第12讲-可编程序控制器的指令系统4

电气控制及PLC技术制作：电气学院杨霞电气控制及PLC技术西门子S7-2002电气控制及PLC技术第12讲•讲解内容：•4可编程序控制器的指令系统•PLC的特殊功能指令（二）•学习说明：•本讲是学习的PLC的指令系统。重点掌握：•PLC的特殊功能类指令（自学）电气控制及PLC技术西门子S7-2003一）高速计数器高速计数器在程序中使用时的地址编号用HCn来表示（在非程序中有时用HSCn），HC表编程元件名称为高速计数器，n为编号。五、高速处理指令*1.高速计数器介绍电气控制及PLC技术西门子S7-20041）高速计数器输入端的连接高速计数器中断事件大致分为3类：当前值等于预设值中断、输入方向改变中断和外部复位中断。所有高速计数器都支持当前值等于预设值中断。3122电气控制及PLC技术西门子S7-20052）高速计数器的工作模式电气控制及PLC技术西门子S7-2006•高速计数器有6种编号,12种工作模式.HSC0和HSC4有模式0、1、3、4、6、7、8、9、10；HSC1和HSC2有模式0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11；HSC3和HSC5只有模式0。电气控制及PLC技术西门子S7-20073）高速计数器的控制字和状态字电气控制及PLC技术西门子S7-2008电气控制及PLC技术西门子S7-2009每个高速计数器都有固定的特殊功能存储器与之相配合，完成高速计数功能。2.高速计数器的使用电气控制及PLC技术西门子S7-200103.高速计数指令（1）HDEF指令•HDEF，定义高速计数器指令。使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式，即用来建立高速计数器与工作模式之间的联系。•梯形图指令盒中有两个数据输入端：•HSC，高速计数器编号，为0~5的常数，字节型；•MODE，工作模式，为0~11的常数，字节型。电气控制及PLC技术西门子S7-20011（2）HSC指令•HSC，使用高速计数器指令。•使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照HDEF指令指定的工作模式，设置高速计数器并控制其工作。•梯形图指令盒数据输入端N：高速计数器编号，为0~5的常数，字型。电气控制及PLC技术西门子S7-20012原理:每个高速计数器都有一个32位当前值和一个32位预置值，当前值和预设值均为带符号的整数值。要设置高速计数器的新当前值和新预置值，必须设置控制字节令其第五位和第六位为1，允许更新预置值和当前值，新当前值和新预置值写入特殊内部标志位存储区。然后执行HSC指令，将新数值传输到高速计数器。4.高速计数器使用原理电气控制及PLC技术西门子S7-20013（1）用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。（2）在初始化的子程序中，根据希望的控制设置控制字（SMB37、SMB47、SMB137、SMB147、SMB157）（3）执行HDEF指令，设置HSC的编号（0-5），设置工作模式（0-11）。（4）用新的当前值写入32位当前值寄存器（SMD38，SMD48，SMD58，SMD138，SMD148，SMD158）。（5）用新的预置值写入32位预置值寄存器（SMD42，SMD52，SMD62，SMD142，SMD152，SMD162）(6)、(7)、(8)中断事件（事件13、14、15）与一个中断程序相联系。（9）执行全局中断允许指令（ENI）允许HSC中断（10）执行HSC指令使S7-200对高速计数器进行编程。（11）结束子程序。5.高速计数器指令初始化电气控制及PLC技术西门子S7-20014例高速计数器的应用举例（1）主程序用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。定义HSC1的工作模式为模式11（两路脉冲输入的双相正交计数，具有复位和起动输入功能），设置SMB47=16#F8（允许计数，更新新当前值，更新新预置值，更新计数方向为加计数，若为正交计数设为4×，复位和起动设置为高电平有效）。HSC1的当前值SMD48清零，预置值SMD52=50，当前值=预设值，产生中断（中断事件13），中断事件13连接中断程序INT-0。（2）初始化的子程序电气控制及PLC技术西门子S7-20015（2）初始化的子程序电气控制及PLC技术西门子S7-20016（3）中断程序INT_0电气控制及PLC技术西门子S7-200171.高速脉冲输出介绍二）高速脉冲输出电气控制及PLC技术西门子S7-200182.高速脉冲串输出PTO（1）周期和脉冲数（2）PTO的种类（3）中断事件类型（4）PTO的使用电气控制及PLC技术西门子S7-200193.应用实例（1）控制要求步进电机转动过程中，要从A点加速到B点后恒速运行，又从C点开始减速到D点，完成这一过程时用指示灯显示。电机的转动受脉冲控制，A点和D点的脉冲频率为2kHz，B点和C点的频率为10kHz，加速过程的脉冲数为400个，恒速转动的脉冲数为4000个，减速过程脉冲数为200个。电气控制及PLC技术西门子S7-20020（2）程序实现确定脉冲发生器及工作模式设置控制字节写入周期值、周期增量值和脉冲数装入包络表首地址中断调用执行PLS指令（3）分析本控制系统主程序、初始化子程序SBR_1、包络表子程序、中断程序组成。电气控制及PLC技术西门子S7-20021例设置控制字节•用Q0.0作为高速脉冲输出，对应的控制字节为SMB67，如果希望定义的输出脉冲操作为PTO操作，允许脉冲输出，多段PTO脉冲串输出，时基为ms，设定周期值和脉冲数，则应向SMB67写入2#10101101，即16#AD。•通过修改脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器SM区（包括控制字节），既更改PTO或PWM的输出波形，然后再执行PLS指令。•注意：所有控制位、周期、脉冲宽度和脉冲计数值的默认值均为零。向控制字节（SM67.7或SM77.7）的PTO/PWM允许位写入零，然后执行PLS指令，将禁止PTO或PWM波形的生成。电气控制及PLC技术西门子S7-20022•对输出的影响•PTO/PWM生成器和输出映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。在Q0.0或Q0.1使用PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器控制输出，并禁止输出点的正常使用，输出波形不受输出映像寄存器状态、输出强制、执行立即输出指令的影响；在Q0.0或Q0.1位置没有使用PTO或PWM功能时，输出映像寄存器控制输出，所以输出映像寄存器决定输出波形的初始和结束状态，即决定脉冲输出波形从高电平或低电平开始和结束，使输出波形有短暂的不连续，为了减小这种不连续有害影响，应注意：•（1）可在起用PTO或PWM操作之前，将用于Q0.0和Q0.1的输出映像寄存器设为0。•（2）PTO/PWM输出必须至少有10%的额定负载，才能完成从关闭至打开以及从打开至关闭的顺利转换，即提供陡直的上升沿和下降沿。电气控制及PLC技术西门子S7-20023•PTO的使用•PTO是可以指定脉冲数和周期的占空比为50%的高速脉冲串的输出。状态字节中的最高位（空闲位）用来指示脉冲串输出是否完成。可在脉冲串完成时起动中断程序，若使用多段操作，则在包络表完成时起动中断程序。•（1）周期和脉冲数•周期范围从50微秒至65,535微秒或从2毫秒至65,535毫秒，为16位无符号数，时基有µs和ms两种，通过控制字节的第三位选择。注意：•如果周期2个时间单位，则周期的默认值为2个时间单位。•周期设定奇数微秒或毫秒（例如75毫秒），会引起波形失真。•脉冲计数范围从1至4,294,967,295，为32位无符号数，如设定脉冲计数为0，则系统默认脉冲计数值为1。电气控制及PLC技术西门子S7-20024•（2）PTO的种类及特点•PTO功能可输出多个脉冲串，现用脉冲串输出完成时，新的脉冲串输出立即开始。这样就保证了输出脉冲串的连续性。PTO功能允许多个脉冲串排队，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。•单段流水线是指：流水线中每次只能存储一个脉冲串的控制参数，初始PTO段一旦起动，必须按照对第二个波形的要求立即刷新SM，并再次执行PLS指令，第一个脉冲串完成，第二个波形输出立即开始，重复此这一步骤可以实现多个脉冲串的输出。•单段流水线中的各段脉冲串可以采用不同的时间基准，但有可能造脉冲串之间的不平稳过渡。输出多个高速脉冲时，编程复杂。电气控制及PLC技术西门子S7-20025表包络表的格式从包络表起始地址的字节偏移段说明VBn段数（1～255）；数值0产生非致命错误，无PTO输出VBn+1段1初始周期（2至65535个时基单位）VBn+3每个脉冲的周期增量Δ（符号整数：-32768至32767个时基单位）VBn+5脉冲数（1至4294967295）VBn+9段2初始周期（2至65535个时基单位）VBn+11每个脉冲的周期增量Δ（符号整数：-32768至32767个时基单位）VBn+13脉冲数（1至4294967295）VBn+17段3初始周期（2至65535个时基单位）VBn+19每个脉冲的周期增量值Δ（符号整数：-32768至32767个时基单位）VBn+21脉冲数（1至4294967295）注意：周期增量值Δ为整数微秒或毫秒电气控制及PLC技术西门子S7-20026•多段流水线的特点是编程简单，能够通过指定脉冲的数量自动增加或减少周期，周期增量值Δ为正值会增加周期，周期增量值Δ为负值会减少周期，若Δ为零，则周期不变。在包络表中的所有的脉冲串必须采用同一时基，在多段流水线执行时，包络表的各段参数不能改变。多段流水线常用于步进电机的控制。电气控制及PLC技术西门子S7-20027例根据控制要求列出PTO包络表•步进电机的控制要求如图所示。从A点到B点为加速过程，从B到C为恒速运行，从C到D为减速过程。图步进电机的控制要求电气控制及PLC技术西门子S7-20028•在本例中：流水线可以分为3段，需建立3段脉冲的包络表。起始和终止脉冲频率为2kHz，最大脉冲频率为10kHz，所以起始和终止周期为500µs，与最大频率的周期为100µs。1段：加速运行，应在约200个脉冲时达到最大脉冲频率；2段：恒速运行，约（4000-200-200）=3600个脉冲；3段：减速运行，应在约200个脉冲时完成。•某一段每个脉冲周期增量值Δ用以下式确定：•周期增量值Δ=（该段结束时的周期时间-该段初始的周期时间）/该段的脉冲数•用该式，计算出1段的周期增量值Δ为-2µs，2段的周期增量值Δ为0，3段的周期增量值Δ为2µs。假设包络表位于从VB200开始的V存储区中，包络表如下表所示。电气控制及PLC技术西门子S7-20029表包络表V变量存储器地址段号参数值说明VB2003段数VB201段1500µs初始周期VB203-2µs每个脉冲的周期增量ΔVB205200脉冲数VB209段2100µs初始周期VB2110每个脉冲的周期增量ΔVB2133600脉冲数VB217段3100µs初始周期VB2192µs每个脉冲的周期增量ΔVB221200脉冲数在程序中的用指令可将表中的数据送入V变量存储区中。电气控制及PLC技术西门子S7-20030•（3）多段流水线PTO初始化和操作步骤•用一个子程序实现PTO初始化，首次扫描（SM0.1）时从主程序调用初始化子程序，执行初始化操作。以后的扫描不再调用该子程序，这样减少扫描时间，程序结构更好。•初始化操作步骤如下：•①首次扫描（SM0.1）时将输出Q0.0或Q0.1复位（置0），并调用完成初始化操作的子程序。•②在初始化子程序中，根据控制要求设置控制字并写入SMB67或SMB77特殊存储器。如写入16#A0（选择微秒递增）或16#A8（选择毫秒递增），两个数值表示允许PTO功能、选择PTO操作、选择多段操作、以及选择时基（微秒或毫秒）。•③将包络表的首地址（16位）写入在SMW168（或SMW178）。电气控制及PLC技术西门子S7-