西门子200smart PWM脉冲宽度调制指令运用

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1、PWM简介


PWM是"Pulse Width Modulation"的缩写，中文翻译为"脉冲宽度调制"，通俗的讲就是调节脉冲输出的宽度。



什么是脉冲输出宽度呢？

在上图中，时间T是一个波形的周期，也就是一个脉冲持续的时间，属于固定值。而在同一个周期中，脉冲的宽度（脉宽时间T1）可以是不同的，例如15%、50%和75%等等，这就是通过PWM产生不同脉冲宽度的波形，脉冲输出宽度也就是脉冲高电平持续的时间。通过脉宽调制来改变脉冲占空比。

频率：1秒内PWM有多少个周期。



根据T（周期）=1/f（频率），假设频率f为50Hz，那么周期T等于0.02秒，1秒等于1000毫秒，即周期T为20毫秒，也就是频率为50Hz时，一个脉冲周期为20毫秒。



脉冲占空比是指一个脉冲周期时间T内，高电平的时间与整个周期时间的比例，即T1/T，单位为% ，例如脉冲占空比50%。“占空比”越宽，输出的能量就会提高，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会上升，“占空比”变窄，输出的电压信号的电压平均值就会降低，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会下降。PWM就是通过这种原理来实现D/A转换。PWM产生一个脉冲占空比可调，周期固定的脉冲输出。

例如周期时间是20ms，脉宽时间是8ms，所以低电平占用的时间就是12ms，总的占空比8/（8+12）= 40%，这就是占空比为40%的脉冲信号。因为周期为20ms，所以脉冲频率为50Hz（1秒/0.02秒），而脉冲占空比为40%，也可以计算出高电平的时间为8ms。低电平时间为12ms。


PWM脉冲宽度调制就是通过改变上述脉冲占空比的办法，通过控制数字量输出信号的连接和断开时间，来调节脉冲宽度(脉宽时间)，从而使得数字量输出信号模拟成模拟量电压信号输出，理论上讲，可以输出任意不大于最大电压值之间的模拟电压。


PWM波形的周期是固定的、周期可以调节，使用PWM信号可以用来控制温度、比例阀的开度以及控制电机的转速等等。

2、200smart 脉冲宽度调制硬件要求


200smart 标准型加晶体管输出型PLC支持PWM功能，所有经济型PLC都不支持高速脉冲输出，无论是PTO信号还是PWM信号。如果选择继电器输出型，理论上也可以输出PWM脉冲，但由于继电器的机械特性限制，输出脉冲的频率不能太高，而且继电器的频繁通断很可能会损坏PLC触点，所以不推荐使用继电器输出型PLC输出PWM脉冲信号。除PLC模块本身可输出PWM脉冲信号，目前200 smart没有可输出高速脉冲的扩展模块。



200 smart晶体管输出型PLC输出PWM脉冲信号最高频率为100KHz，ST20型号支持2路PWM脉冲输出（PWM0/PWM1）。ST30、ST40、ST60型号支持3路PWM脉冲信号（PWM0/PWM1/PWM2）。其中PWM0对应的物理地址为Q0.0，PWM1对应的物理地址为Q0.1，PWM2对应的物理地址为Q0.3，不可以更改地址映射。

3、200smart 脉冲宽度调制软件组态


1、点击200 snart编程软件左侧项目树中的“向导”，双击“PWM“启动PWM向导组态。

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2、根据实际项目需求勾选相应的要组态的脉冲。（PWM0地址Q0.0，PWM1地址Q0.1，PWM2地址Q0.3）。这里以勾选PWM0为例。

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3、给选择的PWM脉冲命名，也可以默认，不作修改。

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4、时基是PWM脉冲周期和脉冲宽度的时间单位，可以选择“毫秒”或者“微秒”两种，根据实际情况进行设置。

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5、上述组态设置将生成一个子程序“PWM0_RUN”，在编程软件通过指令目录树下的“调用子例程”来调用该子程序完成对PWM脉冲输出控制。

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程序段指令如下：

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EN：布尔型变量，调用该子程序的使能，可以赋值SM0.0



RUN：布尔型变量，为1时启动PWM脉冲输出，为0时不输出


Cycle：字WORD型变量，以组态设定的单位（毫秒、微秒）为单位设定PWM脉冲的单个周期时间。时基为毫秒时，范围为2到65535。时基为微秒时，范围为10到65535


Pulse：字WORD型变量，以组态设定的单位（毫秒、微秒）为单位设定PWM脉冲的宽度（占空比），取值范围为0到65535。当脉冲宽度等于周期值时，占空比为100%，输出连续。当脉冲宽度为0时，占空比为0%，输出断开。


Error：字节BYTE型变量，表示子程序的运行状态，0为没有错误。


上例子中，触发M0.0后端口后，Q0.0就会输出周期为20ms、占空比为40%的连续方波。

4、利用PLS指令输出PWM


除了直接使用软件中提供的PWM向导组态编程外，还可以设置特殊寄存器利用PLS脉冲输出指令来发送PWM脉冲输出。


脉冲输出指令PLS可以用来控制高速输出Q0.0、Q0.1、Q0.3提供脉冲串输出PTO或者脉宽调制PWM输出功能。其中PTO输出脉冲占空比固定为50%输出的频率和脉冲数量，PWM允许输出占空比可变的固定周期输出。


1、在200smart编程软件“指令”中找到“计数器“中的PLS指令。

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2、将PLS指令添加到程序段中。

​EN：布尔型变量，PWM脉冲输出使能端
，使用边沿信号触发。


N：字WORD型常量，指定输出PWM信号的通道编号。0为Q0.0输出、1为Q0.1输出、2为Q0.3输出。


PLS指令本身只能指定输出通道的编号，而周期时间、脉冲宽度时间等控制参数需要通过设置特殊存储器字节/字来。


PWM相关的特殊存储器字节可以分为两类：一类是用于控制PWM信号用，称为控制字节。另一类是用来表示PWM状态的，称为状态字节。



控制字节：
SMB67是PWM0（Q0.0）的控制字节
SMB77是PWM1（Q0.1）的控制字节
SMB567是PWM2（Q0.3）的控制字节


控制字节总共有8个位。
第0位：PTO/PWM更新频率/周期时间。0=不更新；1=更新


第1位：PWM更新脉冲宽度时间。
0=不更新；1=更新


第2位：PTO更新脉冲计数值。
0=不更新；1=更新


第3位：PWM时间基准。
0=us（微秒）；1=ms（毫秒）


第4位：保留


第5位：PTO设置单段或多段操作。
0=单段;1=多段


第6位：PTO/PWM模式选择。
0=PWM；1=PTO


第7位：PTO/PWM使能。
0=禁用；1=启用


用于设置脉冲周期和脉宽调制的特殊存储器，数值为十六位无符号。
PWM0：（Q0.0）
SMW68（设置脉冲周期时间）
SMW70（设置脉冲宽度时间）

PWM1：（Q0.1）
SMW78（设置脉冲周期时间）
SMW80（设置脉冲宽度时间）

PWM2：(Q0.2)
SMW568（设置脉冲周期时间）
SMW570（设置脉冲宽度时间）


PWM周期时间的取值范围为2~65535，脉冲宽度的取值范围是：0~65535，单位取决于控制字节中设置的时基。



这些特殊存储器字节/字是PTO和PWM脉冲信号共用的


案例：使用PWM0输出时间基准为ms的PWM信号，周期为20ms，脉冲宽度为8ms，周期不更新，脉冲宽度更新。


参数设置如下：
SMB67= 2#1000 1010
SMW68=20
SMW70=8

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将0写入到控制字节的第7位，使PWM0的控制字节SMB67.7为0，然后再执行PLS指令可执行PWM输出停止。

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PWM1和PWM2的控制方式类似，这里不在赘述。

5、编程使用注意事项


1、如果程序中已经组态了PWM向导，又使用PLS指令输出同一端口时，以向导的组态为准。


2、ST20型号PLC在组态时虽然在向导中看似也能组态三路PWM，其实它只支持PWM0/PWM1。


3、使用PLS指令激活PWM脉冲发生器后，相应的输出通道（比如Q0.0）被脉冲发生器接管，不受程序中其它数字量输出指令的控制（禁止输出点正常用法）。当脉冲发生器取消激活后，输出通道受普通指令输出的控制。


4、任何时候都可以通过PTO/PWM控制字节SM67.7/SM77.7/SM567.7写入参数0来执行PLS指令停止，实现停止PTO或者PWM。此时，输出点立即恢复为过程映像寄存器控制。


5、PTO和PWM输出的最低负载必须至少为额定负载的10%，才能实现启用与禁用之间的顺利切换。



6、PLS指令既可以控制输出PWM信号，也可以控制输出PTO信号，具体取决于特殊存储器的配置。


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