S7-200:PLC脉冲输出MAP库文件的使用

1 概述

S7--200提供了三种方式的开环运动控制：

• 脉宽调制（PWM）--内置于S7--200，用于速度、位置或占空比控制。

• 脉冲串输出（PTO）--内置于S7--200，用于速度和位置控制。

• EM253位控模块--用于速度和位置控制的附加模块。

S7—200的内置脉冲串输出提供了两个数字输出通道（Q0.0和Q0.1），该数字输出可以通过位控向导组态为PWM或PTO的输出。

当组态一个输出为PTO操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置PTO功能仅提供了脉冲串输出。您的应用程序必须通过PLC内置I/O或扩展模块提供方向和限位控制。

PTO按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波（占空比50％），如图1。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串（使用脉冲包络）。可以指定脉冲数和周期（以微秒或毫秒为增加量）:

• 脉冲个数： 1到4,294,967,295
• 周期： 10μs(100K)到65535μs或者2ms到65535ms。



图1

200系列的PLC的最大脉冲输出频率除 CPU224XP 以外均为20kHz。CPU224XP可达100kHz。如表1所示：



表1

2 MAP库的应用

2.1 MAP库的基本描述

现在，200系列 PLC 本体 PTO 提供了应用库MAP SERV Q0.0 和 MAP SERV Q0.1，分别用于 Q0.0 和 Q0.1 的脉冲串输出。如图2所示：



图2

注： 这两个库可同时应用于同一项目。

各个块的功能如表2所示：

块	功能
Q0_x_CTRL	参数定义和控制
Q0_x_MoveRelative	执行一次相对位移运动
Q0_x_MoveAbsolute	执行一次绝对位移运动
Q0_x_MoveVelocity	按预设的速度运动
Q0_x_Home	寻找参考点位置
Q0_x_Stop	停止运动
Q0_x_LoadPos	重新装载当前位置
Scale_EU_Pulse	将距离值转化为脉冲数
Scale_Pulse_EU	将脉冲数转化为距离值

表2

总体描述

该功能块可驱动线性轴。

为了很好的应用该库，需要在运动轨迹上添加三个限位开关，如图3：

• 一个参考点接近开关（home），用于定义绝对位置 C_Pos 的零点。
• 两个边界限位开关，一个是正向限位开关(Fwd_Limit)，一个是反向限位开关(Rev_Limit)。
• 绝对位置 C_Pos 的计数值格式为 DINT ，所以其计数范围为(-2.147.483.648 to +2.147.483.647). 
• 如果一个限位开关被运动物件触碰，则该运动物件会减速停止，因此，限位开关的安置位置应当留出足够的裕量ΔSmin 以避免物件滑出轨道尽头。



图3

2.2 输入输出点定义

应用MAP库时，一些输入输出点的功能被预先定义，如表3所示：

名称	MAP SERV Q0.0	MAP SERV Q0.1
脉冲输出	Q0.0	Q0.1
方向输出	Q0.2	Q0.3
参考点输入	I0.0	I0.1
所用的高速计数器	HC0	HC3
高速计数器预置值	SMD 42	SMD 142
手动速度	SMD 172	SMD 182

表3

2.3 MAP库的背景数据块

为了可以使用该库，必须为该库分配 68 BYTE（每个库）的全局变量，如图4所示：



图4

下表是使用该库时所用到的最重要的一些变量（以相对地址表示），如表4：

符号名	相对地址	注释
Disable_Auto_Stop	+V0.0	默认值=0意味着当运动物件已经到达预设地点时，即使尚未减速到Velocity_SS，依然停止运动； =1时则减速至Velocity_SS时才停止
Dir_Active_Low	+V0.1	方向定义，默认值 0 = 方向输出为1时表示正向。
Final_Dir	+V0.2	寻找参考点过程中的最后方向
Tune_Factor	+VD1	调整因子（默认值=0）
Ramp_Time	+VD5	Ramp time = accel_dec_time（加减速时间）
Max_Speed_DI	+VD9	最大输出频率 = Velocity_Max
SS_Speed_DI	+VD13	最小输出频率 = Velocity_SS
Homing_State	+VD18	寻找参考点过程的状态
Homing_Slow_Spd	+VD19	寻找参考点时的低速(默认值 = Velocity_SS)
Homing_Fast_Spd	+VD23	寻找参考点时的高速(默认值 = Velocity_Max/2)
Fwd_Limit	+V27.1	正向限位开关
Rev_Limit	+V27.2	反向限位开关
Homing_Active	+V27.3	寻找参考点激活
C_Dir	+V27.4	当前方向
Homing_Limit_Chk	+V27.5	限位开关标志
Dec_Stop_Flag	+V27.6	开始减速
PTO0_LDPOS_Error	+VB28	使用Q0_x_LoadPos时的故障信息(16#00 = 无故障, 16#FF = 故障)
Target_Location	+VD29	目标位置
Deceleration_factor	+VD33	减速因子 =(Velocity_SS – Velocity_Max) /
		accel_dec_time (格式: REAL)
SS_Speed_real	+VD37	最小速度 = Velocity_SS (格式: REAL)
Est_Stopping_Dist	+VD41	计算出的减速距离 (格式: DINT)

表4

2.4 功能块介绍

下面逐一介绍该库中所应用到的程序块。这些程序块全部基于PLC-200 的内置PTO输出，完成运动控制的功能。此外，脉冲数将通过指定的高速计数器 HSC 计量。通过 HSC 中断计算并触发减速的起始点。

2.4.1 Q0_x_CTRL

该块用于传递全局参数，每个扫描周期都需要被调用。功能块如图5，功能描述见表5。



图5

参数	类型	格式	单位	意义
Velocity_SS	IN	DINT	Pulse/sec.	启动/停止频率
Velocity_Max	IN	DINT	Pulse/sec.	最大频率
accel_dec_time	IN	REAL	sec.	最大加减速时间
Fwd_Limit	IN	BOOL	正向限位开关
Rev_Limit	IN	BOOL	反向限位开关
C_Pos	OUT	DINT	Pulse	当前绝对位置

表5

Velocity_SS 是最小脉冲频率，是加速过程的起点和减速过程的终点。

Velocity_Max 是最大小脉冲频率，受限于电机最大频率和PLC的最大输出频率。

在程序中若输入超出（Velocity_SS，Velocity_Max）范围的脉冲频率，将会被Velocity_SS 或 Velocity_Max 所取代。

accel_dec_time 是由 Velocity_SS 加速到 Velocity_Max 所用的时间（或由Velocity_Max 减速到 Velocity_SS 所用的时间，两者相等），范围被规定为 0.02 ~ 32.0 秒，但最好不要小于0.5秒。

警告：超出 accel_dec_time 范围的值还是可以被写入块中，但是会导致定位过程出错！

2.4.2 Scale_EU_Pulse

该块用于将一个位置量转化为一个脉冲量，因此它可用于将一段位移转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲频率。功能块如图6，功能描述见表6。



图6

参数	类型	格式	单位	意义
Input	IN	REAL	mm or mm/s	欲转换的位移或速度
Pulses	IN	DINT	Pulse /revol.	电机转一圈所需要的脉冲数
E_Units	IN	REAL	mm /revol.	电机转一圈所产生的位移
Output	OUT	DINT	Pulse or pulse/s	转换后的脉冲数或脉冲频率

表6

下面是该功能块的计算公式：



2.4.3 Scale_ Pulse_EU

该块用于将一个脉冲量转化为一个位置量，因此它可用于将一段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。功能块如图7，功能描述见表7。



图7

参数	类型	格式	单位	意义
Input	IN	REAL	Pulse or pulse/s	欲转换的脉冲数或脉冲频率
Pulses	IN	DINT	Pulse /revol.	电机转一圈所需要的脉冲数
E_Units	IN	REAL	mm /revol.	电机转一圈所产生的位移
Output	OUT	DINT	mm or mm/s	转换后的位移或速度

表7

下面是该功能块的计算公式：



2.4.4 Q0_x_Home

功能块如图8，功能描述见表8。



图8

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