè)置定時(shí)中斷1需要把周期時(shí)間值寫入SMB35。

定時(shí)器中斷：定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生的中斷，定時(shí)器只能使用分辨率為1ms的TON/TOF定時(shí)器T32和T96。當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值等于設(shè)定值時(shí)，在主機(jī)正常的定時(shí)刷新

中，執(zhí)行中斷程序。

2.中斷優(yōu)先級(jí)

在PLC應(yīng)用系統(tǒng)中通常有多個(gè)中斷源，給各個(gè)中斷源指定的優(yōu)先次序稱為中斷優(yōu)先級(jí)。這樣，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷時(shí)，CPU將優(yōu)先響應(yīng)處理優(yōu)先級(jí)高的中斷源的

中斷請(qǐng)求。SIEMENS公司CPU規(guī)定的中斷優(yōu)先級(jí)由高到低依次是：通信中斷→輸入/輸出中斷→時(shí)基中斷，而每類中斷的中斷源又有不同的優(yōu)先權(quán)，見表6－16。經(jīng)過中斷判優(yōu)后，將優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求送給CPU，CPU響應(yīng)中斷后首先自動(dòng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（如邏輯堆棧、累加器和某些特殊標(biāo)志寄存器位），然后暫停正在執(zhí)行的程序（斷點(diǎn)），轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序。中斷處理完成后，又自動(dòng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，最后返回?cái)帱c(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。在相同的優(yōu)先級(jí)內(nèi)，CPU是按先來先服務(wù)的原則以串行方式處理中斷的，因此，任何時(shí)間內(nèi)，只能執(zhí)行一個(gè)中斷程序。對(duì)于S7－200系統(tǒng)，一旦中斷程序開始執(zhí)行，它不會(huì)被其他中斷程序及更高優(yōu)先級(jí)的中斷程序所打斷，而是一直執(zhí)行到中斷程序的結(jié)束。當(dāng)另一個(gè)中斷正在處理中時(shí)，新出現(xiàn)的中斷需要排隊(duì)，等待處理。表6－16中斷事件號(hào)及優(yōu)先級(jí)順序6.3.2中斷指令

中斷功能及操作通過中斷指令來實(shí)現(xiàn)，S7－200提供的中斷指令有5條：中斷允許指令、中斷禁止指令、中斷連接指令、中斷分離指令及中斷返回指令，其指令格式及功能見表6－17。表6－17中斷指令的指令格式及功能

中斷指令使用說明：

(1）操作數(shù)INT：輸入中斷服務(wù)程序號(hào)INTn（n=0～127），該程序?yàn)橹袛嘁獙?shí)現(xiàn)的功能操作，其建立過程同子程序。

（2）操作數(shù)EVENT：輸入中斷源對(duì)應(yīng)的中斷事件號(hào)（字節(jié)型常數(shù)0～33）。

（3）當(dāng)PLC進(jìn)入正常運(yùn)行RUN模式時(shí)，系統(tǒng)初始狀態(tài)為禁止所有中斷，在執(zhí)行中斷允許指令ENI后，允許所有中斷，即開中斷。

（4）中斷分離指令DTCH禁止該中斷事件EVENT和中斷程序之間的聯(lián)系，即用于關(guān)閉該事件中斷；全局中斷禁止指令DISI，禁止所有中斷。

（5）RETI為有條件中斷返回指令，需要用戶編程實(shí)現(xiàn)；SETP7

Micro/WIN自動(dòng)為每個(gè)中斷處理

程序的結(jié)尾設(shè)置無條件返回指令，不需要用戶書寫。

（6）多個(gè)中斷事件可以調(diào)用同一個(gè)中斷程序，但一個(gè)中斷事件不能同時(shí)連續(xù)調(diào)用多個(gè)中斷程序。6.3.3中斷程序

為實(shí)現(xiàn)中斷功能操作，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序（也稱中斷服務(wù)程序或中斷處理程序），在S7－200中，中斷設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)確定中斷源（中斷事件號(hào)）申請(qǐng)中斷所需要執(zhí)行的中斷處理程序，并建立中斷處理程序INTn，其建立方法類同子程序，唯一不同的是在子程序建立窗口的ProgramBlock

中選擇INTn即可。

(2)中斷服務(wù)程序由中斷程序號(hào)INTn開始，以無條件返回指令結(jié)束。在中斷程序中，用戶亦可根據(jù)前面邏輯條件使用條件返回指令，返回主程序。注意，PLC系統(tǒng)中的中斷指令與一般微機(jī)中的中斷指令有所不同，它不允許嵌套。

中斷服務(wù)程序中禁止使用以下指令：DISI、ENI、CALL、HDEF、FOR/NEXT、LSCR、SCRE、SCRT、END。

(3)在主程序或控制程序中，編寫中斷連接（調(diào)用）指令（ATCH），操作數(shù)INT和EVENT由步驟(1)所確定。

(4)設(shè)中斷允許指令（開中斷ENI）。

(5)在需要的情況下，可以設(shè)置中斷分離指令（DTCH）。6.3.4中斷應(yīng)用舉例

編寫實(shí)現(xiàn)中斷事件0的控制程序。

中斷事件0是中斷源I0.0上升沿產(chǎn)生的中斷事件。當(dāng)I0.0有效且開中斷時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)中斷0進(jìn)行響應(yīng)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序INT0。中斷服務(wù)程序的功能為：若I1.0接通，則Q1.0

為ON；若I0.0發(fā)生錯(cuò)誤（自動(dòng)SM5.0接通有效），則立即禁止其中斷。主程序及中斷子程序如圖6－8所示。圖6－8中斷程序示例

(a)主程序圖;(b)中斷服務(wù)程序

6.4運(yùn)動(dòng)控制指令

6.4.1運(yùn)動(dòng)控制概述

運(yùn)動(dòng)控制是電氣控制的一個(gè)分支，它使用通稱為伺服機(jī)構(gòu)的一些設(shè)備，如液壓泵、線性執(zhí)行機(jī)或者電機(jī)來控制機(jī)器的位置和速度。運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因?yàn)楹笳哌\(yùn)動(dòng)形式更簡(jiǎn)單，通常被稱為通用運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖6－9所示，包括以下部分：

(1)一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器（如PLC)，用以生成軌跡點(diǎn)（期望輸出）和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合成一個(gè)速度環(huán)。

(2)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器或放大器（如伺服控制器和步進(jìn)控制器)，用以將來自運(yùn)動(dòng)控制器的控制信號(hào)（通常是速度或扭矩信號(hào)）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號(hào)。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動(dòng)可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。

(3)一個(gè)執(zhí)行器，如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)或電機(jī)，用以輸出運(yùn)動(dòng)。

(4)一個(gè)反饋傳感器，如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等，用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，實(shí)現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。圖6－9運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)圖6.4.2高速計(jì)數(shù)器

1.S7－200系列PLC高速計(jì)數(shù)器數(shù)量及地址編號(hào)

高速計(jì)數(shù)器在程序中使用HCn來表示（在非程序中一般用HSCn表示），n為編號(hào)地址。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器包含兩方面的信息：

計(jì)數(shù)器位和計(jì)數(shù)器當(dāng)前值。

高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為雙字長(zhǎng)符號(hào)整數(shù)，并且為只讀。

不同型號(hào)的PLC主機(jī)，高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量不同，S7系列中CPU22x的高速計(jì)數(shù)器數(shù)量與地址編號(hào)見表6－18。表6－18

CPU22x的高速計(jì)數(shù)器數(shù)量與地址編號(hào)

2.中斷事件類型

高速計(jì)數(shù)器與CPU的掃描周期關(guān)系不大正是因?yàn)槠溆?jì)數(shù)與動(dòng)作采用中斷方式進(jìn)行控制，各種型號(hào)CPU的PLC可用的高速計(jì)數(shù)器中斷事件大致分為三類：

（1）當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值中斷；

（2）輸入方向改變中斷；

（3）外部復(fù)位中斷。

所有高速計(jì)數(shù)器都支持當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值中斷，但不是所有的高速計(jì)數(shù)器都支持三種方式。

每個(gè)高速計(jì)數(shù)器的3中斷的優(yōu)先級(jí)從高到低，不同高速計(jì)數(shù)器之間的優(yōu)先級(jí)中斷又按編號(hào)順序由高到低。高速計(jì)數(shù)器中斷事件有14個(gè)，具體中斷優(yōu)先級(jí)等詳細(xì)情況參見相關(guān)中斷內(nèi)容。

3.工作模式及輸入點(diǎn)

高速計(jì)數(shù)器有四種基本類型：

帶有內(nèi)部方向控制的單向計(jì)數(shù)器、帶有外部方向控制的單向計(jì)數(shù)器、帶有兩個(gè)時(shí)鐘輸入的雙向計(jì)數(shù)器和A/B相正交計(jì)數(shù)器。

高速計(jì)數(shù)器的信號(hào)輸入類型有無復(fù)位或啟動(dòng)輸入、有復(fù)位無啟動(dòng)輸入或者既有啟動(dòng)又有復(fù)位輸入。通過基本類型與信號(hào)輸入類型的組合可以使高速計(jì)數(shù)器有13種不同的工作模式（0~12），分為5類，以完成不同的功能。

工作模式0、1、2具有內(nèi)部方向控制的單向加/減計(jì)數(shù)器（控制字的第3位為1/0=增/減）；

工作模式3、4、5具有外部方向控制的單向加/減計(jì)數(shù)器（外部輸入點(diǎn)信號(hào)為1/0=增/減）；工作模式6、7、8具有加/減計(jì)數(shù)脈沖輸入端的雙向計(jì)數(shù)器；工作模式9、10、11為A/B相正交計(jì)數(shù)器；工作模式12為內(nèi)部計(jì)數(shù)器。

在使用高速計(jì)數(shù)器時(shí)，除了要定義它的工作模式外，還必須注意它的輸入端。高速計(jì)數(shù)器的輸入端不是任意選擇的，必須按照系統(tǒng)指定的輸入點(diǎn)和輸入信號(hào)類型選擇。高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)和工作模式如表6－19所示。

表6－19高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)分配及工作模式

高速計(jì)數(shù)器HSC0、HSC4有工作模式0、1、3、4、6、7、9、10；高速計(jì)數(shù)器HSC1、HSC2有工作模式0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11；高速計(jì)數(shù)器HSC3、HSC5有工作模式0；HSC3、HSC5有工作模式12。

特別注意的是，高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)、輸入輸出的中斷點(diǎn)都包括在一般數(shù)字量輸入點(diǎn)編號(hào)范圍內(nèi)，同一個(gè)輸入點(diǎn)只能用做一種功能，如果程序使用了高速計(jì)數(shù)器，則高速計(jì)數(shù)器的這種工作模式下指定的輸入點(diǎn)只能被高速計(jì)數(shù)器使用。只有高數(shù)計(jì)數(shù)器不用的輸入點(diǎn)才可以作為輸入輸出的中斷點(diǎn)或一般數(shù)字量輸入點(diǎn)使用。例如，HSC0在模式0下工作，I0.0作為時(shí)鐘輸入端，此時(shí)I0.0不可以再作為輸入輸出的中斷點(diǎn)或一般數(shù)字量輸入點(diǎn)使用，不使用的I0.1和I0.2可以作為它用。

4.高速計(jì)數(shù)器指令

高速計(jì)數(shù)器指令包括定義高速計(jì)數(shù)器指令HDEF和執(zhí)行高速計(jì)數(shù)指令HSC，其指令格式如表6－20所示。

表6－20高速計(jì)數(shù)器指令格式指令說明：

(1)定義高速計(jì)數(shù)器指令HDEF有兩個(gè)輸入端：

①HSC,高速計(jì)數(shù)器編號(hào)，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型，數(shù)據(jù)范圍為0~5的常數(shù)，分別對(duì)應(yīng)HC0~HC5。

②MODE，工作模式，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型，數(shù)據(jù)范圍為0~12的常數(shù)，分別對(duì)應(yīng)13種工作模式。當(dāng)準(zhǔn)許輸入使能EN有效時(shí)，為指定的高速計(jì)數(shù)器HSC定義工作模式。

（2）執(zhí)行高速計(jì)數(shù)指令HSC有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端：

N，高速計(jì)數(shù)器的編號(hào)，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型，數(shù)據(jù)范圍為0~5的常數(shù)，分別對(duì)應(yīng)高速計(jì)數(shù)器HC0~HC5，當(dāng)準(zhǔn)許輸入EN使能有效時(shí)，按照HDEF指令的工作模式執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。

5.高速計(jì)數(shù)器的使用方法

每個(gè)高速計(jì)數(shù)器的使用都有固定的特殊存儲(chǔ)器與之配合，主要包括狀態(tài)字寄存器、控制字寄存器、當(dāng)前值寄存器和設(shè)定值寄存器。

1)狀態(tài)字寄存器

系統(tǒng)為每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都在特殊寄存器區(qū)SMB提供了一個(gè)狀態(tài)字節(jié)，為了監(jiān)視高速計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)，執(zhí)行由高速計(jì)數(shù)器引用的中斷事件，其格式如表6－21所示。表6－21高速計(jì)數(shù)器的狀態(tài)字節(jié)

2)控制字寄存器

系統(tǒng)為每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都安排了一個(gè)特殊寄存器SMB作為控制字，可通過對(duì)控制字節(jié)指定位的設(shè)置，確定高速計(jì)數(shù)器的工作模式。S7－200在執(zhí)行HSC指令前，首先要檢查與每個(gè)高速計(jì)數(shù)器相關(guān)的控制字節(jié)，在控制字節(jié)中設(shè)置了啟動(dòng)輸入信號(hào)和復(fù)位輸入信號(hào)的有效電平、正交計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)倍率，計(jì)數(shù)方向采用內(nèi)部控制的有效電平、是否允許改變計(jì)數(shù)方向、是否允許更新設(shè)定值、是否允許更新當(dāng)前值，以及是否允許執(zhí)行高速計(jì)數(shù)指令。這些位于計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)只有在HDEF執(zhí)行時(shí)使用，控制字見表6－22。表6－22高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)

3)當(dāng)前值寄存器和設(shè)定值寄存器

每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)32位的當(dāng)前值寄存器HC0～HC5，同時(shí)每個(gè)高速計(jì)數(shù)器還有一個(gè)32位的更新當(dāng)前值寄存器和一個(gè)32位的更新設(shè)定值寄存器。當(dāng)前值和設(shè)定值都是有符號(hào)的整數(shù)。

為了向高速計(jì)數(shù)器裝入新的當(dāng)前值和設(shè)定值，必須先將當(dāng)前值和設(shè)定值以雙字的數(shù)據(jù)類型裝入如表6－23所列的特殊寄存器中，然后執(zhí)行HSC指令，才能將新的值傳送給高速計(jì)數(shù)器。表6－23高速計(jì)數(shù)器的更新當(dāng)前值和更新設(shè)定值

6.高速計(jì)數(shù)器的初始化

高速計(jì)數(shù)器的初始化以子程序的形式進(jìn)行，也可以通過STEP7

Micro/WIN提供的高速計(jì)數(shù)器指令向?qū)磉M(jìn)行。下面對(duì)這兩種方法分別加以介紹。

1)編寫子程序?qū)Ω咚儆?jì)數(shù)器進(jìn)行初始化

下面以HC2為例，介紹高速計(jì)數(shù)器的各個(gè)工作模式的初始化步驟。

(1)利用SM0.1來調(diào)用一個(gè)初始化子程序。

(2)在初始化子程序中，根據(jù)需要向SMB47裝入控制字。例如，SMB47=16#F8，其意義是：準(zhǔn)許寫入新的當(dāng)前值，準(zhǔn)許寫入新的設(shè)定值，計(jì)數(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù)，啟動(dòng)和復(fù)位信號(hào)為高電平有效。

(3)執(zhí)行HDEF指令，其輸入?yún)?shù)為：HSC端為2（選擇2號(hào)高速計(jì)數(shù)器），MODE端為0(對(duì)應(yīng)工作模式0，模式1，模式2)。

(4)將希望的當(dāng)前計(jì)數(shù)值裝入SMD58(裝入0可進(jìn)行計(jì)數(shù)器的清零操作)。

(5)將希望的設(shè)定值裝入SMD62。

(6)如果希望捕獲當(dāng)前值等于設(shè)定值的中斷事件，則編寫與中斷事件號(hào)16相關(guān)聯(lián)的中斷服務(wù)程序。

(7)如果希望捕獲外部復(fù)位中斷事件，則編寫與中斷事件號(hào)18相關(guān)聯(lián)的中斷服務(wù)程序。

(8)執(zhí)行ENI指令。

(9)執(zhí)行HSC指令。

(10)退出初始化子程序。

2)利用高速計(jì)數(shù)器指令向?qū)нM(jìn)行初始化

(1)在指令樹的向?qū)е羞x擇“高速計(jì)數(shù)器”，彈出指令向?qū)?duì)話框，如圖6－10所示。選擇使用的計(jì)數(shù)器和其工作模式（此處選擇HC2，模式0），設(shè)置完后點(diǎn)擊“下一步”按鈕。圖6－10

HSC指令向?qū)нx擇

(2)在彈出的對(duì)話框中，可以為高速計(jì)數(shù)器初始化創(chuàng)建一個(gè)子程序(這個(gè)子程序可以自己命名)，并為計(jì)數(shù)器添加預(yù)置值和當(dāng)前值，設(shè)置初始計(jì)數(shù)方向等，如圖6－11所示。圖6－11

HSC初始化信息對(duì)話框

(3)完成HSC初始化對(duì)話框后點(diǎn)擊“下一步”按鈕進(jìn)入中斷選項(xiàng)對(duì)話框，如圖6－12所示。方式0無復(fù)位和啟動(dòng)輸入，中斷方式采用當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值。系統(tǒng)會(huì)連接中斷編號(hào)。圖6－12中斷選項(xiàng)對(duì)話框

(4)在發(fā)生中斷后，可以重新設(shè)定當(dāng)前值和預(yù)設(shè)值，也可以更新計(jì)數(shù)方向，如圖6－13所示。圖6－13

CV=PV時(shí)參數(shù)更新對(duì)話框

(5)在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊“完成”按鈕，STEP7

Micro/WIN會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)HSC初始化子程序和中斷程序，如圖6－14所示。圖6－14完成向?qū)?duì)話框圖6－14完成向?qū)?duì)話框

從上面兩個(gè)對(duì)高速計(jì)數(shù)器初始化的方法來看，利用高速計(jì)數(shù)器指令向?qū)沓跏蓟?jì)數(shù)器更加方便快捷，不用再寫控制字和狀態(tài)字，計(jì)數(shù)器初始化指令和中斷服務(wù)程序均由系統(tǒng)自己生成。

高速計(jì)數(shù)器指令向?qū)Э梢允咕幊陶咛鰪?fù)雜的初始化，將主要精力放在解決問題上，而不是編程本身上。

7.高速計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例

【例6.7】某產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線用高速計(jì)數(shù)器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行累計(jì)和包裝，每檢測(cè)1000個(gè)產(chǎn)品時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)包裝機(jī)進(jìn)行包裝，計(jì)數(shù)方向可由外部信號(hào)控制。

設(shè)計(jì)分析：假設(shè)采用HSC0，當(dāng)前值從0開始，預(yù)設(shè)值為1000，中斷發(fā)生后自動(dòng)裝填初始值，計(jì)數(shù)方向由外部控制，沒有要求外部啟動(dòng)與復(fù)位，選擇方式3。

設(shè)計(jì)方法：采用指令向?qū)?duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化。

（1）選擇計(jì)數(shù)器和工作模式，如圖6－15所示。圖6－15選擇計(jì)數(shù)器和工作模式

(2)初始化信息配置，設(shè)定當(dāng)前值為0，預(yù)設(shè)值為1000，并創(chuàng)建子程序，如圖6－16所示。圖6－16初始化信息配置

(3)中斷配置，選擇當(dāng)前值等于預(yù)置值發(fā)生中斷，如圖6－17所示。圖6－17中斷配置(4)設(shè)置參數(shù)更新對(duì)話框，如圖6－18所示。圖6－18中斷發(fā)生后參數(shù)更新對(duì)話框

(5)完成向?qū)Ш?，系統(tǒng)自動(dòng)生成計(jì)數(shù)器初始化子程序和中斷服務(wù)程序，如圖6－19和圖6－20所示。圖6－19高速計(jì)數(shù)器初始化子程序圖6－19高速計(jì)數(shù)器初始化子程序圖6－20高速計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)程序6.4.3高速脈沖輸出

1.高速脈沖的輸出方式

S7－200提供的高速脈沖輸出有三種方式：

(1)脈寬調(diào)制(PWM)，內(nèi)置于S7－200，用于速度、位置或占空比控制。

(2)脈沖串輸出(PTO),內(nèi)置于S7－200，用于速度和位置控制。

(3)EM253位控模塊,用于速度和位置控制的附加模塊。

S7－200提供了兩個(gè)數(shù)字輸出(Q0.0和Q0.1)，該數(shù)字輸出可以通過位控向?qū)ЫM態(tài)為PWM或PTO的輸出。位控向?qū)н€可以用于組態(tài)EM253位控模塊。位控向?qū)鐖D6－21所示。圖6－21

S7－200位控向?qū)?/p>

當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為PWM操作時(shí)，輸出周期固定，脈寬或脈沖占空比通過程序進(jìn)行控制，如圖6－22(a)所示。脈沖寬度的變化在程序中可以控制速度或位置。當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為PTO操作時(shí)，生成一個(gè)50%占空比脈沖串，用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置的開環(huán)控制，內(nèi)置PTO功能僅提供了脈沖串輸出，如圖6－22(b)所示。在實(shí)際應(yīng)用中，必須通過PLC內(nèi)置I/O或擴(kuò)展模塊提供方向和限位控制。圖6－22

PWM和高速脈沖串

EM253位控模塊提供了帶有方向控制、禁止和清除輸出的單脈沖輸出。另外，專用輸入允許將模塊組態(tài)為包括自動(dòng)參考點(diǎn)搜索在內(nèi)的幾種操作模式。模塊為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置開環(huán)控制提供了統(tǒng)一的解決方案。為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序中位控功能的使用，STEP7

Micro/WIN提供的位控向?qū)Э梢栽趲追昼妰?nèi)全部完成PWM、PTO或位控模塊的組態(tài)。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶睿梢杂眠@些指令在應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。對(duì)于位控模塊，STEP7

Micro/WIN還提供了一個(gè)控制面板，可以控制、監(jiān)視和測(cè)試運(yùn)動(dòng)操作。

2.高速脈沖指令表6－24脈沖輸出指令的格式PLS指令說明：

(1)PTO和PWM都由PLS指令激活；

(2)操作數(shù)Q為字型常數(shù)0或1；

(3)PTO可以用中斷方式進(jìn)行控制，PWM只能由PLS來激活。

3.相關(guān)的特殊功能寄存器

每個(gè)高速脈沖發(fā)生器都對(duì)應(yīng)一定數(shù)量的特殊寄存器，這些寄存器包括控制字寄存器（參見表6－25~6－27）、狀態(tài)字寄存器（參見表6－28）和參數(shù)數(shù)值寄存器。表6－25

PTO/PWM的控制字寄存器表6－26

PTO/PWM的相關(guān)寄存器表6－27

PTO/PWM的控制字參考6.4.4

PWM的使用

1.周期和脈沖寬度

(1)周期單位可以是μs或ms；為16位無符號(hào)數(shù)據(jù)，周期變化范圍是10~65535μs或2~65535ms。在編程使用時(shí)如果設(shè)定周期單位小于最小值，則系統(tǒng)默認(rèn)按最小值進(jìn)行設(shè)置。

(2)脈沖寬度單位可以是μs或ms；為16位無符號(hào)數(shù)據(jù)，周期變化范圍是0~65535μs或0~65535ms。

(3)如果設(shè)定脈寬等于周期(使占空比為100%)，則輸出連續(xù)接通；如果設(shè)定脈沖寬度等于0(使占空比為0)，則輸出斷開。

2.更新方式

在S7－200系列PLC中，PWM有兩種波形特性：同步更新和異步更新。

(1)同步更新。同步更新時(shí)，波形的變化發(fā)生在周期邊緣，形成平滑轉(zhuǎn)換，在不改變時(shí)基的情況下可以采用同步更新。

(2)異步更新。如果需要改變PWM的時(shí)基，必須采用異步更新。異步更新有時(shí)會(huì)引起脈沖輸出被瞬間禁止，出現(xiàn)不平滑轉(zhuǎn)換，引發(fā)設(shè)備振動(dòng)。

一般而言，盡可能使用同步更新，在編程前事先選一個(gè)適合于所有時(shí)間周期的時(shí)間基準(zhǔn)。周期的時(shí)基和更新方式均可在控制寄存器中進(jìn)行設(shè)置，參見表6－25~6－27。

3.PWM的使用步驟

(1)確定脈沖發(fā)生器，按照控制要求選擇PWM的輸出端子Q0.0或Q0.1，并選擇工作模式為PWM。

(2)設(shè)置控制字節(jié)，根據(jù)選擇的輸出端子在控制寄存器SMB67或SMB77中進(jìn)行設(shè)置。

(3)寫入周期值和脈沖寬度值，根據(jù)選擇的輸出端子按控制要求將脈沖周期值寫入SMW68和SWM78中，將脈寬值寫入SWM70或SWM80中。

(4)執(zhí)行PLS指令，經(jīng)過以上設(shè)置后用PLS指令激活PWM，并由輸出端子Q0.0或Q0.1輸出。

以上步驟是對(duì)PWM的初始化，在PLC中一般通過初始化子程序來完成。特別指出：PWM操作沒有中斷，只能通過PLS指令控制。在STEP7

Micro/WIN中專門為PWM提供向?qū)?，可以通過向?qū)е苯由沙跏蓟绦颉?/p>

4.PWM應(yīng)用舉例

【例6.8】設(shè)計(jì)一段程序，從PLC的Q0.0輸出一段脈沖。該脈沖寬度的初始值為0.5s，周期固定為5s，其脈寬每周期遞增0.5s。當(dāng)脈寬達(dá)到設(shè)定的4.5s時(shí)，脈寬改為每周期遞減0.5s，直到脈寬為0。

問題分析：脈寬值不斷變化屬于脈沖輸出中的PWM的典型應(yīng)用。每個(gè)周期脈寬值均發(fā)生變化，采用I0.0輸入中斷，將Q0.0接到I0.0。另外，為確定脈沖的遞增和遞減，設(shè)置標(biāo)志位M0.0。PWM方式設(shè)置根據(jù)控制要求，Q0.0為PWM輸出端，不允許周期更新，允許脈寬值更新，時(shí)間基準(zhǔn)為ms級(jí)，同步更新，允許PWM輸出?？刂谱止?jié)參見表6－27，設(shè)為16#DA。梯形圖程序如圖6－23所示。圖6－23例6.8程序梯形圖(a)主程序；(b)PWM初始化子程序；(c)脈寬增加中斷程序；(d)脈寬減少中斷程序圖6－23例6.8程序梯形圖(a)主程序；(b)PWM初始化子程序；(c)脈寬增加中斷程序；(d)脈寬減少中斷程序圖6－23例6.8程序梯形圖(a)主程序；(b)PWM初始化子程序；(c)脈寬增加中斷程序；(d)脈寬減少中斷程序

PWM初始化程序可以通過STEP7

Micro/WIN中專門為PWM提供的向?qū)砩?，具體步驟如下：

(1)在指令樹菜單中找到“向?qū)А?，雙擊“PTO/PWM”選項(xiàng)，彈出端口選擇對(duì)話框，如圖6－24所示。

可以選擇PWM的輸出端口為Q0.0或Q0.1，這里選擇Q0.0。圖6－24輸出端口選擇對(duì)話框

(2)點(diǎn)擊“下一步”，彈出脈沖輸出模式對(duì)話框，可以選擇脈沖的輸出是PTO或PWM，這里選擇PWM，并選擇時(shí)基，如圖6－25所示。圖6－25輸出模式及時(shí)基選擇對(duì)話框

(3)占擊“下一步”，完成配置后點(diǎn)擊“完成”按鈕，就完成PWM向?qū)?，如圖6－26所示。圖6－26向?qū)瓿蓪?duì)話框圖6－27

PWM子程序自動(dòng)生成6.4.5

PTO的使用

1.周期和脈沖數(shù)

周期：與PWM相似，單位可以是μs或ms；為16位無符號(hào)數(shù)據(jù)，周期變化范圍是10~65535μs或2~65535ms。在編程時(shí)，如果設(shè)定周期單位小于最小值，則系統(tǒng)默認(rèn)按最小值進(jìn)行設(shè)置。

脈沖數(shù)：用雙字無符號(hào)數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295。若編程時(shí)指定脈沖數(shù)為0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖數(shù)為1個(gè)。

2.PTO種類

PTO工作方式中，可以輸出多個(gè)脈沖串，并允許脈沖串排隊(duì)形成管線，當(dāng)脈沖串輸出完之后，立即輸出新的脈沖，保證脈沖輸出的連續(xù)性。根據(jù)管線的實(shí)現(xiàn)方式，將PTO工作方式分為兩種。

1)單段管線

管線中只能存放一個(gè)脈沖串的控制參數(shù)，啟動(dòng)之后，第一個(gè)脈沖串立即輸出，在第一個(gè)脈沖串輸出的同時(shí)需要用指令立即為下一個(gè)脈沖更新特殊寄存器，并再次執(zhí)行脈沖的輸出指令。

重復(fù)這個(gè)過程就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)脈沖串的輸出。

單段管線輸出的各段脈沖可以采用不同的時(shí)基。單段管線在實(shí)現(xiàn)多個(gè)脈沖串的輸出時(shí)，編程復(fù)雜，而且參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)使脈沖串轉(zhuǎn)換時(shí)不平滑，造成設(shè)備振動(dòng)。

2)多段管線

多段管線是指在變量V存儲(chǔ)區(qū)建立一個(gè)包絡(luò)表，包絡(luò)表中存儲(chǔ)各個(gè)脈沖串的參數(shù)，在PLS指令啟動(dòng)PTO后，CPU自動(dòng)從包絡(luò)表中按順序讀出脈沖串參數(shù)。

編程時(shí)必須裝入包絡(luò)表的起始變量的地址，運(yùn)行時(shí)設(shè)置控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)，包絡(luò)表的首地址代表該包絡(luò)表。

多段管線編程非常簡(jiǎn)單，而且具有按照周期增量區(qū)和數(shù)值自動(dòng)增減周期的功能，在步進(jìn)電機(jī)的加速和減速控制時(shí)使用非常方便。

與單段管線不同，多段管線所有的脈沖串必須使用一個(gè)時(shí)基，在執(zhí)行多段管線時(shí)各段參數(shù)不能改變。

3.PTO的使用

使用PTO進(jìn)行高速脈沖串輸出時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：

(1)確定脈沖輸出端及工作模式。PTO脈沖輸出端為Q0.0或Q0.1，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

在確定PTO的工作模式是多段還是單段時(shí)，如果要求脈沖串連續(xù)輸出，則多采用多段模式。

(2)設(shè)置控制字。按控制要求將控制字寫入SMB67或SMB77的特殊寄存器中。

(3)寫入周期值、周期增量和脈沖數(shù)。如果是單段脈沖，則分別進(jìn)行設(shè)置；如果是多段脈沖，則需要建立多段脈沖的包絡(luò)表。

(4)如果是多段脈沖，則裝入包絡(luò)表的首地址。

(5)設(shè)置中斷事件開中斷。PTO與PWM不同可以使用中斷方式對(duì)事件進(jìn)行精確控制。與PTO相關(guān)的中斷號(hào)為19或20，具體參見相關(guān)中斷內(nèi)容。

(6)執(zhí)行PLS指令。以上設(shè)置完成后，可用PLS指令啟動(dòng)PTO，由Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。

與PWM相似，PTO在使用時(shí)初始化可以是主程序中的程序段，也可以專門編寫初始化程序，一般建議使用子程序進(jìn)行模塊化編程。高速脈沖在用PLS啟動(dòng)前必須執(zhí)行初始化程序段或初始化子程序。

4.PTO應(yīng)用舉例

【例6.9】對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行控制，要求：從A點(diǎn)加速到B點(diǎn)后恒速運(yùn)行，從C點(diǎn)開始減速到D點(diǎn)，完成這一過程后用指示燈顯示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受脈沖控制，A點(diǎn)和D點(diǎn)的脈沖頻率為2kHz，B點(diǎn)和C點(diǎn)的頻率為10kHz，加速過程的脈沖串為400個(gè)，恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)為4000個(gè)，減速過程脈沖數(shù)為200個(gè)，工作過程如圖6－28所示。圖6－28步進(jìn)電機(jī)工作過程

問題分析：本例要求PLC輸出一定數(shù)量的多串脈沖，應(yīng)使用PTO輸出的多段管線方式。

具體步驟如下：

(1)選用Q0.0作為脈沖串的輸出端，并確定PTO為3段脈沖管線（AB、BC、CD）。

(2)設(shè)置控制字確定PTO的工作方式。本例中最大脈沖頻率為10kHz，對(duì)應(yīng)周期為100μs，所以時(shí)基選擇為μs級(jí)，功能為允許脈沖輸出，多段脈沖串輸出，不允許更新周期值和脈沖數(shù)。根據(jù)以上控制要求，參見表6－27設(shè)置控制字為16#A0，將控制字寫入到SMB67。

(3)寫入周期值、周期增量和脈沖數(shù)。由于是3段脈沖，因此需要建立3段脈沖包絡(luò)表，并對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。包絡(luò)表是以周期為時(shí)間參數(shù)的，因此必須把頻率換算成周期，換算為周期后可以確定各段周期增量如下：

式中：TEC——該段結(jié)束周期值；

TIC——該段初始周期時(shí)間；

Q——該段脈沖數(shù)量。

包絡(luò)表一般是利用STEP7

Micro/WIN中的數(shù)據(jù)塊在V區(qū)開辟一段連續(xù)的存儲(chǔ)空間，包絡(luò)表結(jié)構(gòu)如表6－29所示。表6－29包絡(luò)表結(jié)構(gòu)

(4)將包絡(luò)表的首地址裝入SWM168中。

(5)當(dāng)高速脈沖串3段輸出完成后，調(diào)用中斷程序，則信號(hào)燈變亮(本例中Q0.2=1)。

(6)執(zhí)行PLS指令。

本例中的主程序、初始化子程序、包絡(luò)表子程序和中斷程序如圖6－29所示。圖6－29例6.9程序梯形圖(a)主程序;(b)初始化子程序;(c)中斷程序;(d)包絡(luò)表子程序圖(a)主程序圖(b)初始化子程序圖(c)中斷程序圖6－29例6.9程序梯形圖(a)主程序;(b)初始化子程序;(c)中斷程序;(d)包絡(luò)表子程序圖(d)包絡(luò)表子程序

需要特別指出的是，與高速脈沖、PWM相似，STEP7

Micro/WIN專門為PTO脈沖串配置了向?qū)?，可以通過簡(jiǎn)單設(shè)置完成子程序的生成。

(1)在STEP7

Micro/WIN指令樹向?qū)е羞x擇“PTO/PWM”選項(xiàng)，彈出端口選擇對(duì)話框，如圖6－30所示。本例選擇輸出端口為Q0.0。圖6－30端口選擇對(duì)話框

(2)點(diǎn)擊“下一步”按鈕，彈出輸出脈沖方式選擇對(duì)話框，如圖6－31所示，選擇PTO方式。圖6－31輸出脈沖方式選擇對(duì)話框

(3)點(diǎn)擊“下一步”按鈕，彈出電機(jī)速度選擇對(duì)話框，如圖6－32所示。在此對(duì)話框中可設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大速度和運(yùn)動(dòng)中的最低速度以及電機(jī)的啟動(dòng)速度。本例選擇步進(jìn)電機(jī)的最高速度為10000脈沖/s，最低速度和啟動(dòng)速度均為2000脈沖/s。圖6－32電機(jī)速度選擇對(duì)話框

(4)點(diǎn)擊“下一步”按鈕，彈出加減速和減速時(shí)間設(shè)置對(duì)話框，如圖6－33所示。經(jīng)過簡(jiǎn)單計(jì)算就可得出本例中步進(jìn)電機(jī)的加速時(shí)間為120ms，減速時(shí)間為15ms，可以看到對(duì)話框右下側(cè)會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)工作過程圖。

圖6－33加減速時(shí)間設(shè)置對(duì)話框

(5)點(diǎn)擊“下一步”按鈕，彈出運(yùn)動(dòng)包絡(luò)對(duì)話框，如圖6－34所示。如果多于3段，則需添加新包絡(luò)。添加的每個(gè)新包絡(luò)均可增添1~29的步，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行添加。本例只有三段管線，不用添加新的包絡(luò)。圖6－34運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)置對(duì)話框

(6)點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，彈出V區(qū)地址范圍選擇對(duì)話框，在對(duì)話框中可選擇包絡(luò)表的存儲(chǔ)地址，如圖6－35所示。圖6－35

V區(qū)地址范圍選擇對(duì)話框

(7)點(diǎn)擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)項(xiàng)目組件生成對(duì)話框，如圖6－36所示，可以生成包絡(luò)表數(shù)據(jù)頁(yè)和子程序。圖6－36項(xiàng)目組件生成對(duì)話框

(8)完成以上步驟后，就生成了梯形圖指令、子程序和數(shù)據(jù)塊，如圖6－37所示，可以代替本例中使用的初

始化子程序和包絡(luò)表設(shè)置子程序。圖6－37生成子程序指令樹

6.5

PID指令

在模擬控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl,DDC）系統(tǒng)中，PID控制一直都是

被廣泛應(yīng)用的一種基本控制算法。PID即比例Proportional）、積分（Integral）、微分（Differential）三作用調(diào)節(jié)器，具有結(jié)構(gòu)典型、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活（有P、PI、PD和PID結(jié)構(gòu)）、控制效果較佳、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是目前控制系統(tǒng)中一種最基本的控制環(huán)節(jié)。

由于微處理器所能接受的運(yùn)算一般都比較簡(jiǎn)單，對(duì)于復(fù)雜的運(yùn)算（如微分、積分）都要轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的加、減、乘、除四則運(yùn)算，所以在實(shí)際應(yīng)用中，需要把信息的PID控制算式轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用的PID算式。即把連續(xù)算式離散化為周期采樣偏差算式，才能用來計(jì)算輸出值。在決定系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，往往需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。由PLC構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán)控制過程的PID算法，有十分廣闊的前景。本節(jié)將以SIEMENS公司S7－200系列CPU的PID功能指令為基礎(chǔ)，介紹PID算法及實(shí)際應(yīng)用中如何對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。6.5.1

PID功能指令

1.PID算法

1）理想的PID控制算式

在如圖6－38所示的典型PID回路控制系統(tǒng)中，若PV為控制變量，SP為設(shè)定值，則調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)為e=SP－PV。理想的模擬PID控制算式為圖6－38

PID回路控制系統(tǒng)模型

在PID的三種調(diào)節(jié)作用中，微分作用主要用來減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少超調(diào)時(shí)間，用來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。積分作用主要用來消除靜差，提高精度，減少超調(diào)時(shí)間，用來改善系統(tǒng)的靜態(tài)特征。比例作用可對(duì)偏差作出及時(shí)響應(yīng)。若能將三種作用的強(qiáng)度作適當(dāng)?shù)呐浜?，可以使PID回路快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。

PID的三種作用是各自獨(dú)立、互不影響的。也就是說，改變一個(gè)參數(shù)，僅影響一種調(diào)節(jié)作用，而不影響其他的調(diào)節(jié)作用。

2）PID的離散化算式由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差進(jìn)行計(jì)算，得出控制量，因此必

須將模擬PID算式離散化。用后向差分變換方法，可將模擬PID調(diào)節(jié)器的輸出算式離散為差分方程。設(shè)采樣周期為Ts，初始時(shí)刻為0，第n次采樣的偏差為en，控制輸出為Mn，并進(jìn)行以下變換：則模擬PID調(diào)節(jié)的離散化形式為由上式可以看出，積分項(xiàng)是從第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期所有誤差項(xiàng)的函數(shù)；微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù)；比例項(xiàng)僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，不保存所有的差項(xiàng)。

由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，故只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性，可以將上式化簡(jiǎn)為其中，MX為積分項(xiàng)前值，即第n－1次采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)，也稱積分和或偏置。

3）PID的改進(jìn)型算式

CPU實(shí)際使用簡(jiǎn)化算式的改進(jìn)形式，進(jìn)行PID輸出計(jì)算，這個(gè)改進(jìn)算式是：

（3）PID的改進(jìn)型算式

CPU實(shí)際使用簡(jiǎn)化算式的改進(jìn)形式，進(jìn)行計(jì)算PID輸出，這個(gè)改進(jìn)算式是：

2）積分項(xiàng)

積分項(xiàng)值與偏差和成正比。CPU執(zhí)行的求積分項(xiàng)算式是：

分別為第

采樣時(shí)刻的積分值、采樣時(shí)間間隔、積分時(shí)間、第

次采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)（積分項(xiàng)前值，也稱積分和或偏置）。

積分項(xiàng)與偏差有關(guān)，只要偏差不為0，PID控制的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動(dòng)作緩慢，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響，很少單獨(dú)使用。從式中可以看出，積分時(shí)間

增大，積分作用減弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。3)微分項(xiàng)

微分項(xiàng)值MD與偏差的變化成正比。其計(jì)算等式為：為了避免給定值變化的微分作用而引起的跳變，假定給定值不變

。這樣，可以用過程變量的變化替代偏差的變化，計(jì)算時(shí)可改進(jìn)為：或

3.回路輸入歸一化

每個(gè)PID回路有兩個(gè)輸入量：給定值SP和過程變量PV。給定值通常是一個(gè)固定的值，過程變量與PID回路輸出有關(guān)，可以衡量輸出對(duì)控制系統(tǒng)作用的大小。給定值和過程變量都可能是現(xiàn)實(shí)世界的值，它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。

回路輸入歸一化是指PID指令在對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算以前，必須把它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。轉(zhuǎn)換時(shí)先把16位整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值，然后實(shí)數(shù)值進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化為0.0～1.0之間的實(shí)數(shù)。其步驟如下：

（1）將數(shù)值從16位整數(shù)轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)或?qū)崝?shù)。下列指令說明如何將整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)。

XORDAC0,AC0// 將AC清零

ITDAIW0,AC0// 將輸入數(shù)值轉(zhuǎn)換成雙字

DTRAC0,AC0// 將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)

（2）將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成0.0～1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。用下式：

實(shí)際數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值=實(shí)際數(shù)值的非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值或原始實(shí)數(shù)/取值范圍+偏移量取值范圍=最大可能數(shù)值–最小可能數(shù)值=32000（單極數(shù)值）或64000（雙極數(shù)值）

偏移量：對(duì)單極數(shù)值取0.0，對(duì)雙極數(shù)值取0.5單極（0～32000），雙極（–32000～32000）

如將上述AC0中的雙極數(shù)值（間距為64000）標(biāo)準(zhǔn)化：

/R64000.0,AC0

// 使累加器中的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化

+R0.5,AC0// 加偏移量0.5

MOVRAC0,VD100//將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值寫入PID回路參數(shù)表中４.

回路輸出歸一化

程序執(zhí)行后，PID回路輸出0.0～1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)數(shù)值，必須被轉(zhuǎn)換成16位成比例整數(shù)數(shù)值，才能驅(qū)動(dòng)模擬輸出。

PID回路輸出成比例實(shí)數(shù)數(shù)值=（PID回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值–偏移量）

取值范圍

程序如下：

MOVRVD108,AC0// 將PID回路輸出送入AC0

–R0.5,AC0

// 雙極數(shù)值減偏移量0.5

*R64000.0,AC0

// AC0的值*取值范圍，變?yōu)槌杀壤龑?shí)數(shù)數(shù)值

ROUNDAC0,AC0//將實(shí)數(shù)四舍五入取整，變?yōu)?2位整數(shù)

DTIAC0,AC0

// 32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)

MOVWAC0,AQW0//16位整數(shù)寫入AQW0５.

回路表與過程變量

操作數(shù)Table所指定的控制參數(shù)表的結(jié)構(gòu)見表6.1所示，此表含有9個(gè)參數(shù)，全部為32位實(shí)數(shù)格式，共占用36個(gè)字節(jié)。

表6－30

PID控制參數(shù)表

6.PID指令

PID指令：使能有效時(shí)，根據(jù)回路參數(shù)表（TBL）中的輸入測(cè)量值、控制設(shè)定值及PID參數(shù)進(jìn)行PID計(jì)算。指令格式如表6－31所示。表6－31

PID指令格式

說明：

（1）程序中可使用8條PID指令，分別編號(hào)0～7，不能重復(fù)使用。

（2）使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006（間接地址），SM1.1（溢出，參數(shù)表起始地址或指令中指定的PID回路指

令號(hào)碼操作數(shù)超出超出范圍）。

（3）PID指令不對(duì)參數(shù)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。必須保證過程變量和給定積分項(xiàng)前值和過程變量前值在0.0～1.0之間。6.5.2PID指令向?qū)У膽?yīng)用

S7-200的PID控制程序可以通過指令向?qū)ё詣?dòng)生成，其步驟如下：

（1）打開STEP7-Micro/WIN編程軟件，選擇“工具”菜單中的“指令向?qū)А?，出現(xiàn)如圖6-39所示的向?qū)нx擇界面。選擇“PID”，并點(diǎn)擊“下一步”。圖6-39

選擇PID指令向?qū)В?）指定PID指令的編號(hào)，如圖6-40所示。圖6-40

指定PID指令的編號(hào)

（3）設(shè)定PID調(diào)節(jié)的基本參數(shù)，如圖6-41所示。包括：以百分值指定給定值的下限；以百分值指定給定值的上限；比例增益

；采樣時(shí)間

（圖中為樣本時(shí)間）；積分時(shí)間

（圖中為整數(shù)時(shí)間）；微分時(shí)間

（圖中為導(dǎo)出時(shí)間）。設(shè)定完成點(diǎn)擊“下一步”。圖6-41

設(shè)定PID調(diào)節(jié)的基本參數(shù)

（4）設(shè)定輸入和輸出參數(shù)，如圖6－42所示。在輸入選項(xiàng)區(qū)輸入信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的極性，可以選擇單極性或雙極性，單極性數(shù)值在0～32000之間，雙極性數(shù)值在-32000～32000之間，可以選擇使用或不使用20%偏移；在輸出選項(xiàng)區(qū)選擇輸出信號(hào)的類型，可以選擇模擬量輸出或數(shù)字量輸出、輸出信號(hào)的極性（單極性或雙極性）、是否使用20%的偏移以及D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低限（可以輸入D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的最小值）和高限（可以輸入D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的最大值）。設(shè)定完成后，點(diǎn)擊“下一步”按鈕。圖6－42輸入和輸出參數(shù)的設(shè)定

（5）設(shè)定輸出報(bào)警參數(shù)，如圖6－43所示。選擇是否使用輸出低限報(bào)警，使用時(shí)應(yīng)指定低限報(bào)警值；選擇是否使用輸出高限報(bào)警，使用時(shí)應(yīng)指定高限報(bào)警值；選擇是否使用模擬量輸入模塊錯(cuò)誤報(bào)警，使用時(shí)指定模塊位置。圖6－43報(bào)警參數(shù)的設(shè)定

（6）設(shè)定PID的控制參數(shù)，如圖6－44所示。在變量存儲(chǔ)器V