PLC高速脉冲输出指令
基本指令和顺序控制指令是PLC最常用的指令，为了适应现代工业自动控制需要，PLC制造商开始逐步为PLC增加很多功能指令，功能指令使PLC具有强大的数据运算和特殊处理功能，从而大大扩展了PLC的使用范围。
高速脉冲输出指令说明如下：
要让高速脉冲发生器产生合符要求的脉冲，须对其进行有关控制及参数设置，另外，通过读取其工作状态可触发需要的操作。
1.控制字节
高速脉冲发生器的控制采用一个SM控制字节（8位），用来设置脉冲输出类型（PTO或PWM）、脉冲时间单位等内容。高速脉冲发生器的控制字节说明见表5-14，例如当SM67.6＝0时，让Q0.0端子输出PTO脉冲；当SM77.3＝1时，让Q0.1端子输出时间单位为ms的脉冲。
表1 速脉冲发生器的控制字节
2.参数设置
高速脉冲发生器采用SM存储器来设置脉冲的有关参数。脉冲参数设置存储器说明见表2，例如SM67.3＝1，SMW68＝25，则将脉冲周期设为25ms。
表2 脉冲参数设置存储器
3. 状态位
高速脉冲发生器的状态采用SM位来显示，通过读取状态位信息可触发需要的操作。高速脉冲发生器的状态位说明见表3，例如SM66.7＝1表示Q0.0端子脉冲输出完成。
表3 高速脉冲发生器的状态位
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，如果周期小于两个时间单位，系统会默认周期值为两个时间单位，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脉冲可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2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端子用作高速脉冲输出；当I0.1触点闭合时，上升沿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。
若网络2中不使用边沿P触点，那么在单段PTO脉冲串输出完成后如果I0.1触点仍处于闭合，则会在前一段脉冲串后面继续输出相同的下一段脉冲串。
图2 一段产生单段脉冲串的程序
2. 多段脉冲串的产生
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
单段管道脉冲串是由多个单段脉冲串组成，每个单段脉冲串的参数可以不同，但单段脉冲串中的每个脉冲参数要相同。
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，马上按第二段脉冲串要求刷新控制参数单元，并再次执行PLS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，S7-200 PLC采用在变量存储区建立一个包络表，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4。从包络表可以看出，每段脉冲串的参数占用8个字节，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。
表4 多段管道脉冲串的参数设置包络表
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）装入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机的控制。图3是一个步进电机的控制包络线，包络线分3段：第1段（AB段）为加速运行，电机的起始频率为2kHz（周期为500μs），终止频率为10kHz（周期为100μs），要求运行脉冲数目为200个；第2段（BC段）为恒速运行，电机的起始和终止频率均为10kHz（周期为100μs），要求运行脉冲数目为3600个；第3段（CD段）为减速运行，电机的起始频率为10kHz（周期为100μs），终止频率为2kHz（500μs），要求运行脉冲数目为200个。
列包络表除了要知道段脉冲的起始周期和脉冲数目外，还须知道每个脉冲的周期增量，周期增量可用下面公式计算获得：
周期增量值＝（段终止脉冲周期值-段起始脉冲周期值）/该段脉冲数
例如AB段周期增量值＝（100μs-500μs）/200＝-2μs。
图3 一个步进电机的控制包络线
根据步进电机的控制包络线可列出相应的包络表，包络表见表5。
表5 根据步进电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机的控制程序，程序如图4所示，该程序由主程序、SBR_0子程序和INT_0中断程序组成。
在主程序中，PLC首次扫描时SM0.1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，以便将该端子用作高速脉冲输出，然后执行子程序调用指令转入SBR_0子程序。在SBR_0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INT_0中断程序与中断事件19（PTO 0脉冲串输出完成产生中断）连接起来，再用ENI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，去驱动步进电机按加速、恒速和减速顺序运行。当Q0.0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INT_0中断程序，Q1.0线圈得电。
图4 步进电机控制程序
1. 波形改变方式
PWM脉冲的波形改变方式有两种：同步更新和异步更新。
（1）同步更新
如果不需改变时间基准，则可以使用同步更新方式，利用同步更新，信号波形特性的变化发生在周期边沿，使波形能平滑转换。
（2）异步更新
如果需要改变PWM发生器的时间基准，就要使用异步更新，异步更新会使PWM功能被瞬时禁止， PWM信号波形过渡不平滑，这会引起被控设备的振动。
由于异步更新生成的PWM脉冲有较大的缺陷，一般情况下尽量使用脉宽变化、周期不变的PWM脉冲，这样可使用同步更新。
2. 产生PWM脉冲的编程方法
要让高速脉冲发生器产生PWM脉冲，可按以下步骤编程：
1）根据需要设置控制字节SMB67或SMB68。
2）根据需要设置脉冲的周期值和脉宽值。周期值在SMW68或SMW78中设置，脉宽值在SMW70或SMW80中设置。
3）执行高速脉冲输出PLS指令，系统则会让高速脉冲发生器按设置从Q0.0或Q0.1端子输出PWM脉冲。
3.产生PWM脉冲的编程实例
图5是一个产生PWM脉冲的程序，其实现的功能是：让PLC从Q0.0端子输出PWM脉冲，要求PWM脉冲的周期固定为5s，初始脉宽为0.5s，每周期脉宽递增0.5s，当脉宽达到4.5s后开始递减，每周期递减0.5s，直到脉宽为0。以后重复上述过程。
该程序由主程序、SBR_0子程序和INT_0、INT_1两个中断程序组成，SBR_0子程序为PWM初始化程序，用来设置脉冲控制字节和初始脉冲参数，INT_0中断程序用于实现脉宽递增，INT_1中断程序用于实现脉宽递减。由于程序采用中断事件0（I0.0上升沿中断）产生中断，因此要将脉冲输出端子Q0.0与I0.0端子连接，这样在Q0.0端子输出脉冲上升沿时，I0.0端子会输入脉冲上升沿，从而触发中断程序，实现脉冲递增或递减。
程序工作过程说明如下：
在主程序中，PLC上电首次扫描时SM0.1触点接通一个扫描周期，子程序调用指令执行，转入执行SBR_0子程序。在子程序中，先将M0.0线圈置1，然后设置脉冲的控制字节和初始参数，再允许所有的中断，最后执行高速脉冲输出PLS指令，让高速脉冲发生器按设定的控制字节和参数产生并从Q0.0端子输出PWM脉冲，同时从子程序返回到主程序网络2，由于网络2、3指令条件不满足，程序执行网络4，M0.0常开触点闭合（在子程序中M0.0线圈被置1），中断连接ATCH指令执行，将INT_0中断程序与中断事件0（I0.0上升沿中断）连接起来。当Q0.0端子输出脉冲上升沿时，I0.0端子输入脉冲上升沿，中断事件0马上发出中断请求，系统响应该中断而执行INT_0中断程序。
在INT_0中断程序中，ADD_I指令将脉冲宽度值增加0.5s，再执行PLS指令，让Q0.0端子输出完前一个PWM脉冲后按新设置的宽度输出下一个脉冲，接着执行中断分离DTCH指令，将中断事件0与INT_0中断程序分离，然后从中断程序返回主程序。在主程序中，又执行中断连接ATCH指令，又将INT_0中断程序与中断事件0连接起来，在Q0.0端子输出第二个PWM脉冲上升沿时，又会产生中断而再次执行INT_0中断程序，将脉冲宽度值再增加0.5s，然后执行PLS指令让Q0.0端子输出的第三个脉冲宽度增加0.5s。以后INT_0中断程序会重复执行，直到SMW70单元中的数值增加到4500。
当SMW70单元中的数值增加到4500时，主程序中的“SMW70｜>=I｜4500”触点闭合，将M0.0线圈复位，网络4中的M0.0常开触点断开，中断连接ATCH指令无法执行，INT_0中断程序也无法执行，网络5中的M0.0常闭触点闭合，中断连接ATCH指令执行，将INT_1中断程序与中断事件0连接起来。当Q0.0端子输出脉冲上升沿（I0.0端子输入脉冲上升沿）时，中断事件0马上发出中断请求，系统响应该中断而执行INT_1中断程序。
在INT_1中断程序中，将脉冲宽度值减0.5s，再执行PLS指令，让Q0.0端子输出PWM脉冲宽度减0.5s，接着执行中断分离DTCH指令，分离中断，然后从中断程序返回主程序。在主程序中，又执行网络5中的中断连接ATCH指令，又将INT_1中断程序与中断事件0连接起来，在Q0.0端子输出PWM脉冲上升沿时，又会产生中断而再次执行INT_1中断程序，将脉冲宽度值再减0.5s。以后INT_1中断程序会重复执行，直到SMW70单元中的数值减少到0。
当SMW70单元中的数值减少到0时，主程序中的“SMW70｜==I｜0”触点闭合，子程序调用指令执行，转入执行SBR_0子程序，又进行PWM初始化操作。
以后程序重复上述工作过程，从而使Q0.0端子输出先递增0.5s、后递减0.5s、周期为5s连续的PWM脉冲。
图5 产生PWM脉冲的程序
（-END-）
选自《学PLC技术超简单》蔡杏山 主编
往期精彩