第7章 PLC高速处理功能及应用.ppt

1、第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 学习内容 高速计数器指令及应用 高速输出指令及应用 位置控制模块EM253简介 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 学习目标 理解高速计数器计数方式、工作模式的意 义，控制字节、状态字节含义，掌握高速 计数器的初始化使用步骤。 理解PTO/PWM脉冲输出的作用，能够使用 PTO/PWM发生器产生需要的控制脉冲。 了解运动控制模块的功能及适用场合。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通

2、高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 S7-200系列PLC中有六个高速计数器，它们分别是 HSC0、HSC1、HSC2 、HSC3、HSC4、和HSC5。这些高速计 数器可用于处理比PLC扫描周期还要短的高速事件。当高 速计数器的当前值等于预置值、外部复位信号有效（HSC0 不支持）、计数方向改变（HSC0不支持）时将产生中断， 通过中断服务程序实现对控制目标的控制。 7.1 高速计数器指令及应用 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1 1高速计数器的计数方

3、式高速计数器的计数方式 （1）单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数 7.1.1 7.1.1 高速计数器的工作模式高速计数器的工作模式 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1 1高速计数器的计数方式高速计数器的计数方式 （2）单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 （3）两路脉冲输入的单相加/减计数 1 1高速计数器的计数方式高速计数器的计数方式 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等

4、教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 （4）两路脉冲输入的双相正交计数 1 1高速计数器的计数方式高速计数器的计数方式 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2 2高速计数器的工作模式高速计数器的工作模式 表表7-1 高速计数器的工作模式和输入端子的关系高速计数器的工作模式和输入端子的关系 高速计数器 HSC的工 作模式 功能及说明 占用的输入端子及其功能 高速计 数 器 编 号 HSC0 I0.0 I0.1 I0.2 HSC4 I0.3 I0.4 I0.5 HSC

5、1 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 HSC2 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 HSC3 I0.1 HSC5 I0.4 0 单路脉冲输入的内部方向控制加/减计 数 控制字SM37.3=0，减计数； SM37.3=1，加计数。 脉冲 输入端 1 复位端 2 复位端 起动 3 单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数 方向控制端=0，减计数； 方向控制端=1，加计数。 脉冲 输入端 方向 控制端 4 复位端 5 复位端 起动 6 两路脉冲输入的单相加/减计数 加计数有脉冲输入，加计数； 减计数端脉冲输入，减计数。 加计数脉冲 输入端 减计数脉冲 输入 端 7 复位端 8 复位端 起动 9

6、 两路脉冲输入的双相正交计数 A相脉冲超前B相脉冲，加计数； A相脉冲滞后B相脉冲，减计数。 A相脉冲输入 端 B相脉冲输 入端 10 复位端 11 复位端 起动 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 7 71 12 2 高速计数器指令高速计数器指令 1.1.指令格式及功能指令格式及功能 HDEF EN HSC MODE HSC EN N 说明： 1）高速计数器定义指令HDEF中，操作数HSC指定高速计数器号（0 5），MODE指定高速计数器的工作模式（011）。每个高速计数 器只能用一条HDEF指令； 2）

7、高速计数器指令HSC中，操作数N指定高速计数器号（05）。 当使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位 的状态及HDEF指令指定的工作模式，设置高速计 数器并控制其工作 HSCN 当使能输入有效时，为高速计数器分配一种工作模式 HSC，MODE 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2.2.高速计数器的控制字节高速计数器的控制字节 表表7 7- -3 3 高速计数器的控制字节含义高速计数器的控制字节含义 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 含 义 SM37.0 SM47.0 SM57

8、.0 SM137.0 SM147.0 SM157.0 复位信号有效电平: 0=高电平有效;1=低电平有效 SM37.1 SM47.1 SM57.1 SM137.1 SM147.1 SM157.1 启动信号有效电平: 0=高电平有效;1=低电平有效 SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM1372 SM147.2 SM157.2 正交计数器的倍率选择: 0=4倍率; 1=1倍率 SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 计数方向控制位: 0=减计数; 1=加计数 SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM1

9、57.4 向HSC写入计数方向: 0=不更新; 1=更新 SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 向HSC写入新的预置值: 0=不更新; 1=更新 SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 向HSC写入新的当前值: 0=不更新; 1=更新 SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 启用HSC: 0=关HSC; 1=开HSC 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 3.

10、3.高速计数器的当前值及预置值寄存器高速计数器的当前值及预置值寄存器 表表7 7- -4 4 高速计数器当前值和预置值寄存器高速计数器当前值和预置值寄存器 寄存器名称 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 当前值寄存器 SMD38 SMD48 SMD58 SMD138 SMD148 SMD158 预置值寄存器 SMD42 SMD52 SMD62 SMD142 SMD152 SMD162 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 4.4.高速计数器的状态字节高速计数器的状态字节 表表7-5 高

11、速计数器的状态字节高速计数器的状态字节 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 含 义 SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 未用 SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.1 SM156.1 SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.2 SM156.2 SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.3 SM156.3 SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.4 SM156.4 SM36.5 SM46.5 SM56

12、.5 SM136.5 SM146.5 SM156.5 当前计数方向状态位: 0=减计数; 1=加计数 SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.6 SM156.6 当前值等于预置值状态位:0=不等; 1=相等 SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.7 SM156.7 当前值大于预置值状态位: 0=小于或等于; 1= 大于 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 7.2 7.2 高速输出指令及应用高速输出指令及应用 7 72 21 1 高速脉冲输出方式高

13、速脉冲输出方式 高速脉冲输出有脉冲串输出PTO和脉宽调制输出 PWM两种形式。 每个CPU有两个PTO/PWM发生器，一个发生器分配 给输出端Q0.0，另一个分配给Q0.1。当Q0.0或Q0.1设 定为PTO或PWM功能时，其他操作均失效。不使用 PTO/PWM发生器时，Q0.0或Q0.1作为普通输出端子使用。 通常在启动PTO或PWM操作之前，用复位R指令将Q0.0或 Q0.1清0。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1 1脉宽调制输出（脉宽调制输出（PWMPWM） PWM功能可输出周期一定占空比可调的

14、高速脉冲 串，其时间基准可以是s或ms，周期的变化范围为 1065 535s或265 535ms，脉宽的变化范围为0 65 535s或065 535ms。 当指定的脉冲宽度大于周期值时，占空比为100%， 输出连续接通。当脉冲宽度为0时，占空比为0%，输 出断开。如果指定的周期小于两个时间单位，周期被 默认为两个时间单位。可以用以下两种办法改变PWM 波形的特性。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2 2脉冲串输出（脉冲串输出（PTOPTO） PTO功能可输出一定脉冲个数和占空比为50%的方 波脉冲。输出

15、脉冲的个数在14 294 967 295范围内可 调；输出脉冲的周期以s或ms为增量单位，变化范围 分别是1065 535s或265 535ms。 如果周期小于两个时间单位，周期被默认为两个 时间单位。如果指定的脉冲数为0，则脉冲数默认为1。 PTO功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水 线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 单段流水线是指流水线中每次只能存储一个脉冲串的控制参 数，初始PTO段一旦起动，必须按照对第二个波形的要求立即刷新特殊 存储器，并再次执行

16、PLS指令，在第一个脉冲串完成后，第二个脉冲串 输出立即开始，重复这一步骤可以实现 多个脉冲串的输出。单段流水 线中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。输出多段高速脉冲时，编程复杂。 多段流水线是指在变量存储区V建立一个包络表（包络表 Profile是一个预先定义的横坐标为位置、纵坐标为速度的曲线，是运 动的图形描述）。包络表存放每个脉冲串的参数，执行PLS指令时， S7200 PLC自动按包络表中的顺序及参数进行脉冲串输出。包络表中 每段脉冲串的参数占用8个字节，由一个16位周期值（2字节）、一个16 位周期增量值（2字节）和一个32位脉冲计数值（4字节

17、）组成。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 多段流水线的包络表 从包络表起始地址的 字节偏移 段 说 明 VBn 总段数（1255）；数值0产生非致命错误，无PTO输出 VBn+1 段1 初始周期（2至65 535个时基单位） VBn+3 每个脉冲的周期增量（符号整数：-32 768至32 767个时基单位） VBn+5 脉冲数（1至4 294 967 295） VBn+9 段2 初始周期（2至65535个时基单位） VBn+11 每个脉冲的周期增量（符号整数：-32 768至32 767个时基单位） V

18、Bn+13 脉冲数（1至4 294 967 295） VBn+17 段3 初始周期（2至65 535个时基单位） VBn+19 每个脉冲的周期增量值（符号整数：-32 768至32 767个时基单位） VBn+21 脉冲数（1至4 294 967 295） 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 3 3 PTO/PWMPTO/PWM寄存器寄存器 Q0.0和Q0.1输出端子的高速输出功能通过对PTO/PWM寄存器的不同设置来实现。PTO/PWM寄存器由SM66SM85特殊存储器组 成，它们的作用是监视和控制脉冲输

19、出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能。各寄存器的字节值和位值的意义如表7-7。 表表7-7 PTO/PWM寄存器各字节值和位值的意义寄存器各字节值和位值的意义 Q0.0 Q0.1 说 明 寄存器名 SM66.4 SM76.4 PTO包络由于增量计算错误异常终止 0：无错1：异常终止 脉冲串输出状态寄存器 SM66.5 SM76.5 PTO包络由于用户命令异常终止 0：无错；1：异常终止 SM66.6 SM76.6 PTO流水线溢出 0：无溢出；1：溢出 SM66.7 SM76.7 PTO空闲 0：运行中； 1：PTO空闲 SM67.0 SM77.0 PTO/PWM刷新周期值 0 ：不刷新； 1

20、 ：刷新 PTO/PWM输出控制寄存器 SM67.1 SM77.1 PWM刷新脉冲宽度值 0 ：不刷新； 1：刷新 SM67.2 SM77.2 PTO刷新脉冲计数值 0 ：不刷新； 1：刷新 SM67.3 SM77.3 PTO/PWM时基选择 0 ：1 s； 1：1ms SM67.4 SM77.4 PWM更新方法 0 ：异步更新； 1：同步更新 SM67.5 SM77.5 PTO操作 0 ：单段操作； 1：多段操作 SM67.6 SM77.6 PTO/PWM模式选择 0 ：选择PTO 1：选择PWM SM67.7 SM77.7 PTO/PWM允许 0：禁止； 1 ：允许 SMW68 SMW78

21、 PTO/PWM周期时间值（范围：2至 65 535） 周期值设定寄存器 SMW70 SMW80 PWM脉冲宽度值（范围：0至65 535） 脉宽值设定寄存器 SMD72 SMD82 PTO脉冲计数值（范围：1至4 294 967 295） 脉冲计数值设定寄存器 SMB166 SMB176 段号（仅用于多段PTO操作），多段流水线PTO运行中的段的编号 多段PTO操作寄存器 SMW168 SMW178 包络表起始位置，用距离V0的字节偏移量表示（仅用于多段PTO操作） 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 7

22、 72 22 2 高速脉冲输出指令高速脉冲输出指令 1 1指令格式及功能指令格式及功能 PLS EN Q0.X 说明： 1）高速脉冲串输出PTO和脉宽调制输出PWM都由PLS指令来 激活； 2）操作数X指定脉冲输出端子，0为Q0.0输出，1为Q0.1输出； 3）高速脉冲串输出PTO可采用中断方式进行控制，而脉宽调制 输出PWM只能由指令PLS来激活。 功能： 当使能端输入有效时， PLC首先检测为脉冲输出位 （X）设置的特殊存储器位，然后激活由特殊存储器 位定义的脉冲操作 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术

23、 2 2PTO/PWMPTO/PWM指令编程举例指令编程举例 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 图7-12 PWM脉宽调制输出时序图 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2 2PTO/PWMPTO/PWM指令编程举例指令编程举例 图7-14 PTO脉冲串输出主程序 /I0.0上升沿，复位输出 /调用PTO设置子程序 /I0.1上升沿，禁止所有中 断，停止脉冲串输出 通过I0.0上升沿调用子程序0设置PTO操作，通过脉

24、冲串输出完成中断程序0来改变脉冲周期，通过I0.1上升 沿禁止中断完成脉冲串输出的停址。PTO输出的结果如图 7-13所示。对应的梯形图主程序如图7-14所示、子程序0 如图7-15所示、中断程序0如图7-16所示。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 图7-15 PTO脉冲输出初始化子程序 /设置PTO0控制字 /设置周期时间为500ms /设置脉冲数为6 /定义中断程序0处理PTO0中 断事件 /全局中断允许 /激活PTO0操作，PLS0由Q0.0 输出 2 2PTO/PWMPTO/PWM指令编程举例指

25、令编程举例 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2 2PTO/PWMPTO/PWM指令编程举例指令编程举例 图7-16 改变PTO输出脉冲周期的中断程序 /若当前周期为500ms /则设置周期为1000ms /激活PTO0，输出1000ms周期的脉冲 /中断返回 /若当前周期为1000ms /则设置周期为500ms /激活PTO0，输出500ms周期的脉冲 /中断返回 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 7 73 3 位

26、置控制模块位置控制模块EM253EM253简介简介 EM253位控模块是为S7-200系列PLC 配置的特殊功能模块，它能够产生系列脉冲 串用于步进电机和伺服电机速度和位置的开 环控制。 S7-200在输入出的过程映像区中（Q区） 保留8位作为位置控制模块的接口。S7-200 的应用程序将使用这些位来控制位置控制模 块的操作。这8个输出位与位置控制模块上 的物理输出没有关系。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1 1位置控制模块位置控制模块EM253EM253的功能的功能 1）位置控制模块EM253每秒钟

27、产生的脉冲可在20200 000个范围内变化，因此可方便地实现对步进电机的速 度控制； 2）通过组态和编程设置，可容易地实现S曲线或线性加 速、减速控制以及啮合间隙补偿功能； 3）可以使用工程单位（如英寸或厘米），也可以使用脉 冲数来设置系统参数； 4）能够支持绝对、相对和手动的位置控制方式； 5）能够提供提供25个包络，每个最多四种速度，实现各 种连续操作。 6）能够提供4种不同的参考点寻找模式，每种模式都可 以对起始的寻找方向和最终的接近方向进行选择。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 2 2位置控制

28、模块的编程位置控制模块的编程 STEP 7-Micro/WIN为位置控制模块的组态和编程提供了位置控制向导， 可以生成组态/包络表和位置控制指令。STEP 7-Micro/WIN提供的 EM253控制面板，用来测试位置控制模块的输入/输出接线、组态以 及运动包络的执行。 STEP 7-Micro/WIN软件中的位控向导可指导用户利用位控指令自动生成 位置控制指令。向导中涉及到的位控指令主要有POSx_CTRL， _GOTO，_RUN，_RSEEK，_LDPOS。 POSx_CTRL指令用于使能位置控制模块，用SM0.0作为EN输入，以确 保这条指令在每个循环周期中都得到执行。 POSx_GOT

29、O或POSx_RUN指令可使电机移动到指定位置，POSx_ GOTO指令使电机运动到在程序中输入指定的位置；POSx_RUN指 令则使电机按照在位置控制向导中所组态的路线运动。 POSx_RSEEK或POSx_LDPOS指令用于建立零位置，以提供绝对坐标 运动时的基准。 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 3 3位控模块的接线位控模块的接线 EM253位 置控制模块 提供一定数 量的输入输 出端子，图 7-17所示为 EM253位 置控制模块 与步进电动 机驱动设备 相连接的示 意图。各输 入输出端子 的含

30、义如表 7-9所示。 +24V 24V_RTN GND GATE_N ENABLE_N 使能 GND GND T1 +5 VDC 1M STOP 2M RPS 3M ZP LMT- 1K 5.6K LMT+ 4M L+ M 24V_RTN P/S +24V P0 3.3K P1 3.3K DIS 3.3K CLR 3.3K PULSE_N PULSE P0- P0+ DIR_N DIR P1- P1+ EM253运动模块 FM步速驱动 图7-17 EM253运动控制模块与步进电动 机的连接 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教

31、材 PLC应用技术 3 3位控模块的接线位控模块的接线 EM253位置控 制模块提供一定数 量的输入输出端子， 图7-17所示为 EM253位置控制模 块与步进电动机驱 动设备相连接的示 意图。各输入输出 端子的含义如表7- 9所示。 表7-7 EM253位控模块输入输出端子含义 信 号 描 述 STP STP输入可让模块停止脉冲输出，在位控向导中可选择 所需要的STP操作 RPS RPS（参考点切换）输入可为绝对运动操作建立参考点 或零点位置 ZP ZP（零脉冲）输入可帮助建立参考点或零点位置，通常 电机驱动器/放大器每周产生一个ZP脉冲 LMT+ LMT- LMT+和LMT-是运动位置的最

32、大限制，位控向导中可以 组态LMT+和LMT-输入 P0 P1 P0+,P0- P1+,P1- P0和P1是漏型晶体管输出，用以控制电机的运动和方向， P0+,P0-以及P1+,P1-是差分脉冲输出，与P0和P1的 功能一样，但所提供的信号更好。漏型输出和差分 输出同时有效，可以根据电机驱动器/放大器的接 口要求来选择使用哪种输出 DIS DIS是一个漏型输出，用来禁止或使能电机驱动器/放大 器 CLR CLR是一个漏型输出，用来清除伺服脉冲计数器 第7章 PLC高速处理功能及应用 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 本章小结本章小结 S7

33、-200系列PLC有六个高速计数器HSC0、HSC1、HSC2 、HSC3、HSC4、和HSC5。 可以处理比PLC扫描周期更短的高速事件，通过中断服务程序实现对控制目标的 控制。 1.高速计数器有单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数、单路脉冲输入的 外部方向控制加/减计数、两路脉冲输入的单相加/减计数、两路脉冲输入的双 相正交计数四种计数方式。高速计数器依据计数脉冲、复位脉冲、起动脉冲端 子的不同接法可组成12种工作模式，不同的高速计数器有多种功能不相同的工 作模式。 2.高速计数器的指令有高速计数器定义指令HDEF，指定高速计数器号和计数 器的工作模式；高速计数器指令HSC，使能有效，启动

34、高速计数器工作。 3.高速计数器的控制字节用于设置计数器的计数允许、计数方向等。 4.高速脉冲输出有脉冲串输出PTO和脉宽调制输入PWM两种形式。高速脉冲输 出功能在PLC的Q0.0或Q0.1输出端产生高速脉冲，每个CPU有两个PTO/PWM发生器， 一个发生器分配给输出端Q0.0，另一个分配给Q0.1。 5.PWM可输出周期一定占空比可调的高速脉冲串，PTO功能可输出一定脉冲个 数和占空比为50%的方波脉冲，高速输出功能通过对PTO/PWM寄存器的不同设置 来实现，由PLS指令来激活PTO和PWM。 6.EM253位控模块是为S7-200系列PLC配置的特殊功能模块，它能够产生系列 脉冲串用于步进电机和伺服电机速度和位置的开环控制。