S7

追Ri 2016-09-25

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在S7- 200系列PLC中。只有晶体管输出类型的CPU的两个输出点Q0.0和Q0.1可作为PTO/PWM输出使用。PTO可以输出一串脉冲（占空比50%），用户可以控制脉冲的周期和个数。PWM可以输出连续的、占空比可调的脉冲串，用户可以控制脉冲的周期和脉宽。

PTO/PWM发生器与过程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。当在Q0.0或Q0.1上激活PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器对输出拥有控制权，同时普通输出点功能被禁止。输出波形不受过程映像区状态、输出点强制值或者立即输出指令执行的影响。当不使用PTO/PWM发生器功能时，对输出点的控制权交回到过程映像寄存器。

1．高速脉冲输出指令形式

高速脉冲输出指令的梯形图指令盒形式如图4-55所示，指令格式为：PLS Q0.X

图4-55 高速脉冲输出指令的梯形图指令盒形式

当EN端有效时，指令检测各相关特殊功能寄存器的状态，根据定义的控制字节执行高速脉冲输出操作。

脉冲输出指令(PLS)用于在高速输出（Q0.0和Q0.1）上控制脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)功能。

S7-200 PLC有两个PTO/PWM发生器，它们可以产生一个高速脉冲串或者一个脉宽调制波形。

2．与高速脉冲输出指令有关的特殊功能寄存器

在S7-200系列PLC中，每路PTO/PWM发生器都对应一定数量的特殊功能寄存器，这些寄存器包括控制字节寄存器、状态字节寄存器和参数数值寄存器，用以控制高速脉冲的输出形式及反映输出状态和参数，各寄存器分配如表4-16所示。

表4-16 相关寄存器表

(1)状态字节。每个高速脉冲输出都有一个状态字节，程序运行时根据运行状况自动使某些位置位，可以通过程序来读相关位的状态，用以作为判断条件实现相应的操作。状态字节中各状态位的功能如表4-17所示。

表4-17 状态字节表

(2)控制字节。每个高速脉冲输出都对应一个控制字节，通过对控制字节中指定位的编程，可以根据操作要求设置字节中各控制位，如脉冲输出允许、PTO/PWM模式选择、单段／多段选择、更新方式、时间基准、允许更新等。控制字节中各控制位的功能如表4-18所示。

3．高速脉冲串输出PTO

(1)周期和脉冲数。

1)周期：单位可以是微秒（μs）或毫秒(ms)；为16位无符号数据，周期变化范围是50～65535μs或2～65535ms，通常应设定周期值为偶数，若设置为奇数，则会引起输出波形占空比的轻微失真。如果编程时设定周期单位小于2，系统默认按2进行设置。

2)脉冲数：用双字长无符号数表示，脉冲数取值范围在1～4294967295之间。如果编程时指定脉冲数为0，则系统默认脉冲数为1个。

表4-18 控制字节中各控制位的功能

(2) PTO的种类。PTO方式中，如果要输出多个脉冲串，允许脉冲串进行排队，形成管线，当前输出的脉冲串完成之后，立即输出新脉冲串，这保证了脉冲串顺序输出的连续性。

1)单段管线：在单段管线模式，需要为下一个脉冲串更新特殊寄存器。一旦启动了起始PTO段，就必须按照第二个波形的要求改变特殊寄存器．并再次执行PLS指令。第二个脉冲串的属性在管线中一直保持到第一个脉冲串发送完成。在管线中一次只能存储一段脉冲串的属性。当第一个脉冲串发送完成时，接着输出第二个波形，此时管线可以用于下一个新的脉冲串。

单段管线的各段脉冲串可以采用不同的时间基准，但有可能造成脉冲串之间的不平稳过渡。输出多个高速脉冲串时，编程复杂，所以一般选用多段管线模式。

2)多段管线：在多段管线模式，CPU自动从V存储器区的包络表中读出每个脉冲串的特性。在该模式下，仅使用特殊存储器区的控制字节和状态字节。选择多段操作，必须装入包络表在V存储器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。时间基准可以选择微秒或者毫秒，但是，在包络表中的所有周期值必须使用同一个时间基准，而且在包络正在运行时不能改变。执行PLS指令来启动多段操作。

包络表由包络段数和各段构成。每段记录的长度为8个字节，由16位周期值、16位周期增量值和32位脉冲计数值组成。以包络3段的包络表为例，包络表的结构如表4-19所示。

可以通过编程的方式使脉冲的周期自动增减。在周期增量处输入一个正值将增加周期；输入一个负值将减少周期；输入0将不改变周期。

当PTO包络执行时，当前启动的段的编号保存在SMB166（或SMB176）。

(3)中断事件类型。高速脉冲串输出可以采用中断方式进行控制，各种型号的PLC可用的高速脉冲串输出的中断事件有两个，如表4-20所示。

表4-19 包络表格式

表4-20 中断操作

(4) PTO的使用。使用高速脉冲串输出时，要按以下步骤进行：确定脉冲发生器及工作模式，设置控制字节，写入周期值、周期增量值和脉冲数，装入包络的首地址，设置中断事件并全局开中断，执行PLS指令。

4．宽度可调脉冲输出PWM

PWM产生一个占空比变化周期固定的脉冲输出，可以以微秒或者毫秒为单位指定其周期和脉冲宽度。

(1)周期和脉冲宽度。

1)周期：10～65535μs或者2～65535ms。

2)脉宽：0～65535μs或者0～65535ms。

(2)更新方式。

1)同步更新：如果不需要改变时间基准，就可以进行同步更新。利用同步更新，波形特性的变化发生在周期边沿，提供平滑转换。

2)异步更新：PWM的典型操作是当周期时间保持常数时变化脉冲宽度，所以，不需要改变时间基准。但是，如果需要改变PTO/PWM发生器的时间基准，就要使用异步更新。异步更新会造成PTO/PWM功能被瞬时禁止，与PWM波形不同步。这会引起被控设备的振动。由于这个原因，建议采用PWM同步更新。选择一个适合于所有周期时间的时间基准。

控制字节中的PWM更新方式位（SM67.4或SM77.4）用于指定更新方式。当PLS指令执行时变化生效。

如果改变了时间基准，会产生一个异步更新，而与PWM更新方式位的状态无关。

PTO/PWM发生器的多段管线功能在许多应用中非常有用，尤其在步进电动机控制中。步进电动机在启动和停止时有一个加速及减速过程，且加速度越小则冲击越小，动作越平稳。所以，步进电动机工作时一般要经历这样一个变化过程：加速一恒速（高速）一减速一恒速（低速）一停止。步进电动机转速与脉冲频率成正比，所以输入步进电动机的脉冲频率也要经过一个类似变化过程。结合下面的例子来进一步分析和说明。

【例4-22】某步进电动机转动过程中，要从A点加速到B点后恒速运行，又从C点开始减速到D点，完成这一过程时用指示灯显示。电动机的转动受脉冲控制，A点和D点的脉冲频率为2kHz，B点和C点的频率为10kHz，加速过程的脉冲数为400个，恒速转动的脉冲数为4000个，减速过程脉冲数为200个。

工作过程如图4-56所示。
步进电动机工作过程