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。
利用PLC定时器和计数器，实现长时间计时的方法
作者通过典型案例分析，探讨了利用定时器、计数器级联的方式实现长时间计时的原理，给出了编程思路和梯形图程序。
在很多工程应用中，根据控制功能要求，需要对系统进行24小时监控，在经过某一特定时间或遇到紧急情况后给出提醒或预警。为了减少人为因素造成的影响，我们希望系统能自动进行。PLC中的定时器便具有这个功能。
但是，定时器的计数值在PLC的内部使用二进制，一个16位二进制字除去一个符号位后，能表示的最大整数是32767，它将对应定时器的最大定时时间。以100ms定时器为例，32767对应最大定时时间为32767×0.1=3276.7（s），时间不足1小时。这使得在使用单个定时器编制长时间计时程序受到很大制约。
由于定时器的计时时间有限，利用单个定时器达不到长时间计时的目的，要解决问题需要利用软件编程来实现长时间计时。下面以S7-200 PLC为例，通过案例来探讨利用定时器和计数器扩展的方式进行长时间计时，供使用者参考。
1 定时器、计数器的应用
1.1 定时器基本应用
S7-200 PLC有三种类型的定时器，接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）、记忆接通延时定时器（TONR）。以常用的延时接通定时器（TON）为例讨论定时器的基本应用。
图1 定时器基本应用
工作原理：当输入端闭合，即I0.0为“ON”时，定时器T37接通并开始计时，10秒后，定时器T37常开触点接通并保持，输出继电器Q0.0输出。I0.0断开，定时器复位，Q0.0断开。
1.2 计数器基本应用
S7-200 PLC有三种类型的计数器，增计数器（CTU）、减计数器（CTD）、增/减计数器（CTUD）[2]。以常用的增计数器（CTU）为例讨论计数器的基本应用。
图2 计数器的基本应用
工作原理：首先，使I0.1输入端通、断一次，计数器C0复位，即当前值回“0”。然后，每通、断一次I0.0，计数器C0记录1个数，即C0当前值加1，当C0当前值达到10后，计数器C0常开触点接通并保持，输出继电器Q0.0输出，直到I0.1再次闭合，计数器复位，Q0.0断开。
1.3 定时器级联扩展延时
对于分辨率为100ms的延时接通定时器（TON）来讲，其设定值最大为32767，延时时间最长为3276.7秒。当超过该时间，单个定时器则无法完成计时功能。这种情况下，可以利用定时器级联的方式实现延时时间的扩展。
案例1：利用两个定时器级联实现延时1小时
图3 定时器延时1小时
总的延时时间T=T37+T38=1800秒+1800秒=3600秒=1小时。这是单个定时器无法完成的定时时间。
还可以用同样的方法实现三个、四个定时器级联延时。这种扩展方法的计时时间是各个定时器计时时间的总和。
1.4 利用计数器延时
案例2：利用两个计数器实现延时10小时
图4 计数器延时10小时
总的延时时间为：1秒×（6000×6）=36000秒÷3600秒=10小时。
这种扩展延时方法的关键是：（1）在网络1中，首先，利用特殊功能寄存器SM0.5（周期为1秒,占空比为1:1），作为计数器C0的计数输入脉冲，在计数的同时实现计时；第二，将C0的输出作为自身的复位，实现记录6000个脉冲后重新开始。（2）在网络2中，将C0的输出作为C1的输入，实现每记录6000个脉冲触发C1计数1次。
3 案例分析
3.1控制要求
某住宅小区需要24小时昼夜定时报警，早上6：30，电铃每秒响一次，6次后自动停止；9：00-17：00，启动住宅报警系统；晚上18：00打开小区内照明系统；晚上22：00关闭小区内照明系统。
3.2 I/0口分配
表1 I/O 分配表
3.3 接线图
图5 接线图
3.4 梯形图程序
程序说明：
（1） 网络1、网络2 中，I0.0为系统启动开关；I0.1 为快速调整开关； I0.2为系统实验用开关；SM0.1用于上电时系统复位；C0 、C1两个计数器级联，C0形成900秒的计时周期，C1记录96个900秒，共计900×96=86400秒，即24个小时；
（2）网络3用于实现早晨6:30启动电铃，电铃每隔1秒响1次，6次后停止；
（3）网络4用于实现晚上18:00开启小区内照明系统；网络4用于实现晚上22:00关闭小区内照明系统；
（4）网络5用于实现9:00到17:00开启小区内报警系统；
（5）网络7、网络8，形成0.1秒钟震荡信号，用于快速调整系统使用。
图6 梯形图程序
4 结束语
定时器指令和计数器指令是PLC编程的重要指令，掌握好它们的使用方法，使设计格式规范化，可以优化设计程序，对编程水平的提高有十分重要的意义，利用编程实现长时的方法还有很多，案例也不胜枚举，同时，灵活利用定时器和计数器组合进行长时间计时，PLC的编程功能，既可减少硬件设备资源，降低生产成本，又使系统运行灵活可靠。
本文编自《电气技术》，标题为“关于利用PLC定时器和计数器进行长计时功能的探讨”，作者为侯肖霞。
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