PLC課件：高速計數(shù)及脈沖輸出指令

S7-200系列PLC高速計數(shù)器1.各種CPU支持的高速計數(shù)器高速計數(shù)器工作在中斷方式，并配有專用的輸入口用于計數(shù)信號輸入、外啟動、外復位及計數(shù)方向的控制。

S7-200系列PLC中規(guī)定了6個高速計數(shù)器編號，在程序中使用時用HCn來表示(在非程序中一般用HSCn)高速計數(shù)器的地址，n的取值范圍為0～5。HCn還表示高速計數(shù)器的當前值，該當前值是一個只讀的32位雙字，可使用數(shù)據(jù)傳送指令隨時讀出計數(shù)當前值。不同的CPU模塊中可使用的高速計數(shù)器是不同的，CPU221、CPU222可以使用HC0、HC3、HC4和HC5；CPU224、CPU226可以使用HC0～HC5。2.高速計數(shù)器類型及工作模式每一高速計數(shù)器都有多種運行模式，其使用的輸入端子各有不同，主要分為脈沖輸入端子、方向控制輸入端子、復位輸入端子、啟動輸入端子等。高速計數(shù)器運行模式主要分為4類。(1)帶內部方向控制的單相增/減計數(shù)器它有一個計數(shù)輸入端，沒有外部方向控制輸入信號。計數(shù)方向由內部控制字節(jié)中的方向控制位設置，只能進行單向增計數(shù)或減計數(shù)。如HC0的模式0，其計數(shù)方向控制位為SM37.3，當該位為0時為減計數(shù)，該位為1時為增計數(shù)。(2)帶外部方向控制的單相增/減計數(shù)器它有一個計數(shù)輸入端，由外部輸入信號控制計數(shù)方向，只能進行單向增計數(shù)或減計數(shù)。如HC1的模式3，I0.7為0時為減計數(shù)，I0.7為1時為增計數(shù)。運行模式描

述HCOHC4I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.50帶內部方向控制的單相增/減計數(shù)器計數(shù)計數(shù)1計數(shù)復位計數(shù)復位3帶外部方向控制的單相增/減計數(shù)器計數(shù)方向計數(shù)方向4計數(shù)方向復位計數(shù)方向復位6帶增減計數(shù)輸入的雙向計數(shù)器增計數(shù)減計數(shù)增計數(shù)減計數(shù)7增計數(shù)減計數(shù)復位增計數(shù)減計數(shù)復位9A/B相正交計數(shù)器A相計數(shù)B相計數(shù)A相計數(shù)B相計數(shù)10A相計數(shù)B相計數(shù)復位A相計數(shù)B相計數(shù)復位(3)帶增減計數(shù)輸入的雙向計數(shù)器它有兩個計數(shù)輸入端，一個為增計數(shù)輸入，一個為減計數(shù)輸入。增計數(shù)輸入端有一個脈沖到達時，計數(shù)器當前值增加

1；減計數(shù)輸入端有一個脈沖到達時，計數(shù)器當前值減少

1。若增計數(shù)脈沖與減計數(shù)脈沖相隔時間大于0.3ms，高速計數(shù)器就能夠正確計數(shù)，若相隔時間小于0.3ms，高速計數(shù)器認為兩個脈沖同時發(fā)生，計數(shù)器當前值不變。運行模式描

述HC1HC2I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.50帶內部方向控制的單相增/減計數(shù)器計數(shù)計數(shù)1計數(shù)復位計數(shù)復位2計數(shù)復位啟動計數(shù)復位啟動3帶外部方向控制的單相增/減計數(shù)器計數(shù)方向計數(shù)方向4計數(shù)方向復位計數(shù)方向復位5計數(shù)方向復位啟動計數(shù)方向復位啟動運行模式描

述HC1HC2I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.56帶增減計數(shù)輸入的雙向計數(shù)器增計數(shù)減計數(shù)增計數(shù)減計數(shù)7增計數(shù)減計數(shù)復位增計數(shù)減計數(shù)復位8增計數(shù)減計數(shù)復位啟動增計數(shù)減計數(shù)復位啟動9A/B相正交計數(shù)器A相計數(shù)B相計數(shù)A相計數(shù)B相計數(shù)10A相計數(shù)B相計數(shù)復位A相計數(shù)B相計數(shù)復位11A相計數(shù)B相計數(shù)復位啟動A相計數(shù)B相計數(shù)復位啟動(4)A/B相正交計數(shù)器它有兩個計數(shù)輸入端A相和B相，A/B相正交計數(shù)器利用兩個輸入脈沖的相位確定計數(shù)方向。A相脈沖上升沿超前于B相脈沖上升沿時為增計數(shù)，反之則為減計數(shù)。運行模式描

述HC3HC5I0.0I0.30帶內部方向控制的單相增/減計數(shù)器計數(shù)計數(shù)根據(jù)高速計數(shù)器號和模式的不同，以上4類運行模式還可增加復位端和啟動端。當復位輸入有效時，將清除計數(shù)器當前值并保持到復位輸入無效。當啟動輸入有效時，則表示允許高速計數(shù)器計數(shù)，啟動輸入無效時，計數(shù)器忽略計數(shù)脈沖的輸入，當前值保持不變。要正確使用高速計數(shù)器，除用好指令外，還要正確設置高速計數(shù)器的控制字節(jié)及當前值與預置值。而狀態(tài)位則表明了高速計數(shù)器的運行狀態(tài)，可以作為編程的參考點。3.高速計數(shù)器編程設置高速計數(shù)器控制字節(jié)控制位功能HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5復位有效電平控制位：0(高電平有效)；1(低電平有效)SM37.0SM47.0SM57.0SM147.0啟動有效電平控制位：0(高電平有效)；1(低電平有效)SM47.1SM57.1正交計數(shù)器計數(shù)速率選擇：0(4X)；1(1X)SM37.2SM47.2SM57.2SM147.2計數(shù)方向控制位：0(減計數(shù))；1(增計數(shù))SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3向HSC中寫入計數(shù)方向：0(不更新)；1(更新計數(shù)方向)SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC中寫入預置值：0(不更新)；1(更新預置值)SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC中寫入新的當前值：0(不更新)；1(更新當前值)SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6HSC允許：0(禁止HSC)；1(允許HSC)SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7高速計數(shù)器初始值/預置值要裝入的值HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5初始當前值SMD38SMD48SMD58SMD138SMD148SMD158預置值SMD42SMD52SMD62SMD142SMD152SMD162當前值和預置值都是32位帶符號整數(shù)。必須先將當前值和預置值存入表所示的特殊存儲器中，然后執(zhí)行HSC指令，才能夠將新值送入高速計數(shù)器當中。高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)，其中某些位指出了當前計數(shù)方向、當前值與預置值是否相等、當前值是否大于預置值的狀態(tài)。可以通過監(jiān)視高速計數(shù)器的狀態(tài)位產生相應中斷，完成重要操作。但要注意，狀態(tài)位只有在執(zhí)行高速計數(shù)器終端程序時才有效。高速計數(shù)器狀態(tài)位狀態(tài)位功能HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5不用SM36.0～SM36.4SM46.0～SM46.4SM56.0～SM56.4SM136.0～SM136.4SM146.0～SM146.4SM156.0～SM156.4當前計數(shù)方向狀態(tài)位：0(減計數(shù))；1(增計數(shù))SM36.5SM46.5SM56.5SM136.5SM146.5SM156.5當前值等于預置值狀態(tài)位：0(不等)；1(相等)SM36.6SM46.6SM56.6SM136.6SM146.6SM156.6當前值大于預置值狀態(tài)位：0(小于等于)；1(大于)SM36.7SM46.7SM56.7SM136.7SM146.7SM156.7狀態(tài)位功能HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5第二節(jié)高速計數(shù)器指令在工業(yè)應用中，電動機的調速、測速及定位是常見的控制方式。為實現(xiàn)電動機的精確控制，經常使用編碼器將電動機的轉速轉換為高頻脈沖信號，反饋至PLC，通過PLC對高頻脈沖的計數(shù)和相關編程實現(xiàn)對電動機的各種控制。PLC中普通計數(shù)器受到掃描周期的影響，對高速脈沖的計數(shù)可能會出現(xiàn)脈沖丟失現(xiàn)象，導致計數(shù)不準確，也就不能實現(xiàn)精確控制。PLC提供的高速計數(shù)器獨立于掃描周期之外，可以對脈寬小于掃描周期的高速脈沖準確計數(shù)，高速脈沖頻率最高可達30kHz。1.高速計數(shù)器指令名

稱定義高速計數(shù)器高速計數(shù)器運行控制指令HDEFHSC指令表格式HDEFHSC，MODEHSCN梯形圖格式指

令輸入/輸出操

作

數(shù)數(shù)據(jù)類型HDEFHSC常數(shù)(0～5)BYTEMODE常數(shù)(0～11)BYTEHSCN常數(shù)(0～5)WORD2.指令功能

HDEF定義高速計數(shù)器指令，“HSC”端口指定高速計數(shù)器編號，“MODE”端口指定具體的運行模式(各高速計數(shù)器最多有12種工作模式)。EN端口執(zhí)行條件存在時，HDEF指令可指定具體的高速計數(shù)器編號，并將其與某一工作模式聯(lián)系起來。在一個程序中，每一個高速計數(shù)器只能且必須使用一次HDEF指令。

HSC高速計數(shù)器指令，根據(jù)高速計數(shù)器特殊存儲器位的設置，按照HDEF指令指定的工作模式，控制高速計數(shù)器的工作。為更好地理解和使用高速計數(shù)器，下面給出高速計數(shù)器的一般設置過程。(1)使用初始化脈沖觸點SM0.1調用高速計數(shù)器初始化操作子程序。這個結構可以使系統(tǒng)在后續(xù)的掃描過程中不再調用這個子程序，從而減少了掃描時間，且程序更加結構化。(2)在初始化子程序中，對相應高速計數(shù)器的控制字節(jié)寫入希望的控制字。如要使用HSC1，則對SMB47寫入16#F8(2#11111000)，表示允許高速計數(shù)器運行，允許寫入新的當前值，允許寫入新的預置值，可以改變計數(shù)器方向，置計數(shù)器的計數(shù)方向為增，置啟動和復位輸入為高電平有效。(3)執(zhí)行HDEF指令，根據(jù)所選計數(shù)器號和運行模式將高速計數(shù)器號與具體運行模式進行連接。(4)在所選計數(shù)器號對應的當前值單元內裝入所希望的當前值，若裝入0，則清除原當前值。(5)在所選計數(shù)器號對應的預置值單元內裝入所希望的預置值。高速計數(shù)器設置過程(6)為捕獲高速計數(shù)器對應的中斷事件(當前值等于預置值、計數(shù)方向改變、外部復位)，編寫相應的中斷程序，并參考中斷事件及其優(yōu)先級，用ATCH中斷連接指令建立中斷事件和中斷程序的聯(lián)系。(7)執(zhí)行全局中斷允許指令(ENI)來允許高速計數(shù)器中斷。(8)執(zhí)行HSC指令，使高速計數(shù)器開始運行。6.高速計數(shù)器應用舉例

使用高速計數(shù)器指令、變頻器及光電碼盤實現(xiàn)三相異步電動機的啟動及二級減速自動定位控制系統(tǒng)。由于高速運行的交流電動機轉動慣量較大，所以在高速下定位精度很低，必須采用減速的方式減小轉動慣量，最后在低速運行時實現(xiàn)準確定位。在本例的控制中，電動機每次啟動后運行距離均相等，所以使用光電碼盤反饋方式進行二級減速及定位控制。輸入觸點功能說明輸出線圈功能說明I0.0光電碼盤脈沖輸入Q0.6電動機運行驅動輸出I0.1電動機啟動按鈕Q1.3高速運行輸出Q1.4中速運行輸出Q1.5低速運行輸出第三節(jié)高速輸出功能指令高速脈沖輸出功能可以使PLC在指定的輸出點上產生高速的PWM(脈寬調制)脈沖或輸出頻率可變的PTO脈沖，可以用于步進電動機和直流伺服電動機的定位控制和調速。在使用高速脈沖輸出功能時，CPU模塊應選擇晶體管輸出型，以滿足高速脈沖輸出的頻率要求。1.高速脈沖輸出指令名

稱高速脈沖輸出指令PLS指令表格式PLSQ梯形圖格式2.指令功能

PLS脈沖輸出指令，在EN端口執(zhí)行條件存在時，檢測脈沖輸出特殊存儲器的狀態(tài)，然后激活所定義的脈沖操作，從Q端口指定的數(shù)字輸出端口輸出高速脈沖。

PLS指令可在Q0.0和Q0.1兩個端口輸出可控的PWM脈沖和PTO高速脈沖串波形。由于只有兩個高速脈沖輸出端口，所以PLS指令在一個程序中最多使用兩次。高速脈沖輸出和輸出映像寄存器共同對應Q0.0和Q0.1端口，但Q0.0和Q0.1端口在同一時間只能使用一種功能。在使用高速脈沖輸出時，兩輸出點將不受輸出映像寄存器、立即輸出指令和強制輸出的影響。3.高速脈沖輸出所對應的特殊標志寄存器為定義和監(jiān)控高速脈沖輸出，系統(tǒng)提供了控制字節(jié)、狀態(tài)字節(jié)和參數(shù)設置寄存器。Q0.0對應寄存器Q0.1對應寄存器功能描述SMB66SMB76狀態(tài)字節(jié)，PTO方式下，監(jiān)控脈沖串的運行狀態(tài)SMB67SMB77控制字節(jié)，定義PTO/PWM脈沖的輸出格式SMW68SMW78設置PTO/PWM脈沖的周期值，范圍：2～65535SMW70SMW80設置PWM的脈沖寬度值，范圍：0～65535SMD72SMD82設置PTO脈沖串的輸出脈沖數(shù)，范圍：1～4294967295SMB166SMB176設置PTO多段操作時的段數(shù)SMW168SMW178設置PTO多段操作時包絡表的起始地址，使用從變量寄存器V0開始的字節(jié)偏移表示(1)狀態(tài)字節(jié)每個高速脈沖輸出都有一個狀態(tài)字節(jié)，監(jiān)控并記錄程序運行時某些操作的相應狀態(tài)。可以通過編程來讀取相關位狀態(tài)。狀態(tài)位功能Q0.0Q0.1不用位SM66.0～SM66.3SM76.0～SM76.3PTO包絡由于增量計算錯誤終止：0(無錯誤)；1(終止)SM66.4SM76.4PTO包絡由于用戶命令終止：0(無錯誤)；1(終止)SM66.5SM76.5PTO管線上溢/下溢：0(無溢出)；1(溢出)SM66.6SM76.6PTO空閑：0(執(zhí)行中)；1(空閑)SM66.7SM76.7(2)控制字節(jié)通過對控制字節(jié)的設置，可以選擇高速脈沖輸出的時間基準、具體周期、輸出模式(PTO/PWM)、更新方式等，是編程時初始化操作中必須完成的內容。控制位功能Q0.0Q0.1PTO/PWM周期更新允許：0(不更新)；1(允許更新)SM67.0SM77.0PWM脈沖寬度值更新允許：0(不更新)；1(允許更新)SM67.1SM77.1PTO脈沖數(shù)更新允許：0(不更新)；1(允許更新)SM67.2SM77.2

/

時基)；1(1ms/時基)SM67.3SM77.3PWM更新方式：0(異步更新)；1(同步更新)SM67.4SM77.4PTO單/多段選擇：0(單段管線)；1(多段管線)SM67.5SM77.5PTO/PWM模式選擇：0(PTO模式)；1(PWM模式)SM67.6SM77.6PTO/PWM脈沖輸出允許：0(禁止脈沖輸出)；1(允許脈沖輸出)SM67.7SM77.7PTO/PWM時間基準選擇：0(1)PWM脈沖含義及周期、脈寬設置要求

PWM脈沖是指占空比可調而周期固定的脈沖。其周期和脈寬的增量單位可以設為微秒()或毫秒(ms)，周期變化范圍分別為50～65535和2ms～65535ms。周期設置時，設置值應為偶數(shù)，若設為奇數(shù)會引起輸出波形占空比的輕微失真。周期設置值應大于

2，若設置值小于2，系統(tǒng)將默認為2。2)PWM脈沖波形更新方式由于PWM占空比可調，且周期可設置，所以存在脈沖連續(xù)輸出時的波形更新問題。系統(tǒng)提供了同步更新和異步更新兩種波形更新方式。同步更新

PWM脈沖輸出的典型操作是周期不變而變化脈沖寬度，這時由于不需要改變時間基準，可以使用同步更新。同步更新時波形的變化發(fā)生在周期的邊緣，可以形成平滑轉換。異步更新若在脈沖輸出時要改變時間基準，就要使用異步更新方式。異步更新會造成PWM功能瞬間被禁止，使得PWM波形轉換時不同步，可能會引起被控設備的振動。所以應盡量避免使用異步更新。

PWM脈沖輸出設置3)PWM脈沖輸出設置下面以Q0.0為脈沖輸出端介紹PWM脈沖輸出的設置步驟。(1)使用初始化脈沖觸點SM0.1調用PWM脈沖輸出初始化操作子程序。這個結構可以使系統(tǒng)在后續(xù)的掃描過程中不再調用這個子程序，從而減少了掃描時間，且程序更為結構化。(2)在初始化子程序中，將

16#D3(2#11010011)寫入

SMB67

控制字節(jié)中。設置內容為脈沖輸出允許；選擇PWM方式；使用同步更新；選擇以微秒為增量單位；可以更新脈沖寬度和周期。(3)向SMW68中寫入希望的周期值。(4)向SMD70中寫入希望的脈沖寬度。(5)執(zhí)行PLS指令，開始輸出脈沖。(6)若要在后續(xù)程序運行中修改脈沖寬度，則向SMB67中寫入16#D2(2#11010010)，即可以改變脈沖寬度，但不允許改變周期值。再次執(zhí)行PLS指令。

在上面初始化子程序的基礎上，若要改變脈沖寬度，則執(zhí)行以下步驟。(1)調用一子程序，把所需脈沖寬度寫入SMD70中。(2)執(zhí)行PLS指令。

1)PTO脈沖串含義及周期、脈沖數(shù)設置要求

PTO脈沖串用于輸出占空比為1∶1的方波，可以設置其周期和輸出的脈沖數(shù)量。周期的增量單位可以設為微秒()或毫秒(ms)，周期變化范圍分別為

50～65535微秒和

2～65535ms。周期設置時，設置值應為偶數(shù)，若設為奇數(shù)會引起輸出波形占空比的輕微失真。周期設置值應大于2，若設置值小于2，系統(tǒng)將默認為2。脈沖數(shù)設置范圍為1～4294967295，若設置值為0，系統(tǒng)將默認為1。2)PTO脈沖串的單段管線和多段管線輸出控制

PTO功能允許脈沖串的排隊輸出，當前脈沖串完成時，可以立即開始新脈沖的輸出，從而形成管線，保證了脈沖串順序輸出的連續(xù)性。根據(jù)管線的實現(xiàn)形式，將PTO分為單段管線和多段管線兩種。

PTO脈沖串輸出設置(1)單段管線。管線中只能存放一個脈沖串控制參數(shù)，一旦啟動了一個脈沖串輸出，就要立即為下一個脈沖串設置控制參數(shù)，并再次執(zhí)行PLS指令。第一個脈沖串輸出完畢后，第二個脈沖串自動開始輸出。重復以上過程就可輸出多個脈沖串。若前后脈沖串的時間基準產生變化或利用PLS指令捕捉到新脈沖串之前上一個脈沖串已經完成，在脈沖串之間會出現(xiàn)不平滑轉換。在管線滿時，若要再裝入一個脈沖串的控制參數(shù)，則狀態(tài)位SM66.6或SM76.6會置位，表示PTO管線溢出。單段管線編程較復雜，主要要注意新脈沖串控制參數(shù)的寫入時機。(2)多段管線。

在多段管線方式下，需要在變量存儲器區(qū)(V)建立一個包絡表。包絡表中包含各脈沖串的參數(shù)(初始周期、周期增量和脈沖數(shù))及要輸出脈沖串的段數(shù)。使用PLS指令啟動輸出后，系統(tǒng)自動從包絡表中讀取每個脈沖串的參數(shù)進行輸出。編程時，必須向SMW168或SMW178裝入包絡表的起始變量的偏移地址(從V0開始計算偏移地址)，例如包絡表從VB300開始，則需向SMW168或SMW178中寫入十進制數(shù)300。包絡表中的周期增量可以選擇微秒或毫秒，但一個包絡表中只能選擇一個時間基準，運行過程中也不能改變。從包絡表起始地址

開始的字節(jié)偏移地址包絡表各段描

述VBn段數(shù)(1～255)：設為0則產生非致命性錯誤，不產生PTO輸出VWn+1第1段初始周期(2～65535時間基準單位)VWn+3每個脈沖的周期增量(-32768～32767時間基準單位)VDn+5脈沖數(shù)(1～4294967295)VWn+9第2段初始周期(2～65535時間基準單位)VWn+11每個脈沖的周期增量(-32768～32767時間基準單位)VDn+13脈沖數(shù)(1～4294967295)………包絡表格式包絡表中各段的長度均為8個字節(jié)，前兩個字節(jié)為該段起始時脈沖的周期值；接下來的兩個字節(jié)為前后兩個脈沖之間周期值的變化量，若為正則輸出脈沖周期變大，若為負則輸出脈沖周期變小，若為0則輸出脈沖周期不變；最后四個字節(jié)設置本段內輸出脈沖的數(shù)量。一般來說，為了使各脈沖段之間能夠平滑過渡，各段的結束周期(ECT)與下一段的初始周期(ICT)應相等，在各段輸出脈沖數(shù)(Q)確定的情況下，脈沖的周期增量(N)需要經過計算來確定。例如：第1段中的初始周期為，脈沖數(shù)為400個；而