【畅学技术】S7-1200/S7-1500 如何进行 PWM 选型与功能实现

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介绍

1.1  什么是 PWM
首先，什么是PWM？PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的意思，通常在数字量端输出一个具有指定周期持续时间和占空比的信号，其中占空比是信号脉冲持续时间与周期持续时间之比，而周期则指信号从高电平到低电平再回到高电平的时间间隔，决定信号在高低电平状态之间的切换速度。在工业领域中，PWM 控制算法是一种比较常见的控制方法，例如：直流电机速度控制，固态继电器控制加热等。下面我们将介绍在 S7-1200、S7-1500 以及各种 ET200 模块中支持 PWM 功能的 CPU 与模块。

1.2  S7-1200
每一款 S7-1200 CPU 均内置最多 4 路 PWM 控制（CPU + 信号板）。如果是DC/DC/DC的 CPU，本体即可以实现最高100kHz的 PWM 源型输出，最小输出宽度10μs。对于 CPU 1217C，可以通过差分信号实现最高 1MHz的 PWM 输出，最小输出宽度1μs。此外即使是 AC/DC/RLY或者 DC/DC/RLY 的CPU 也可以通过信号板SB1222 实现最高 4 路 200kHz 的 PWM，SB1223 实现最高 2 路 200kHz的 PWM，最小输出宽度5μs。还可以通过信号板实现 DC 5V 的输出以及漏型输出等输出形式，具体见图1和图2。


图 1. 本体包含 PWM 接口的 CPU



图 2. 支持PWM功能的信号板

S7-1200 的 PWM 功能需要进行相关硬件组态，然后使用 CTRL_PWM 指令实现 PWM 输出，可以通过修改输出控制接口调整占空比与周期，其中占空比占2字节，周期占4字节，地址取决于硬件组态。如果 S7-1200 需要更多路 PWM 输出，可以通过分布式方式连接后文1.4与1.5章节介绍的 IO 模块来实现。

1.3  S7-1500
对于S7-1500系列 CPU，只有紧凑型 CPU：CPU1511C-1 PN与CPU1512C-1 PN 本体支持 PWM 功能，其他 CPU 系列只能通过扩展模块来实现，可以通过主机架或者分布式方式连接后文1.4与1.5章节介绍的 IO 模块来实现。对于 CPU 1511C-1 PN与 CPU 1512C-1 PN，本体即支持4路最高100kHz的 PWM 源型输出，最小输出宽度 2μs。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置软件门与占空比即可启动 PWM，还可以通过输出控制接口调整周期，具体见图3。


图 3. CPU 151xC PWM 输出控制接口

1.4  S7-1500/ET200MP IO 模块

1.4.1  DQ 8x24VDC/2A HF
该模块可置于 S7-1500 CPU 主机架或者 ET200MP 分布式 IO，可以实现最多2路（0、4通道）最高500Hz的 PWM 源型输出，最小输出宽度 300μs。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置占空比即可启动PWM，具体见图4。目前无法调整周期。


图 4. DQ 8x24VDC/2A HF 输出控制接口

1.4.2  TM Timer DIDQ 16x24V
该模块可置于 S7-1500 CPU 主机架或者 ET200MP 分布式 IO，可以实现最多16路最高5kHz的 PWM 源型输出。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置占空比即可启动 PWM，DQ0参见图5，其他 DQ 使用后续字节。调整周期需要通过修改数据记录的方式，并且只能在指定的几个数值中选择。


图 5. TM Timer DIDQ 16x24V DQ0 输出控制接口

1.5   ET200SP IO 模块

1.5.1  DQ 4x24VDC/2A HS
该模块置于 ET200SP CPU 主机架或者 ET200SP 分布式 IO，使用 A0 底座，可以实现最多4路最高5kHz的 PWM 源型输出，最小输出宽度 2μs。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置占空比即可启动 PWM，具体见图6。调整周期需要通过修改数据记录的方式，并且只能在指定的几个数值中选择。


图 6. DQ 4x24VDC/2A HS 输出控制接口

1.5.2  TM Timer DIDQ 10x24V
该模块可置于 ET200SP CPU 主机架或者 ET200SP 分布式 IO，使用A0基座，可以实现最多6路最高5kHz的 PWM 源型输出。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置占空比即可启动 PWM，DQ0 参见图7，其他 DQ 使用后续字节。调整周期需要通过修改数据记录的方式，并且只能在指定的几个数值中选择。


图 7. TM Timer DIDQ 10x24V DQ0 输出控制接口

1.5.3  TM Pulse 2x24V
该模块置于 ET200SP CPU 主机架或者 ET200SP 分布式 IO，使用 B1 基座，可以实现最多2路最高100kHz的 PWM 源型输出，最小输出宽度 1μs。使用 PWM 功能需要进行相关硬件组态，但无需指令编程，只需要在输出控制接口设置软件门与占空比即可启动 PWM，还可以通过修改输出控制接口调整周期，具体见图8。此外该模块 PWM 功能还可以设置硬件使能。


图 8. TM Pulse 2x24V 输出控制接口

1.6  总结
以上描述，例如 PWM 路数，频率范围，周期可调等参数选择合适的 CPU 与模块，具体见图9。


图 9. PWM 总结

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