1、 掌握S7-200的高速脉冲输出指令应用 正确选用高速脉冲输出指令编写控制程序 了解步进电动机及其驱动装置 掌握步进电动机控制编程技巧 任务描述任务描述 如图所示，为二相八拍混合式步进电动机结构示意图，其主要特点是体积小，具有较高的启动和运行频率，有定位转矩等。任务分析任务分析 步进电动机采用串联型接法，由步进电动机驱动器控制。本任务要求利用高速脉冲输出指令编制PLC控制程序，实现步进电动机的正反转控制。相关知识相关知识一、高速脉冲输出一、高速脉冲输出 高速脉冲输出指令（PLS）检查为脉冲输出设置的特殊存储器位，然后启动由特殊存储器位定义的高速脉冲输出指令，如图所示。高速脉冲由Q0.0或Q0.
2、1输出，指令的操作数Q0.X为0或1。每个CPU有两个PTO/PWM（脉冲列/脉冲宽度调制器）发生器，分别通过数字量输出点Q0.0或Q0.1输出高速脉冲列和宽度可调的脉冲波形。相关知识相关知识 PTO/PWM发生器与输出状态寄存器共同使用Q0.0及Q0.1。当Q0.0或Q0.1被设置为PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器控制输出，在输出点禁止使用数字输出功能，此时输出波形不受输出状态寄存器的状态、输出强制或立即输出指令的影响。不使用PTO/PWM发生器时，Q0.0与Q0.1作为普通的数字量输出使用。在启动PTO或PWM操作之前，用R指令将Q0.0或Q0.1置为0。每个PTO/PWM生成器
3、有一个8位的控制字节，一个16位无符号的周期值或脉冲宽度值，以及一个无符号32位脉冲计数值。这些值全部存储在指定的特殊存储器区，它们被设置好后，通过执行PLS指令来启动操作。PLS指令使CPU读取特殊存储器位，并对PTO/PWM发生器进行编程。通过修改特殊存储器区数值，可改变PTO或PWM输出波形的特性。将控制字节（SM67.7或SM77.7）的PTO/PWM有效位设置为0，可以在任意时刻禁止PTO或PWM波形输出。所有控制字节、周期、脉冲宽度和脉冲数的默认值均为0。PTO/PWM的输出负载至少应为额定负载的10%，才能提供陡直的上升沿或下降沿。相关知识相关知识 PTO/PWM控制寄存器与有关
4、的特殊存储器见表。如果要装入新的脉冲数、脉冲宽度或周期，应在执行PLS指令前将它们装入相应的控制寄存器（SMB66或SMB67）。PTO/PWM控制寄存器及有关的特殊存储器控制寄存器及有关的特殊存储器 相关知识相关知识二、二、PTO功能功能 PTO功能是提供周期与脉冲数目可由用户控制的方波（50%占空比）脉冲列，脉冲宽度与脉冲周期之比称为占空比。周期范围为5065 535s或265 535ms。如果设定的周期值为奇数，就不能保证占空比为50%。如果周期小于两个时间单位，周期被默认为两个时间单位（s或ms）。脉冲计数范围为14 294 967 295。如果指定的脉冲数为0，则脉冲数默认为1。状态
5、字节中的PTO空闲位（SM66.7或SM76.7）用来指示可编程脉冲列输出是否完成，可以在脉冲列完成时启动中断程序。如果使用多段操作，将在轮廓表完成时调用中断程序。PTO功能允许脉冲列排队。当激活的脉冲列输出结束时，立即开始新脉冲列的输出，这样可以保证输出脉冲列的连续性。PTO功能有两种管线方式：单段管线和多段管线。相关知识相关知识1.单段管线单段管线 在单段管线中，需要为下一脉冲列更新SM值。启动了初始PTO段后，必须按照第二段波形的要求立即修改SM值，并再次执行PLS指令。管线中每次只能存储一段脉冲列的参数，第一段脉冲列完成后，接着输出第二段脉冲列；重复上述过程，输入新的脉冲列参数。除了下
6、面的情况外，脉冲列之间可以平稳地过渡。（1）改变了时间基准。（2）利用PLS指令捕捉到新的脉冲列设置之前，激活脉冲列已经完成。当管线已满时，如果试图装入脉冲列参数，状态字节的PTO管线溢出位（SM66.6或SM76.6）被置1。PLC进入RUN模式时，该位被初始化为0。如果检测到溢出，必须手工清除该位。2.多段管线多段管线 在多段管线中，CPU从V存储器中的轮廓表自动读取各脉冲列段的特性。该模式下仅使用特殊存储器区的控制字节和状态字节。选择多段管线时必须在SMW168或SMW178中装入轮廓表的V存储区的偏移地址。轮廓表中的所有周期必须使用同一时间基准（s或ms），在运行过程中不能改变轮廓表。
7、多段管线可用PLS指令启动，各段输入的长度为8字节，由16位周期值、16位周期增量值和32位脉冲数值组成。相关知识相关知识 多段管线的轮廓表格式见表，多段管线能以指定的脉冲数自动增加或减少周期。在周期增量区输入一个正值将增加周期，输入一个负值将减小周期，输入为0则周期不变。如果指定的周期增量值使得在输出一定数量的脉冲后导致非法的周期值，会产生一个算术溢出错误，同时终止PTO功能，输出改为由输出状态寄存器控制。另外，状态字节中的增量计算错误位（SM66.4或SM76.4）被置为1。将状态字节中的用户中止位（SM66.5或SM76.5）置为1，就可以中止正在运行的PTO轮廓。运行PTO轮廓时，SM
8、B166或SMB176提供当前激活轮廓的段数。多段管线的轮廓表格式多段管线的轮廓表格式 相关知识相关知识3.轮廓表的数据计算轮廓表的数据计算 PTO发生器的多段管线方式在步进电动机控制中应用广泛。步进电动机加速启动、恒速运行和减速过程如图所示，用此例说明如何计算轮廓表中的数据。假设3段的脉冲总数为4000，启动和结束时的脉冲频率为2kHz，最大脉冲频率为10kHz。由于轮廓表中的值是用周期而不是用频率表示的，需要将给定频率值转换成周期值。起始和结束时的周期为500s，最高频率的周期为100s。1段要求在200个脉冲，频率从2kHz上升到10kHz；2段为恒速运行段；3段要求在400个脉冲，频率
9、从10kHz下降到2kHz。相关知识相关知识本例中可用下式来计算PTO发生器调整各段脉冲周期的增量值。周期增量值=（ECT-ICT）/Q 式中的ECT、ICT和Q分别是该段结束时的周期、该段开始时的周期和脉冲数。利用此公式计算出的1段的周期增量值为-2s，2段的周期增量值为0，3段的周期增量值为1s。假设轮廓表的数据存放在从VB500开始的V存储器区中，则产生要求波形的轮廓表数据见表3-5-3。表中的数据可以使用MOV指令送入V存储器区，另一种方法是在数据块中定义轮廓表的数据。轮廓表的数据轮廓表的数据 相关知识相关知识 段内最后一个脉冲的周期不在轮廓表中直接给出，必须计算出来。如果需要两段之间
10、的平滑转换，前一段最后一个脉冲的周期应等于下一段的初始周期。前者的计算公式为：段的最后一个脉冲的周期=ICT+（DEL（Q-1）式中ICT、DEL和Q分别是该段的初始周期、该段的周期增量和该段的脉冲数。由于周期增量必须是以s或ms为单位的整数，每个脉冲都需要修改周期，实际的情况要复杂得多。周期增量的计算可能需要迭代的方法和对给定段的结束周期或脉冲数作一定的调整。可利用下式计算完成给定轮廓段的时间：轮廓段的持续时间=Q（ICT+（DEL/2）（Q-1）式中Q、ICT和DEL的意义与前述的相同。相关知识相关知识三、三、PWM功能功能 PWM功能提供连续的、可变占空比的脉冲输出，周期范围为5065
11、535s或265 535ms，脉冲宽度范围为065 535s或065 535ms。当指定的脉冲宽度大于周期值时，占空比为100%，输出连续接通。当脉冲宽度为0时，占空比为0%，输出断开。如果指定的周期小于两个时间单位，周期被设为默认值两个时间单位（s或ms）。可用下述的两种方法改变PWM波形的特性。1.同步更新同步更新 如果不要求改变时间基准，可以进行同步更新。同步更新时，波形特性的变化发生在两个周期的交界处，可实现平滑过渡。2.异步更新异步更新 PWM的典型操作是脉冲宽度变化但周期保持不变，即不要求改变时间基准。如果需要改变PWM发生器的时间基准，则应使用异步更新。异步更新瞬时关闭PWM发生
12、器，与PWM的输出波形不同步，可能引起被控设备的抖动。因此，建议选择一个适用于所有周期时间的时间基准，使用同步PWM更新。控制字节的PWM更新方法位（SM67.4或SM77.4）用来指定更新方法，执行PLS指令使更新生效。如果改变了时间基准，不管PWM更新方法位的状态如何，都会产生一个异步更新。序号序号名称名称规格规格数量数量1计算机计算机硬盘空间硬盘空间350M以上以上12操作系统操作系统Windows 2000,SP3以上以上13S7-200 CPUCPU221以上以上14PC/PPI电缆电缆RS-232C/PPI或或USB/PPI15编程软件编程软件STEP7-Micro/WIN V3.
13、2或或V4.016步进电机控制装置模步进电机控制装置模拟板拟板 与与PLCPLC和电源匹配和电源匹配 1工具、设备清单工具、设备清单 任务准备任务准备任务实施任务实施一、一、PLC硬件接线硬件接线根据任务分析，按照图所示进行PLC硬件接线。任务实施任务实施二、编辑符号表二、编辑符号表编辑符号表如图所示。任务实施任务实施三、设计梯形图程序三、设计梯形图程序步进电动机控制系统梯形图程序如图所示。主程序部分：任务实施任务实施任务实施任务实施子程序（SBR-0）部分：任务实施任务实施子程序（SBR-1）部分：检查评议检查评议项目项目主要主要内容内容评分标准评分标准配配分分扣扣分分得得分分任务完任务完成
14、情况成情况安装安装与与接线接线1.元件布置不整齐、不匀称、不合理；每只元件布置不整齐、不匀称、不合理；每只扣扣2分分2.元件安装不牢固、漏装螺钉；每只扣元件安装不牢固、漏装螺钉；每只扣1分分3.损坏元件；扣损坏元件；扣5分分4.接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层；接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层；每处扣每处扣1分分5.损伤导线绝缘或线芯；每根扣损伤导线绝缘或线芯；每根扣1分分6.不按不按PLC控制控制I/O接线图接线；每处扣接线图接线；每处扣2分分40程序程序输入输入及及调试调试1.不会熟练操作计算机键盘输入指令；扣不会熟练操作计算机键盘输入指令；扣2分分2.不会用删除、插入、修改等指令；每
15、项不会用删除、插入、修改等指令；每项扣扣2分分3.第一第一次调试不成功；扣次调试不成功；扣8分分 第二次第二次次不成功；扣次不成功；扣15分分 第三次次不成功；扣第三次次不成功；扣30分分40评分表评分表1检查评议检查评议项目项目主要主要内容内容评分标准评分标准配配分分扣扣分分得得分分综合综合能力能力职业职业素养素养1.学习主动性差，学习准备不充分学习主动性差，学习准备不充分；扣扣2分分2.团队合作意识差，缺乏协作精神；扣团队合作意识差，缺乏协作精神；扣2分分3.语言表达不规范；扣语言表达不规范；扣2分分4.时间观念不强，工作效率低；扣时间观念不强，工作效率低；扣2分分5.不注重工作质量与工作
16、成本；扣不注重工作质量与工作成本；扣2分分10安全安全文明文明生产生产1.安全意识差，不安安全意识差，不安安全生产规程操作；扣安全生产规程操作；扣10分分2.劳动保护穿戴不整齐；扣劳动保护穿戴不整齐；扣10分分3.施工后不清理现场；扣施工后不清理现场；扣5分分10定额定额时间时间15min，每超时，每超时5min 扣扣5分分备注备注除定额时间外，各项目的最高扣分不应超过配除定额时间外，各项目的最高扣分不应超过配分数分数合计合计100开始时间开始时间结束时结束时间间实际用实际用时时评分表评分表2扩展知识扩展知识一、步进电动机一、步进电动机 步进电动机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应
17、角位移的电动机。因此，步进电动机又称为脉冲电动机，即给一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电动机的基本原理如图所示。图 步进电动机的基本原理a）工作原理 b）控制电脉冲 c）转角 扩展知识扩展知识二、步进电动机驱动器 步进电动机驱动器主要有电源输入、信号输入、输出等组成，其信号见表。步进电动机驱动器信号描述步进电动机驱动器信号描述 考证要点考证要点1.步进电动机驱动器主要有（步进电动机驱动器主要有（）、（）、（）、（）、（）等组成）等组成。2.所有控制字节、周期、脉冲宽度和脉冲数的默认值均为（所有控制字节、周期、脉冲宽度和脉冲数的默认值均为（）。）。PTO/PWM的输出负载至少应为额定负载的（的输出负载至少应为额定负载的（），才能提供陡直的），才能提供陡直的上升沿或下降沿上升沿或下降沿。3.PWM功能提供（功能提供（）、（）、（）的脉冲输出）的脉冲输出。4.可用（可用（），（），（）的两种方法改变）的两种方法改变PWM波形的特性波形的特性。
