PLC高速脈沖輸出PTO

1、高速脈沖輸出指令（PTO）PTO是什么？高速脈沖串輸出PTO（Pulse Train Output）內(nèi)置于西門子s7-200可編程控制器或s7-1200可編程控制器中，是其三種開(kāi)環(huán)控制方式之一，用于速度和位置控制。注：西門子s7-200的三種開(kāi)環(huán)控制方式為：1.脈寬調(diào)制（PWM）:用于速度,位置或占空比控制。2.脈沖串輸出（PTO）：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。PTO的功能是什么？高速脈沖串輸出PTO的功能為：輸出指定數(shù)目，占空比為50%的方波脈沖串。PTO的特點(diǎn)特點(diǎn)：高速脈沖串輸出（PTO）方式下：只能改變脈沖的周期值和脈沖數(shù)。1.周期值輸出脈沖

2、的周期以s或ms為增量單位，變化范圍分別是1065 535s或265 535ms。2.脈沖數(shù)輸出脈沖的個(gè)數(shù)在1-4 294 967 295范圍內(nèi)可調(diào)。3.注意事項(xiàng)周期設(shè)置時(shí)，設(shè)置值應(yīng)為偶數(shù)，若設(shè)為奇數(shù)會(huì)引起輸出波形占空比的輕微失真。周期設(shè)置值應(yīng)大于2，若設(shè)置值小于2，系統(tǒng)將默認(rèn)為2。周期值與脈沖值范圍出現(xiàn)的原因每個(gè)PTO/PWM發(fā)生器都有一組配套參數(shù)：1.一個(gè)控制字節(jié)（8位）2.一個(gè)狀態(tài)字節(jié)（8位）3.一個(gè)周期值（不帶符號(hào)的16位值）4.一個(gè)脈寬值（不帶符號(hào)的16位值）5.一個(gè)脈沖計(jì)值（不帶符號(hào)的32位值）對(duì)于多段的PTO，還有1.一個(gè)段字節(jié)（8位）2.一個(gè)包絡(luò)表起始地址（16位）為定義和監(jiān)控

3、高速脈沖輸出，這些值全部存儲(chǔ)在特殊內(nèi)存（SM）區(qū)域的指定位置。一旦設(shè)置這些特殊內(nèi)存位的位置，選擇所需的操作后，執(zhí)行脈沖輸出指令PLS即啟動(dòng)操作。該指令會(huì)從特殊存儲(chǔ)器SM中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲(chǔ)值控制PTO/PWM發(fā)生器。高速脈沖輸出端口1.每個(gè)CPU有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器：一個(gè)發(fā)生器分配給輸出端Q0.0，另一個(gè)分配給Q0.1。2.高速脈沖輸出優(yōu)先級(jí)當(dāng)Q0.0或Q0.1設(shè)定為PTO或PWM功能時(shí)，其他操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時(shí)，Q0.0或Q0.1作為普通輸出端子使用。3.使用注意事項(xiàng)輸出印象寄存器Q的狀態(tài)會(huì)影響PTO/PWM的起始電平，通常在啟動(dòng)PTO或PWM操作之前，用復(fù)

4、位R指令將Q0.0或Q0.1清0。SM特殊功能寄存器表1 高速脈沖輸出的特殊寄存器分配 8狀態(tài)字節(jié)每個(gè)高速脈沖輸出都有一個(gè)狀態(tài)字節(jié)，監(jiān)控程序運(yùn)行時(shí)某些操作的相應(yīng)狀態(tài)并根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)使相應(yīng)位置位?？梢酝ㄟ^(guò)編程來(lái)讀取相關(guān)位狀態(tài)。表2是具體狀態(tài)字節(jié)功能。 表2 高速脈沖輸出狀態(tài)字節(jié)功能增量計(jì)算錯(cuò)誤0（無(wú)錯(cuò)誤）1（終止）用戶命令終止0（無(wú)錯(cuò)誤）1（終止）管線上溢/下溢0（無(wú)溢出）1（溢出）空閑0（執(zhí)行中）1（空閑）SM66SM76控制字節(jié) 通過(guò)對(duì)控制字節(jié)的設(shè)置，可以控制高速脈沖輸出的性質(zhì)，如：時(shí)間基準(zhǔn)、具體周期、輸出模式(PTO/PWM)、更新方式等，是編程時(shí)初始化操作中必須完成的內(nèi)容。圖1 控制字節(jié)中

5、各控制位的功能PLS指令 PLS指令的梯形圖及指令表格式見(jiàn)表3。 表3 PLS指令的基本格式PLS注意事項(xiàng) 1.指令功能 PLS 脈沖輸出指令，在EN端口執(zhí)行條件存在(出現(xiàn)一個(gè)上升沿)時(shí)，檢測(cè)脈沖輸出特殊存儲(chǔ)器（SM）的狀態(tài)，然后激活所定義的脈沖操作（執(zhí)行PLS指令），從Q端口指定的數(shù)字輸出端口輸出高速脈沖。 PLS指令還可以在Q0.0和Q0.1兩個(gè)端口輸出可控的PWM脈沖和PTO高速脈沖串波形。 2.注意事項(xiàng)由于只有兩個(gè)高速脈沖輸出端口，所以PLS指令在一個(gè)程序中最多使用兩次。 3.說(shuō)明1）高速脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM都由PLS指令來(lái)激活；2）操作數(shù)X指定脈沖輸出端子，0為Q0.

6、0輸出，1為Q0.1輸出；3）高速脈沖串輸出PTO可采用中斷方式進(jìn)行控制，而脈寬調(diào)制輸出PWM只能由指令PLS來(lái)激活高速脈沖串輸出中斷及適用機(jī)型 在PTO方式下：當(dāng)輸出完指定數(shù)量的脈沖后，產(chǎn)生高速脈沖段輸出中斷。1. PTO/PWM 0 的中斷事件號(hào)是192. PTO/PWM 1 的中斷事件號(hào)是20 3.注意高速脈沖串輸出時(shí)，CPU自動(dòng)將PTO空閑位SM66.7（或SM76.7）置1（空閑）。高速脈沖輸出適用機(jī)型 輸出高頻脈沖信號(hào)時(shí)，應(yīng)選用晶體管輸出型 PLC（只適用于直流負(fù)載）。PTO的種類在PTO方式下，要輸出多段脈沖串時(shí)，允許脈沖串排隊(duì)。PTO輸出多段脈沖的方式有兩種：1.單段PTO：定

7、義一個(gè)脈沖串，輸出一個(gè)脈沖串 (特性參數(shù)通過(guò)特殊寄存器分別定義) 。2.多段PTO：集中定義多個(gè)脈沖串，按順序輸出多個(gè)脈沖串(特性參數(shù)通過(guò)包絡(luò)表集中定義) 。 單段PTO 1. 單段管線簡(jiǎn)述 用指定的特殊標(biāo)志寄存器定義脈沖串特性參數(shù)（每次定義一個(gè)脈沖串）。一個(gè)脈沖串輸出完成后，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中再為下一個(gè)脈沖串更新參數(shù)，輸出下一個(gè)脈沖串。2.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 各脈沖段可以采用不同的時(shí)間基準(zhǔn)。缺點(diǎn)：?jiǎn)味蜳TO輸出多段高速脈沖串時(shí)，編程復(fù)雜，且參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)造成脈沖串之間的不平滑轉(zhuǎn)換。 3.注意事項(xiàng)在管線滿時(shí)，若要再裝入一個(gè)脈沖串的控制參數(shù)，則狀態(tài)位SM66.6或SM76.6會(huì)置位，表示PTO

8、管線溢出。 單段管線編程較復(fù)雜，主要要注意新脈沖串控制參數(shù)的寫入時(shí)機(jī)。單段PTO編程方法及步驟 A. 初始化操作(以PTO/PWM 0為例)： 1. 將 PTO 的輸出點(diǎn) Q0.0 復(fù)位; 2. 調(diào)用PTO脈沖串輸出初始化操作子程序。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)在后續(xù)的掃描過(guò)程中不再調(diào)用這個(gè)子程序，從而減少了掃描時(shí)間，且程序更為結(jié)構(gòu)化。完成下列任務(wù)： a. 設(shè)置控制字節(jié)SMB67 ,按照控制要求按位填寫：如使SMB67=16#85。 SMB67=16#85 允許PTO選擇PTO單段PTO時(shí)基us可以 更新脈沖數(shù)和周期值PWM不更新脈沖PWM更新方式b.單段操作中向SMW68中寫入希望的周期值;c.向SM

9、D72中寫入希望的脈沖數(shù)；d. 建立中斷連接：用ATCH指令建立脈沖輸出完成中斷事件與中斷程序的聯(lián)系。當(dāng) PLS指令輸出完本脈沖串時(shí)，產(chǎn)生中斷。e. 用ENI全局開(kāi)放中斷；B. 有啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，執(zhí)行高速脈沖輸出指令PLS，輸出單段脈沖。C.一旦啟動(dòng)了一個(gè)脈沖串輸出，就要立即為下一個(gè)脈沖串設(shè)置控制參數(shù)，并再次執(zhí)行PLS指令。第一個(gè)脈沖串輸出完畢后，第二個(gè)脈沖串自動(dòng)開(kāi)始輸出。重復(fù)以上過(guò)程就可輸出多個(gè)脈沖串。D. 有停止信號(hào)時(shí)，停止高速脈沖串輸出。多段PTO多段PTO：集中定義多個(gè)脈沖串，并把各段脈沖串的特性參數(shù)按照規(guī)定的格式寫入變量存儲(chǔ)區(qū)用戶指定的緩沖區(qū)中-稱為包絡(luò)表包絡(luò)表說(shuō)明：1.包絡(luò)表由包絡(luò)段數(shù)

10、和各段構(gòu)成。2.第一個(gè)字節(jié)為需要輸出的脈沖串總段數(shù)，范圍：1255 。3. 定義一段脈沖串的特性參數(shù)需要8個(gè)字節(jié) 2個(gè)字節(jié)存放脈沖串的起始周期值 2個(gè)字節(jié)定義脈沖串的周期增量 4個(gè)字節(jié)存放該段脈沖串的脈沖數(shù) 4.包絡(luò)表中的周期單位可以為 ms 或 s，但表中所有周期單位必須一致。5. 周期增量的計(jì)算公式：6.多段PTO操作時(shí)，需把包絡(luò)表的起始地址裝入標(biāo)志寄存器 SMW168（或SMW178）中。 PTO指令執(zhí)行時(shí)，當(dāng)前輸出段的段號(hào)由系統(tǒng)填入 SMB166 或 SMB176 中。 7.多段PTO的優(yōu)點(diǎn)： 編程簡(jiǎn)單，且在同一段脈沖串中其周期可以均勻改變。例如：第1段中的初始周期為500 ，脈沖數(shù)為

11、400個(gè)；而第2段的初始周期為 100，為保證平滑過(guò)渡，第1段的結(jié)束周期設(shè)為與第2段初始周期相同，則脈沖的周期增量為: 表4 包絡(luò)表格式有符號(hào)數(shù)16位 多段 PTO 編程方法及步驟 A. 初始化操作(以PTO/PWM 0為例)： 1. 將 PTO 的輸出點(diǎn) Q0.0 復(fù)位; 2. 調(diào)用初始化子程序SBR-0，完成下列任務(wù)： a. 設(shè)置控制字節(jié)SMB67 ,按照控制要求按位填寫：如使SMB67=16#A0。 多段PTO下全為0PWM更新方式 b. 將包絡(luò)表的起始地址寫入 SMW168； c. 填寫包絡(luò)表中各段脈沖串的特性參數(shù)； d. 建立中斷連接：用ATCH指令建立脈沖輸出完成中斷事件與中斷程序

12、的聯(lián)系。當(dāng) PLS指令輸出完指定數(shù)量的脈沖串時(shí)，產(chǎn)生中斷。 e. 用ENI全局開(kāi)放中斷；B. 有啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，執(zhí)行高速脈沖輸出指令PLS，按順序輸出多段脈沖串。C. 有停止信號(hào)時(shí)，停止高速脈沖串輸出。停止PTO輸出的方法 PLS指令一經(jīng)激發(fā)，就能完成指定脈沖串的輸出，故要停止PTO輸出，必須先在控制字節(jié)中禁止PTO輸出，且執(zhí)行PLS指令。SMB67停止按鈕禁止PTO輸出應(yīng)用舉例例題1：已知步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)頻率為2 kHz（A點(diǎn)），經(jīng)過(guò)400個(gè)脈沖加速后頻率上升到10 kHz（B點(diǎn)和C點(diǎn)），恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)為4000個(gè)，減速過(guò)程脈沖數(shù)為200個(gè)，頻率降為2 kHz（D點(diǎn)），其頻率特性如圖所示。 解：

13、1. 確定脈沖發(fā)生器及工作模式要求PLC輸出三段串脈沖。故采用多段PTO輸出方式。選擇輸出端為 Q0.0。 2.填寫控制字節(jié)SMB67：使SMB67=16#A0 。 3.將包絡(luò)表首地址裝入SMW168中。 4.填寫包絡(luò)表。 參數(shù)轉(zhuǎn)換： 起始頻率：2 kHz ，起始周期值：500s， 運(yùn)行頻率為10 kHz，運(yùn)行周期值：100s。 輸出3段脈沖串，時(shí)基取s，定義三段脈沖串特性參數(shù)的包絡(luò)表為： 段數(shù)起始周期值周期增量脈沖個(gè)數(shù)5.中斷連接：高速脈沖輸出完成時(shí)，產(chǎn)生中斷事件19，用ATCH指令將與中斷事件與中斷服務(wù)程序INT0連接起來(lái)，并全局開(kāi)中斷（ENI）。 6. 執(zhí)行PLS指令。7.本控制程序的結(jié)

14、構(gòu)： 主程序 初始化子程序 中斷服務(wù)程序 采用多段PTO，脈沖串連續(xù)輸出期間，按啟動(dòng)按鈕I0.0不起作用，不會(huì)出現(xiàn)脈沖串重復(fù)排隊(duì)輸出的現(xiàn)象，脈沖串能夠按照規(guī)定的順序輸出完后，停止輸出。例2.如圖 2所示為使用多段管線 PTO 方式控制直流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確定位的控制系統(tǒng)?？刂浦凶裱瓐D3中所畫運(yùn)行軌跡，并可以實(shí)現(xiàn)任意時(shí)刻停止直流伺服電動(dòng)機(jī)?？刂瞥绦蛉鐖D4所示。圖 2 圖3 直流伺服電動(dòng)機(jī)精確定位控制系統(tǒng)示意圖圖4 I/O分配見(jiàn)表分配見(jiàn)表5 表表5直流伺服電動(dòng)機(jī)精確定位控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)精確定位控制系統(tǒng)I/O分配表分配表 (1) 在初始化子程序在初始化子程序INIT中，將高速脈沖輸出設(shè)置為中，將高速脈沖輸出設(shè)置為PTO模式、多模式、多段管線、段管線、s模式，并允許脈沖輸出。同時(shí)設(shè)置模式，