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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西门子脉冲方式PTO和PMW有什么区别？如何使用，看完你就是高手了

序: PTO和PMW的在应用上的区别为:

PTO为脉冲控制模式，而PWM为模拟量控制模式。

当设备对位置有精确要求时选用PTO，而当设备对转速和力矩有精确要求时选用PWM。

根据设备的需要选择伺服设备的类型，再选择用哪种控制方式。

PWM是通过高速计数器将输入信号模拟为恒定的电压输出，通过控制电压的变化来控制电机转速的变化。

一 西门子PLC高速脉冲输出的几个概念

1 高速脉冲输出的形式

A 高速脉冲串输出 PTO : ( Pulse Train Output )

输出指定数量，占空比为50% 的方波脉冲串。

B 宽度可调脉冲输出 PWM : ( Pulse Width Modulation )

输出数量不限，占空比可调的脉冲串信号。

2 高速脉冲输出端子

西门子S7-200CPU可以提供 2 个高速脉冲发生器

● PTO/PWM 发生器0 的输出端子是 Q0.0

● PTO/PWM 发生器1 的输出端子是 Q0.1

3 高速脉冲输出优先权

有PTO/PWM 输出时，CPU 把输出端子Q0.0、Q0.1 控制权交给 PTO/PWM 发生器，禁止普通逻辑输出。

输出映像寄存器 Q 的状态会影响PTO/PWM波形的起始电平, 高速脉冲输出前要先把Q0.0、 Q0.1的状态清零。

4 高速脉冲输出适用机型

输出高频脉冲信号时，应选用晶体管输出型 PLC。

二 高速脉冲输出指令及特殊寄存器

1 高速脉冲输出指令( Pulse )

指令功能：EN 有一个上升沿时，激活PLS，控制PLC从 Q0.0 或 Q0.1 输出高速脉冲。

PLS指令可以输出:

※ 高速脉冲串 PTO

※ 宽度可调的脉冲信号 PWM

数据类型：

※ 操作数Q0.X：X必须是常数 0 或 1。

※ EN:只接通一个扫描周期的短信号。

2 特殊寄存器

每个 PTO/PWM 都有一组配套参数：

● 1个 8位的控制字节

● 1个 8位的状态字节

● 1个 16位的周期值

● 1个 16位的脉宽值

● 1个 32位的脉冲数量

对于多段 PTO，还有

● 1个 8位的段字节

● 1个 16位包络表起始地址

这些参数存放在系统指定的特殊标志寄存器中

状态字节

PTO 方式下运行时，系统根据运行状态使相应位置位。

控制字节

通过设置字节中各控制位，来定义高速脉冲输出的特性.

控制字节中各控制位的功能

三 高速脉冲串输出PTO

特点:高速脉冲串输出(PTO)方式下，只能改变脉冲的周期值和脉冲数。

1 周期和脉冲数

●周期：单位：μs或ms。周期值为16位无符号整数。变化范围：50～65535 μs或 2～65535 ms。

脉冲数：是一个32位的无符号整数，取值范围：1～4294967295。

2 高速脉冲串输出中断

PTO 方式下，当输出完指定数量的脉冲后，产生高速脉冲串输出中断。

● PTO/PWM 0 的中断事件号是19

● PTO/PWM 1 的中断事件号是20

高速脉冲串输出时，CPU自动将PTO空闲位SM66.7（或SM76.7）置1。

3 PTO的种类

PTO方式下，要输出多段脉冲串时，允许脉冲串排队。PTO输出多段脉冲的方式有两种：

●单段PTO：定义一个脉冲串，输出一个脉冲串 (特性参数通过特殊寄存器分别定义) 。

●多段PTO：集中定义多个脉冲串，按顺序输出多个脉冲串(特性参数通过包络表集中定义)

单段PTO 实现的方法

用指定的特殊标志寄存器定义脉冲串特性参数（每次定义一个脉冲串）。一个脉冲串输出完成后，产生中断。在中断服务程序中再为下一个脉冲串更新参数，输出下一个脉冲串。

优点： 各脉冲段可以采用不同的时间基准。◎缺点：单段PTO输出多段高速脉冲串时，编程复杂，且参数设置不当会造成脉冲串之间的不平滑转换。

多段PTO 操作

多段PTO：集中定义多个脉冲串，并把各段脉冲串的特性参数按照规定的格式写入变量存储区用户指定的缓冲区中--称为包络表

包络表说明：

● 包络表由包络段数和各段构成。

● 第一个字节为需要输出的脉冲串总段数，范围：1～255 ；

● 定义一段脉冲串的特性参数需要8个字节

※ 2个字节存放脉冲串的起始周期值

※ 2个字节定义脉冲串的周期增量

※ 4个字节存放该段脉冲串的脉冲数

包络表中的周期单位可以为 ms 或 μs，

但表中所有周期单位必须一致。

● 周期增量的计算公式：

多段PTO操作时，需把包络表的起始地址装入标志寄存器 SMW168（或SMW178）中。

● PTO指令执行时，当前输出段的段号由系统填入 SMB166 或 SMB176 中。

多段PTO的优点：

编程简单，且在同一段脉冲串中其周期可以均匀改变。

多段 PTO 编程方法及步骤：

A. 初始化操作(以PTO/PWM 0为例)：

a. 将 PTO 的输出点 Q0.0 复位;

b. 调用初始化子程序SBR-0，完成下列任务：

设置控制字节SMB67 ,按照控制要求按位填写：如使SMB67=16#A0。

将包络表的起始地址写入 SMW168；

● 填写包络表中各段脉冲串的特性参数；

建立中断连接：用ATCH指令建立脉冲输出完成中断事件与中断程序的联系。当PLS指令输出完指定数量的脉冲串时，产生中断。

● 用ENI全局开放中断；

B. 有启动信号时，执行高速脉冲输出指令PLS，按顺序输出多段脉冲串。

C. 有停止信号时，停止高速脉冲串输出。

停止 PTO 输出的方法

PLS指令一经激发，就能完成指定脉冲串的输出，故要停止PTO输出，必须先在控制字节中禁止PTO输出，且执行PLS指令。

多段PTO应用实例

已知步进电机的起动频率为2 kHz（A点），经过400个脉冲加速后频率上升到10 kHz（B点和C点），恒速转动的脉冲数为4000个，减速过程脉冲数为200个，频率降为2 kHz（D点），其频率特性如图所示。

解：● 确定脉冲发生器及工作模式

要求PLC输出三段串脉冲。故采用多段PTO输出方式。选择输出端为 Q0.0。

● 填写控制字节SMB67：使SMB67=16#A0

将包络表首地址装入SMW168中。

● 填写包络表。

参数换算：

起始频率：2 kHz ，起始周期值：500μs，

运行频率为10 kHz，运行周期值：100μs。

输出3段脉冲串，时基取μs，定义三段脉冲串特性参数的包络表为：

中断连接：高速脉冲输出完成时，产生中断事件19，用ATCH指令将与中断事件与中断服务程序INT0连接起来，并全局开中断（ENI）。

● 执行PLS指令。

采用多段PTO，脉冲串连续输出期间，按启动按钮I0.0不起作用，不会出现脉冲串重复排队输出的现象，脉冲串能够按照规定的顺序输出完后，停止输出。

四 宽度可调的脉冲输出PWM

特点: PWM方式下，用户可以改变脉冲的周期值 和 脉宽值 ，脉冲数不受限制。

1 周期值和脉宽值

周期值：是一个16位无符号数据，单位：μs或ms；变化范围：50～65535μs或2～65535 ms。

脉冲宽度：是一个16位无符号整数，单位：μs或ms；变化范围是0～65535 μs或ms。即占空比在0％～100％之间变化。

2 PWM 更新方式

● 同步更新：在改变脉冲周期值和脉宽值时，不改变时间基准。特点：同步更新时，波形的变化发生在周期的边缘，输出波形进行平滑转换。

异步更新：在改变脉冲周期值和脉宽值时，改变时间基准。特点：采用异步更新会使高速脉冲输出功能被瞬时禁止，这时输出端交由输出映像寄存器Q控制，可能使 PWM 的波形不连续，引起被控制设备的振动。

结论：改变 PWM 波形的特性时应尽量采用同步更新。

3 PWM的编程方法及步骤

A.确定脉冲发生器：

※ 选择高速脉冲输出端（发生器）；

※ 选择工作模式为PWM。

B. PWM的初始化

a. 将PWM的输出点（Q0.0或Q0.1）复位;

b. 调用初始化子程序SBR-0，它所完成的任务：

按位填写控制字节(如SMB67)：SMB67=16#DB

向SMW68写入第一个脉冲串的周期值；

●向SMW70写入第一个脉冲串的脉宽值 ；

●执行PLS指令，输出指定宽度的脉冲信号。修改脉冲串宽度的方法

● 改写控制字节SMB67，将允许改脉宽值位置1 ，其它位不变。

● 向SMW70写入新的脉冲宽度值

● 执行PLS，输出指定宽度的脉冲信号。

PWM 输出举例

要求 PWM0的脉冲周期是 T=10000ms，开始时输出占空比为 10%的脉冲，当 I0.0=1时，输出占空比为 50%的脉冲 ，当 I0.2=1时，停止输出脉冲。

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