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。

【步骤详解】西门子 PLC PID组态设置及PID常见问题解答

本文作者：技成徐陈爽

01 PID控制知识讲解

S7-200 SMART能够进行PID控制。S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块）

PID是闭环控制系统的（比例－积分－微分）

PID控制器根据设定值（给定）与被控对象的实际值（反馈）的差值，按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。

PID控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。

根据具体项目的控制要求，在实际应用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是PI（比例－积分）控制，这时没有微分控制部分。

PID算法在S7-200 SMART中的实现

PID控制最初在模拟量控制系统中实现，随着离散控制理论的发展，PID也在计算机化控制系统中实现。

02 PID向导组态设置

Micro/WIN SMART提供了PID Wizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。

PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议用户使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。

PID向导编程组态步骤：

1.在Micro/WIN SMART中的工具菜单中选择PID向导：

图1. 在工具栏中选择PID向导

图2.在项目树中打开'向导'文件夹，然后双击'PID'，或选择'PID'并按回车键。

定义需要配置的PID回路号

图3.在此对话框中选择要组态的回路?

图4.最多可组态 8 个回路。在此对话框上选择回路时，PID 向导左侧的树视图随组态该回路所需的所有节点一起更新。

2.为回路组态命名

图5.可为回路组态自定义名称。此部分的默认名称是'回路 x'，其中'x'等于回路编号

3.设定PID回路参数

图6.设置PID参数中定义了PID回路参数，这些参数都应当是实数：

增益：即比例常数，默认值=1.00。

1积分时间：如果不想要积分作用可以将该值设置很大（比如10000.0），默认值=10.00。

2微分时间：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0 ，默认值=0.00。

3采样时间：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔,，默认值=1.00。在向导完成后，若想要修改此数，则必须返回向导中修改，不可在程序中或状态表中修改。

注意：关于具体的PID参数值，每一个项目都不一样，需要现场调试来定，没有所谓经验参数。

4.设定回路过程变量

图7. 设定PID输入过程变量

指定回路过程变量 (PV) 如何标定。可以从以下选项中选择：

1.单极性:即输入的信号为正，如0－10V或0－20mA等

2.双极性：输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为±10V、±5V等时选用

3.选用20%偏移：如果输入为4－20mA则选单极性及此项，4mA是0－20mA信号的20%，所以选20% 偏移，即4mA对应5530，20mA对应27648。

4.温度 x 10 °C

5温度 x 10 °F

反馈输入取值范围

1在a.设置为单极时，缺省值为0 - 27648，对应输入量程范围0 - 10V或0 - 20mA等，输入信号为正

2在a.设置为双极时，缺省的取值为-27648 - +27648，对应的输入范围根据量程不同可以是±10V、±5V等

3在a.选中20% 偏移量时，取值范围为5530 - 27648，不可改变

在'标定'(Scaling) 参数中，指定回路设定值 (SP) 如何标定。默认值是 0.0 和 100.0 之间的一个实数。此反馈输入也可以是工程单位数值，参见：设置给定－反馈的量程范围。

5.设定输入回路输出选项

图8. 设定PID输出选项

1输出类型可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒等）

选择模拟量则需设定回路输出变量值的范围，可以选择：

1. 单极：单极性输出，可为0－10V或0－20mA等

2. 双极：双极性输出，可为正负10V或正负5V等

3. 单极20% 偏移量：如果选中20% 偏移，使输出为4 - 20mA

4. 取值范围：

0. c为单极时，缺省值为 0 到 27648

0. c为双极时，取值-27648 到27648

0. c为20%偏移量时，取值5530 - 27648 ，不可改变

如果选择了开关量输出，需要设定此循环周期

图9. 设定PID输出为数字量

6.设定回路报警选项

图10. 设定回路报警限幅值

向导提供了三个输出来反映过程值(PV)的低值报警、高值报警及过程值模拟量模块错误状态。当报警条件满足时，输出置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起作用。

1. 使能低值报警并设定过程值(PV)报警的低值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.10，即报警的低值为过程值的10％。此值最低可设为0.01，即满量程的1%

2. 使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.90，即报警的高值为过程值的90％。此值最高可设为1.00，即满量程的100%

3. 使能过程值(PV)模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。'EM0'就是第一个扩展模块的位置

7.定义向导所生成的PID初始化子程序和中断程序名及手/自动模式

图11. 指定子程序、中断服务程序名和选择手动控制

向导已经为初始化子程序和中断子程序定义了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。

1. 指定PID初始化子程序的名字。

2. 指定PID中断子程序的名字注意：

1. 如果你的项目中已经存在一个PID配置，则中断程序名为只读，不可更改。因为一个项目中所有PID共用一个中断程序，它的名字不会被任何新的PID所更改。

2. PID向导中断用的是SMB34定时中断，在用户使用了PID向导后，注意在其它编程时不要再用此中断，也不要向SMB34中写入新的数值，否则PID将停止工作。

3. 此处可以选择添加PID 手动控制模式。在PID手动控制模式下，回路输出由手动输出设定控制，此时需要写入手动控制输出参数一个0.0－1.0的实数，代表输出的0％－100％而不是直接去改变输出值。PID控制的自动/手动之间的无扰动切换

8.指定PID运算数据存储区

图12. 分配运算数据存储区

PID指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；除此之外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区。需要为它们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被重复使用。如果点击'建议'，则向导将自动为你设定当前程序中没有用过的V区地址。

自动分配的地址只是在执行PID向导时编译检测到空闲地址。向导将自动为该参数表分配符号名，用户不要再自己为这些参数分配符号名，否则将导致PID控制不执行。

9.生成PID子程序、中断程序及符号表等

一旦点击完成按钮，将在你的项目中生成上述PID子程序、中断程序及符号表等。

图13. 生成PID子程序、中断程序和符号表等

10.配置完PID向导，需要在程序中调用向导生成的PID子程序程

图14. PID子程序

调用PID子程序

在用户程序中调用PID子程序时，可在指令树的程序块中用鼠标双击由向导生成的PID子程序，在局部变量表中，可以看到有关形式参数的解释和取值范围。

1. 必须用SM0.0来使能 PIDx_CTRL 子程序，SM0.0 后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用 PIDx_CTRL 子程序，则调用它的子程序也必须仅使用 SM0.0 调用，以保证它的正常运行

2. 此处输入过程值（反馈）的模拟量输入地址

3. 此处输入设定值变量地址（VDxx），或者直接输入设定值常数，根据向导中的设定0.0－100.0，此处应输入一个0.0－100.0的实数，例：若输入20，即为过程值的20％，假设过程值AIW0是量程为0－200度的温度值，则此处的设定值20代表40度（即200度的20％）；如果在向导中设定给定范围为0.0 - 200.0，则此处的20相当于20度

4. 此处用I0.0控制PID的手/自动方式，当I0.0为1时，为自动，经过PID运算从AQW0输出；当I0.0为0时，PID将停止计算，AQW0输出为ManualOutput（VD4）中的设定值，此时不要另外编程或直接给AQW0赋值。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

5. 定义PID手动状态下的输出，从AQW0输出一个满值范围内对应此值的输出量。此处可输入手动设定值的变量地址（VDxx），或直接输入数。数值范围为0.0-1.0之间的一个实数，代表输出范围的百分比。例：如输入0.5，则设定为输出的50％。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现

6. 此处键入控制量的输出地址

7. 当高报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能高报警功能，则此项将不会出现

8. 当低报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能低报警功能，则此项将不会出现

9. 当模块出错时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能模块错误报警功能，则此项将不会出现

调用PID子程序时，不用考虑中断程序。子程序会自动初始化相关的定时中断处理事项，然后中断程序会自动执行。

11.实际运行并调试PID参数

没有一个PID项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试PID参数。

查看数据块以及符号表相应的PID符号标签的内容，可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等等。将此表的地址复制到状态表中，可以在监控模式下在线修改PID参数，而不必停机再次做配置。

参数调试合适后，用户可以在数据块中写入，也可以再做一次向导，或者编程向相应的数据区传送参数。

03 PID组态设置中常问问题

做完PID向导后，如何知道向导中设定值，过程值及PID等参数所用的地址？

做完PID向导后可在符号表中，查看PID向导所生成的符号表(上例中为PID0_SYM)，可看到各参数所用的详细地址，及数值范围。

在数据块中，查看PID指令回路表的相关参数。如图所示：

1. 做完PID向导后，如何在调试中修改PID参数？

答：可以在状态表中，输入相应的参数地址，然后在线写入用户需要的PID参数数值，这样用户就可根据工艺需要随时对PID参数、设定值等进行调整。

2.PID已经调整合适，如何正式确定参数？

答：可以在数据块中直接写入参数。

3.做完PID向导后，能否查看PID生成的子程序，中断程序？

答：PID向导生成的子程序，中断程序用户是无法看到的，也不能对其进行修改。没有密码能够打开这些子程序，一般的应用也没有必要打开查看。

4.PID参数有经验值吗？

答：每一个项目的PID 参数都不一样，没有经验参数，只能现场调试获得。

5.我的PID向导生成的程序为何不执行？

答：必须保证用SM0.0无条件调用PID0_CTRL程序

在程序的其它部分不要再使用SMB34定时中断，也不要对SMB34赋值

6.如何实现PID反作用调节？

答：在有些控制中需要PID反作用调节。例如：在夏天控制空调制冷时，若反馈温度（过程值）低于设定温度，需要关阀，减小输出控制（减少冷水流量等），这就是PID反作用调节（在PID正作用中若过程值小于设定值，则需要增大输出控制）。若想实现PID反作用调节，需要把PID回路的增益设为负数。对于增益为0的积分或微分控制来说，如果指定积分时间、微分时间为负值，则是反作用回路。

7.如何根据工艺要求有选择地投入PID功能？

答：可使用'手动/自动'切换的功能。PID向导生成的PID功能块只能使用SM0.0的条件调用。

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