电气工程师：西门子S7-200PLC编程PTO脉冲的产生与使用

PTO功能按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波脉冲，占空比为50％。PTO可以产生单段脉冲或通过使用脉冲包络产生多段脉冲。必须为其设定脉冲个数和周期（以微秒或毫秒为单位）：脉冲个数：1－4294967295，为32位无符号数；周期：10~65535us或2-65535ms，为16位无符号数。

在设置脉冲个数时，若将脉冲个数设为0，系统会默认为个数为1：在设置脉冲周期时，符号数如果周期小于两个时间单位，系统会默认周期为两个时间单位，例如时间单位为ms，周期设为1.3ms，系统会默认周期为2ms，另外，如果将周期值设为奇数值(如75ms)，产生的脉冲波形会失真。

PTO脉冲课分为单段脉冲串和多段脉冲串，多段脉冲串由多个单段脉冲串组成。

1、单段脉冲串的产生

要让Q0.0或Q0.1端子输出单段脉冲串，须先对相关的控制字节和参数进行设置，再执行高速脉冲输出PLS指令。

图1是一段用来产生单段脉冲串的程序。在PLC首次扫描时，SM0.1触点闭合一个扫描周期，复位指令将Q0.0输出映像寄存器(即Q0.0线圈)置0，以便将Q0.0端子用于高速脉冲输出：当I0.1轴点合时，上开沿P触点接通一个扫描周期，MOV_B、MOV_W和MOV_ DW依次执行，对高速脉冲发生器的控制字节和参数进行设置，然后执行高速脉冲输出PLS指令，让高速脉冲发生器按设置产生单段PTO脉冲串并从Q0.0端子输出。在PTO脉冲串输出期间，如果I0.2触点闭合，MOV_B、 MOV_ DW依次执行，将控制字节设为禁止脉冲输出、脉冲个数设为0，然后执行PLS指令，高速脉冲发生器马上按新的设置工作，即停止从Q0.0端子输出脉冲。单段PTO脉冲串输出完成后，状态位SM66.7会置1，表示PTO脉冲输出结束。

2、单段脉冲串的产生

多段脉冲串有两种类型：单段管道脉冲串和多段管道脉冲串

(1)单段管道脉冲串

由于控制单元参数只能对单段脉冲串产生作用，因此在输出单段管道脉冲串时，要求执行PLS指令产生首段脉冲串后，立即接第二段脉冲串要求刷新控制参数单元，并再次执行PLS串中的每个脉冲参数要相同指令，这样首段脉冲串输出完成后，会接着按新的控制参数输出第二段脉冲串。单段管道脉冲串的每个脉冲串可采用不同参数，这样易出现脉冲串之间连接不平稳，在输出多个参数不同的脉冲串时，编程也很复杂。

（2）多段管道脉冲串

多段管道脉冲串也由多个单段脉冲串组成，每个单段脉冲串的参数可以不同，单段脉冲串中的每个脉冲参数也可以不同。

①参数设置包络表

由于多段管道脉冲串的各个脉冲串允许有较复杂的变化，无法用产生单段管道脉冲串的方法来输出多段管道脉冲串，S7-200PLC采用在变量存储区建立一个包络表的方法，由该表来设置多段管道脉冲串中的各个脉冲串的参数。多段管道脉冲串的参数设置包络表见表1，从包络表中可以看出，每段脉冲串的参数占用8字节，其中2字节为16位初始周期值,2字节为16位周期增量值,4字节为32位脉冲数值，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会增加周期，输入一个负值会减少周期，输入0将不改变周期。

在多段管道模式下，系统仍使用特殊存储器区的相应控制字节和状态位，每个脉冲串的参数则从包络表的变量存储器区读出，在多段管道编程时，必须将包络表的变量存储器起始地址(即包络表中的n值)存入SMW168或SMW178中，在包络表中的所有周期值必须使用同一个时间单位，而且在运行时不能改变包络表中的内容，执行PLS指令来启动多段管道操作。

②多段管道脉冲串的应用举例。

多段管道脉冲串常用于步进电动机的控制。图2是一个步进电动机的控制包络线，包络线分3段：第1段(AB段)为加速运行，电动机的起始频率为2kHz(周期为500s)，终止频率为10kHz(周期为100us)，要求运行脉冲数目为200个：第2段(BC段)为恒速运行，电动机的起始和终止频率均为10kHz(周期为100s)，要求运行脉冲数目为3600个；第3段(CD段)为减速运行，电动机的起始频率为10kHz(周期为100us)，终止频率为2kHz(500us)，要求运行脉冲数目为200个。

根据图2步进电动机的控制包络线列出的包络表

根据包络表可编写出步进电动机的控制程序，如图3所示，该程序由主程序、SBR_0子程序和NT_0中断程序组成。

主程序

SBR_0子程序

INT_0中断程序

​在主程序中，PLC首次扫描时SM0。触点闭合一个扫描周期，先将Q0.0端子输出映像寄存器置0，以便将该端子用于高速脉冲输出，然后执行子程序调用指令转入SBR0子程序。在SBR0子程序中，网络1用于设置多段管道脉冲串的参数包络表(段数、第1段参数、第2段参数和第3段参数)，网络2先设置脉冲输出的控制字节，并将包络表起始单元地址号送入SMW168单元，然后用中断连接指令将NT0中断程序与中断事件19(PTO0脉冲串输出完成产生中断)连接起来，再用EN指令允许所有的中断，最后执行PLS指令，让高速脉冲发生器按设定的控制方式和参数(由包络表设置)工作，即从Q0.0端子输出多段管道脉冲串，去驱动步进电动机按加速、恒速和减速顺序运行。当Q00端子的多管道PTO脉冲输出完成后，马上会向系统发出中断请求，系统则执行DNT0中断程序，Q10线圈得电。

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PLC编程，STEP 7 博途编写脉冲发生器程序

方法1

可以使用STEP7（TIA Portal）的IEC定时器来通过简单的编程产生一个脉冲发生器。

图.01展示的是如何利用两个“TON”（接通延时定时器）来实现在输出端 Q0.1 输出周期性脉冲信号的。

图.01

注：图中E0.0即为I0.0，A0.1即为Q0.1，德语关系。

“接通延时定时器”指令将使得输出端 Q 延迟一段时间接通，该时间通过 PT 来定义。

下表将描述如何实现脉冲发生功能。

脉冲发生器的功能

1 输入I0.0 “Release”用于激活此脉冲发生器。

2 标志 M0.1 “Out"”初始值为“False”，因此，下面一条接通延迟定时器指令“TON”开始计时。

3 当接通延时时间到达的时候，标志 M0.0 “Trig"”将被置位并且输出 Q0.1 “Trig_Out”获得 “True”信号。

4 M0.0 的“True”信号将触发上面一条“TON”指令开始计时。

5 当第二次接通延时时间到达的时候，标志 M0.1“Out”被置位。

6 M0.1 的 “True”信号将断开下面一条 “TON”指令的计时条件并中断该定时器，同时使标志 “M0.0”被复位。输出 Q0.1 “Trig_Out”获得 “False”信号。

7 M0.0 的 “False”信号将中断上面一条“TON” 指令，并将 M0.1 复位。

8 标志 M0.1 的 “False”信号将重新触发下面一条“TON"”指令，然后整个过程再次重新开始。

图.02展示了这个脉冲发生器的时序图

图.02

优势：

1. 脉冲信号为True和False的时间可以设为变量。

2. 使用这种方式可以灵活的更改脉冲信号的占空比。

方法2

您可以通过设置时钟标志来产生一个占空比为 50% 周期性脉冲信号。

步骤 ：

1 打开您的STEP7项目，在设备视图中双击S7 CPU模块。

2 选择“Properties” ，并在页签中点击“System and clock memory”。

3 勾选“Enable the use of clock memory byte”选项并为时钟标志选定一个字节的地址；比如，“100”表示 MB100。时钟标志的每一位将被分配为不同频率的脉冲信号。

图.03

4 保存并编译硬件组态。然后下载到CPU。

5 标志M100.0将被分配为10 Hz频率的脉冲，也就是说它每0.1秒改变一次状态。图04中展现了让“IN/OUT”引脚的操作数MD110循环递增的例子。比较指令连接MOVE指令使得当操作数到达99时将被复位为 0。

图.04

优势

1. 只需更改组态设置，简单便捷。

2. 不需要用 IEC 定时器指令。

使用时钟标志说明，时钟标志的占空比是1:1。

由于时钟标志的运行周期和CPU 是异步的，在一个长扫描周期中时钟标志能变化多次，这将导致歧义。

举例：

1. 时钟标志的保持时间是100ms 。

2. 程序的扫描周期是100ms并有正负10ms的波动。

3. 如果时钟标志在几个周期后状态都为 1 ，则可能感觉在监控时有 300ms 状态没有变化。

图.05

1. 时钟标志每 100ms 发生变化

2. 扫描周期: 110ms

3. 扫描周期: 90ms

4. 在线监控时钟标志

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