Transcript 第5章应用指令
第5章 应用指令 5.1 程序控制类指令 5.2 特殊指令 5.1 程序控制类指令 5.1.1结束及暂停指令 5.1.2看门狗指令 5.1.3跳转指令 5.1.4子程序指令 5.1.5程序循环指令 5.1.6顺序控制继电器指令 5.1.7与ENO指令 返回本章首页 5.1.1 结束及暂停 1. 结束指令 结束指令有两条：END和MEND。两条指令在 梯形图中以线圈形式编程。 END，条件结束指令。使能输入有效时，终 止用户主程序。 MEND无条件结束指令。无条件终止用户程序 的执行，返回主程序的第一条指令。 用Micro/Win32编程时，编程人员不需手工 输入MEND指令，而是由软件自动加在主程序 结尾。指令格式：END （无操作数） 2. 暂停指令 STOP，暂停指令。使能输入有 效时，该指令使主机CPU的工作 方式由RUN切换到STOP方式， 从而立即终止用户程序的执行。 STOP指令在梯形图中以线圈形 式编程。指令不含操作数。指令 的执行不考虑对特殊标志寄存器 位和能流的影响。 指令格式：STOP （无操作数） 返回本节 5.1.2 看门狗 WDR，看门狗复位指令。当使能输入有效时，执行 WDR指令，每执行一次，看门狗定时器就被复位一 次。 S7的看门狗WDR的设定值为300ms，有时在循环 或调用子程序，响应中断服务程序时，扫描时间超 过300ms， WDR会认为出错。 可用本指令可用以延长扫描周期，从而可以有效避 免看门狗超时错误。 指令格式：WDR （无操作数） 程序实例：指令STOP、END、WDR的应用如图 5.2所示。 LD SM5.0 //检查 I/O 错误 O SM4.3 //运行时刻检查编程 O I0.3 //外部切换开关 STOP //条件满足，由 RUN // 切换到 STOP 方式 // // LD I0.5 //外部停止控制 END //停止程序执行 // // LD M0.4 //用触点重新触发 WDR A •图5.1 //看门狗定时器 I0.2 // 停止、结束、看门狗指令 返回本节 5.1.3 跳转 1. 跳转指令 与跳转相关的指令有下面两条： （1）跳转指令 JMP，跳转指令。使能输入有效时，使 程序流程跳到同一程序中的指定标号n 处执行。执行跳转指令时，逻辑堆栈的 栈顶值总是1。 （2）标号指令 LBL，标号指令。标记程序段，作为跳 转指令执行时跳转到的目的位置。操作 数n为0~255的字型数据。 程序实例： 某生产线对产品进行加工处理，同时用增减 计数器对成品进行计数，如果检测到100个成 品就要跳过某些控制程序直接进入小包装控 制程序；若检测到900个成品，则程序跳转到 大包装控制程序。 程序如下： • . 图 5 2 程 序 跳 转 实 例 5.1.4 子程序指令 编写子程序的步骤 1 .建立子程序 2. 编写子程序 3.在主程序、其他子程序、或中断程序中 调用子程序（带参数的子程序） 1. 建立子程序 可用编程软件Edit菜单中的Insert选项，选择 Subroutine，以建立或插入一个新的子程序， 同时在指令树窗口可以看到新建的子程序图 标，默认的程序名是SBR_n，编号n从0开始 按递增顺序生成，可以在图标上直接更改子 程序的程序名。在指令树窗口双击子程序的 图标就可对它进行编辑。 2. 子程序调用 （1）子程序调用和返回指令 SBR1 子程序调用 EN 子程序条件返回 ( RET ) （2）注意事项 可有64个子程序，可以嵌套子程序，最大 嵌套深度为8 子程序内不能用END指令 不允许直接递归（自己调用自己），可间 接递归 （3）应用实例 图5.3所示的程序实现用外部控制条件 分别调用两个子程序。 LD I0.0 //使能输入 CALL S2 //调用子程序 S2 // LD I0.0 //使能输入 CALL SBR_1 //调用子程序 //SBR_1 •图5.3 子程序调用举例 3. 带参数的子程序调用 （1）子程序参数---最多可带16个参数，每 个参数包含： （2）参数子程序调用的规则 变量名 变量类型 （IN类型、IN/OUT、OUT） 数据类型 （位、字节、字、双字、实型） 参数与局部变量标的定义相匹配 参数顺序是：输入，输入/输出，输出 （3）程序实例 LD I0.0 //装入常开触点 CALL SBR_0, I0.2, VB20, VD30 // //调用子程序 SBR_0 //含有 3 个参数： //分别为布尔、字节 //和双字型 •图5.5 带参数的子程序调用 返回本节 以上面指令为例，局部变量表分配如表 5.1所示，程序段如图5.5所示。 •表5.1 局部变量表例 5.1.5 程序循环 计数值 1.循环开始FOR 初值 每执行一次循环计数值 终值 加1，当计数值大于 终值，则循环终止。 2.循环结束 NEXT 3. 程序实例 FOR EN ENO INDX INIT FINAL (NEXT) LD M0.0 // 使能输入 FOR VW10, +1, +20 //循环开始 //与第 2 个 NEXT //之间为一级循环体 LD M0.1 //使能输入 FOR VW20, +1, +5 //循环开始 //与第 1 个 NEXT //之间为二级循环体 •图5.6 程序循环(1) LD I0.0 //使能输入 CALL SBR_0 //调用子程序 0 //本梯级为二级 //循环体的功能段 NEXT //循环结束指令 LD SM0.0 //使能输入 INCW VW100 //字增指令 //每执行一次一级 //循环体，VW100 //的值增 1 NEXT •图5.6 //循环结束指令 程序循环(2) 返回本节 5.1.7 顺序控制继电器 顺序控制继电器S是专门用于编写顺序控 制程序（常称为步进控制）的。 所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺 的要求预先安排的顺序自动地进行生产 的控制方式。 一个步进控制程序是由若干个SCR段组 成，每个SCR段对应步进控制中的一个 功能控制步。 Sx.y 1. 顺序继电器指令 SCR LSCR Sn （1）段开始指令 功能：标记一个SCR段的开始，操作数是顺序继电 器Sx.y（如S0.0）。 当顺序继电器Sx.y=1启动SCR x.y的顺序程序。即允 Sn 许该SCR段工作。 (SCRT) SCRT Sn （2）段转移 功能：是当Sx.y=1,将当前的SCR段停止，切换到下 一个SCR 。其操 作数为 下一个 SCR的标 志位 （ 如 Sn S0.1） (SCRE) SCRE （3）段结束 功能：标记一个段的结束。 本例是用顺序 2. 程序实例 继电器实现的 顺序控制中的 一个步的程序 段，这一步实 现的功能是使 两个电机M1和 M2 起 动 运 行 20秒后停止， 切换到下一步。 程 序 如 图 5.7 所示。 LSCR S0.5 //由 S0.5 控制的 //顺序步的开始 // LD SM0.0 //装入常开触点 S Q1.2, 2 //将 Q1.2 和 Q1.3 //置 1 TON T50, +200 //通电延时 //本步的持续时间 //为 20s LD T50 //延时时间到 //作为切换条件 SCRT S0.6 //步转移 //切换到下一步 //同时关本步 // SCRE //本步结束标志 返回本节 3. 结构形式 （1）顺序结构 （2）分支结构 选择性分支 并发性分支 （3）循环结构 （4）复合结构 （1）顺序结构 I0.0 Q0.0 S0.1 ( ) I0.1 Q0.1 S0.2 ( ) I0.2 S0.3 Q0.2 ( ) 各顺序控制段的转换不带 分支和汇合的顺控过程。 将复杂的控制分解若干 个独立控制功能步，用 方框表示，根据动作顺 序用箭头将各方框连接 起来，在相邻的两步之 间用段横线表示转换条 件。在每步的右边画上 要执行的控制程序。 （1）顺序结构 （2）分支结构 1）选择分支 31 执行完1步，当A或D 或G或I为1，1步复位， 23 2或4或6或7开始执行； A D 43 B 8步执行，由C或F或H 或J为1决定，执行时 顺序继电器置1，3、 5、6、7顺序继电器 复位 G 3 36 E C F 38 图5.9 37 H 53 选择性分支 I J 用水平双线表示并行分支 开始和结束。 2）并发性分支 当A为1，1步复位， 2467同时置位开始 工作。 为提高工作效率， 各支路的工作时间 尽量接近一致。 图5.10 并发性分支 （3）循环结构 图 5 11 . 循环结构用于一 个顺序过程的多 次或往复执行。 功能图画法如图 5.11所示，这种 结构可看作是选 择性分支结构的 一种特殊情况。 循 环 结 构 （4）复合结构 I1.2 M 00.0 3 几种结构组合 Q0.0 I0.0 M 00.1 3 Q0.1 Q0.2 M 00.6 3 I0.6 I0.2 I0.1 M 00.2 3 Q0.2 M 00.4 3 I0.3 M 00.3 3 Q0.4 M 00.7 3 Q0.5 I1.0 I0.5 Q0.3 M 01.0 3 µÈ´ý I0.4 M 00.5 3 µÈ´ý Q0.0 I1.1 M 01.1 3 图5.12 Q1.0 功能流程图举例 返回本节 5.1.8 与ENO指令 AENO，与ENO指令。ENO是梯形图和功能框 图编程时指令盒的布尔能流输出端。如果指 令盒的能流输入有效，同时执行没有错误， ENO就置位，将能流向下传递。当用梯形图编 程时，且指令盒后串联一个指令盒或线圈， 语句表语言中用AENO指令描述。 指令格式：AENO（无操作数） •AENO指令只能在语句表中使用，将栈顶值 和ENO位的逻辑与运算，运算结果保存到栈 顶。程序如图5.13所示。 LD I0.0 //使能输入 +I VW200, VW204 //整数加法指令，VW200+VW204=VW204 //与 ENO 指令，判断整数加法指令执行是否出错 AENO ATCH INT_0, 10 //如果加法指令执行正确，则将中断程序 INT_0 //与中断事件号 10 连接，并对该中断事件开放 •图5.13 与ENO指令 返回本节 5.2 特殊指令 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 时钟指令 中断 通信 高速计数 高速脉冲输出 PID回路指令 返回本章首页 5.2.1 时钟指令 首地址 VB300 READ_RTC EN T ENO VB300 SET_RTC EN T ENO 1. 读实时时钟 TODR T TODW T TODR，读实时时钟指令。当使能输入有效时， 系统读当前时间和日期，并把它装入一个8字 节的缓冲区。 2. 写实时时钟 TODW，写实时时钟指令。用来设定实时时钟。 当使能输入有效时，系统将包含当前时间和 日期，一个8字节的缓冲区将装入时钟。 •表5.2 时钟缓冲区格式 程序实例 控制要求： 编写一段程序，可实现读、写实时时钟，并以 BCD码显示分钟。时钟缓冲区从VB100开始。 程序中的子程序SBR_0为写时钟子程序，将当 前时间写入从VB100开始的8字节时间缓冲区， 时间设置如下表5.3所示。程序实现：读写时 钟程序如图5.9所示。 LD I0.4 //装入触点 EU //上跳沿触发 CALL SBR_0 //调用子程序 LD SM0.0 //运行有效 TODR VB100 // 从 VB100 //读时钟值 MOVB VB104, VB0 //传送指令 SEG VB0,QB0 //将分钟值低位 //从QB0输出 SRB VB0,4 SEG VB0,QB1 //右移4位 //将分钟值低位 //从QB1输出 子程序SBR_0 //作用为写时钟 5.2.2 中断 1. 中断源 （1）中断源及种类 中断源，即中断事件发出中断请求的来源。 S7-200可编程序控制器具有34个中断源，每 个中断源都分配一个编号用以识别，称为中 断事件号。这些中断源大致分为三大类：通 信中断、输入输出中断和时基中断。 （2）中断优先级 中断优先级由高到低依次是：通信中断、输 入输出中断、时基中断。每种中断中的不同 中断事件又有不同的优先权。 主机中的所有中断事件及优先级如表5.4所示。 •表5.4 中断事件及优先级 ATCH EN ENO INT 2. 中断操作指令 EVNT 包括： （1）开中断指令ENI---全局开放所有被 (ENI) 连接的中断事件 （2）关中断指令DISI---全局关断所有 (DISI) 被连接的中断事件 （3）中断连接指令ATCH 功能：建立一个中断事件EVNT与一个 标号为INTn中断服务程序联系，并对该 中断事件开放。 （4）中断分离指令DTCH 功能：取消某个中断事件EVNT与所有中断程序的关 联，并对该事件关中断。 （5）中断返回指令RETI和CRET 有条件返回 无条件返回 注意事项 中断服务程序中，不能使用开中断指令ENI、关中 断指令DISI、定义高速计数器指令HDEF、步进开始 指令LSCR、条件结束指令END。 程序实例 （3）程序实例 控制要求： 程序实现的功能是 用I0.4 调用I0.1输 入 点的上升沿中断， 若发现I/O错误，则 禁止本中断，用外 部条件I0.5可以禁止 全局中断。 程序实现：本程序 如图5.10所示。 LD I0.4 ATCH INT_1, 2 //使能输入 //中断调用 //中断程序 //为 INT_1 //事件号为 2 ENI //全局开中断 // LD SM5.0 //检查 I/O 错 DTCH 2 //若 I/O 有错 //断开本中 //断连接 LD DISI I0.5 //外部条件 //全局中断 //禁止 •图5.10 中断调用程序 3. 中断程序 （1）构成 中断程序必须由三部分构成：中断程序标号、 中断程序指令和无条件返回指令。 （2）编制方法 建立中断程序INT n 在INT n中编写其服务程序 编写中断连接指令 允许中断 返回本节 温度模拟量数据采集实例 0~200度范围 定时中断0，设定100ms，在中断 服务程序中进行数据采集和变换 2 测量的实际温度=(AIW-6552)/[(32760-6552)/200] 复习思考题 测量的实际温度=(AIW-6552)/[(32760-6552)/200] 一个温度检测系统，用Pt100热电阻，测 温范围为0~200度(电流输出)，如测得环 境温度为35度，问A/D转换后的数字量？ 0~200度 对应 4~20mA 12为数字量 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 32760 4 6552 1100110011000 20 0 0 0 215 1 7 32760 12为数字量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 5.2.3 通信 通信指令包括： XMT，自由口发送指令 RCV，自由口接收指令 NETR，网络读指令 NETW，网络写指令 GPA，获取口地址指令 一、S7-200的网络通信 字符数据格式 （1）10位字符数据 传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、一 个停止位组成。传送速率一般为9600波特。 （2）11位字符数据 传送数据由1个起始位、8个数据位、1个偶校验位、 一 个 停 止 位 组 成 。 传 送 速 率 一 般 为 9600 波 特 或 19200波特。 S7-200被默认为是从站。在采用PPI通信协议时， 若设置为PPI主站模式，PLC主机可以在RUN工作 方式下为主站，可以用通信指令读取其他PLC主机 的数据。 通信协议控制寄存器 SMB30控制和设置通信端口0，如果PLC主机上有通 信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。 SMB30 和SMB130的各位及其的含义如下： 将特殊标志寄存器中的SMB30和SMB130的低2位 置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMB130的值 为16#2，则可以控制将S7-200 CPU设置为PPI主站 模式。 （1）PP位：奇偶选择 （2）D位：有效位数 （3）BBB位：自由口波特率 （4）MM位：协议选择 MM:00=PPI从站模式 01=自由口协议 10=PPI主站模式 11=保留 网络通信指令 在S7-200的PPI主站模式下，网络通信指令有两条： 1 网络读指令（NETR） 功能：EN有效通过端口PORT从远程设备接收数据， 并形成数据表。 NETR指令最多可以从远程设备上接受16字节的信 息。 2网络写指令（NETW） 功能：EN有效通过端口PORT将数据表TBL中的数 据发送到远程设备。最多可以向远程设备发送16字 节的信息。 NETR EN ENO NETW EN TBL TBL PORT PORT ENO 传送数据表 （1）数据表格式 执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的 数据以数据表的格式传送。传送数据表的格 式描述如表5.5示。 表5.5 传送数据表格式 （2）状态字节 传送数据表中的第一个字节为状态字节， 各位及其的含义如下： D—完成状态。D=0未完成，D=1完成 A—有效状态。 A=0无效，A=1有效操作已 被排队 E—错误状态。 E=0无错误，E=1有错误 0—无效位 E1、E2、E3、E4错误编码。如果执行指令 后E位为1，则由这4位返回一个错误码。这 4位组成的错误编码及含义如表5.6所示。 错误编码表 应用实例 有一简单网络，结构如下图8.17所示。其中 TD200为主站，在RUN模式下，CPU 224在用户 程 序 中 允 许 PPI 主 站 模 式 ， 可 以 利 用 NETR 和 NETW指令来不断读写两个CPU 221模块中的数 据。 站2 CPU 221 站3 CPU 221 站4 站1 CPU 224 TD200 PC/PPI µçÀ 站2 操作要求： CPU 221 站3 CPU 221 站4 站1 CPU 224 TD200 PC/PPI µçÀ 站4要读写两个远程站（站2和站3）的状态字节和 计数值（分别放在VB100和VW101中）。如果某个 远程站中的计数值达到200，站4将发生一定动作， 并将该远程站的计数值清0，重新计数。 分析：网络通信---要将站4设置为PPI主站模式 主站建立接收与发送数据表，用以读写从站 CPU 224通信端口号为0，从VB200开始设置接收 和发送缓冲区。接收缓冲区从VB200开始，发送缓 冲区从VB250开始，内容如表5.6所示。该网络通信 用户程序如图5.18所示。 表5.6 缓冲区设置 LD SM0.1 //初次扫描 MOVB 16#02, SMB30 // //设置 CPU 224 //允许 PPI 主站 //模式 FILL +0, VW200, 30 // //接收和发送缓 //冲区清 0 LDN V200.6 //网络读无效 AN V200.5 //并且无错误 MOVB 2, VB201 // //装入站 2 地址 NETR VB200, 0 // //网络读指令 // . MOVD &VB100,VD202 // //装入访问站 2 //数据区的指针 // // MOVB 3, VB206 // //装入读数据的 //字节数 图 5 18 网 络 程 序 实 例 （ 1 ） LDN AW= MOVB MOVD // V200.7 // //网络读完成 VW208, +200 // //计数值达到 200 2, VB251 // //装入站 2 地址 &VB101,VD252 //装入发送到 //站 2 数据区 MOVB +0, VW257 // //的指针 //将站 2 的计数 // //值清 0 MOVB 2, VB256 // //装入发送数据 //的字节数 NETW VB250, 0 // //网络写指令 // 图8.18 网络程序实例（2） 返回本节 二、 自由口通信 1 相关寄存器及标志 2 自由口指令 3 应用实例 自由口通信是用户可自定义通信协议，通过 建立通信中断事件，使用通信指令控制PLC 串口与其他设备进行通信。 返回本章首页 1 相关寄存器及标志 1）. 控制寄存器 2）. 特殊标志位及中断 3）. 特殊存储器字节 1)控制寄存器SMB30 或SMB130 用以设置自由口通信协议 SMB30控制和设置通信端口0，如果PLC主机上有通 信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。SMB30 和SMB130的各位及其的含义如下： （1）PP位：奇偶选择 00—无奇偶，01---偶校验，10--无奇偶，11--奇校验 （2）D位：有效位数 0---8位/字符， 1--- 7位/字符 （3）BBB位：自由口波特率 选择 000=38400 bit/s ， 001=19200 bit/s ， 010=9600 bit/s ……. （4）MM位：协议选择 11---保留 00—PPI从站模式，01—自由口协议， 10—PPI主站模式 2. 特殊标志位及中断 中断 接收中断：中断事件号为8（口0）和25（口1）。 发送完成中断：中断事件号为9（口0）和26（口 1）。 接 收 完 成 中 断 ： 中 断 事 件 号 为 23（ 口 0） 和 24 （口1）。 特殊标志位 SM4.5和SM4.6：分别用来表示口0和口1发送空 闲状态 3. 特殊存储器字节 接收信息时用到一系列特殊功能存储器。对端口0用 SMB86到SMB94；对端口1用SMB186到SMB194。各字 节及内容描述如下表5.7所示。 返回本节 2 自由口指令 1. XMT指令 XMT，发送指令。使能 输入有效时，指令初始 化通信操作，通过通信 端口PORT将数据表TBL 中的数据发送到远程设 备。 发送缓冲区（数据表） TBL的格式如表5.8所示。 XMT 2. RCV 指令 RCV，接收指令。使能输 入有效时，指令初始化通 信操作，通过通信端口 PORT从远程设备上接收 数据并放到缓冲区（数据 表）TBL。 接收缓冲区TBL的格式如 表5.8所示。 返回本节 应用实例---例3-41 以自由口通信方式向个人计算机不断地发送 “S7-200”六个ASCII码。 编程思路： 建立通信协议-----设置SM30或SM130 建立发送数据表 编写发送指令（一秒钟发送一次） 程序如下 //初始化自由口 选9600bit/s，8为数据，无奇偶校验 //建发送数据表---将s7字符送表地址VW100 //将-2字符送表地址VW102 //将00字符送表地址VW104 //数据表长度送VB99 //发送指令 例3-42 个人计算机和PLC之间接受和发送信息。 编程思路：用接收完成中断，发送完成中断 实现接受和发送。 接收完成中断 主程序建立通信协议 建立数据表 引发定时中断 建立接收完成中断事件连接 建立发送完成中断事件连接 开中断 设有三个中断程序：接收完成中断，定时中断， 发送完成中断 通信协议设置SMB30 0 0 0 0 1 0 0 1 接收信息控制字节SMB87 EN接收允许1 SC是否用SM88检测起始信息0 EC是否用SM89检测结束信息1 IL是否用SM90检测空闲状态1 C/M定时器定时性质0 TMR是否用SM92的值终止接收0 BK是否用中断条件检测起始信息0 SM86见p124 应用实例 1. 控制要求 本程序实现的功能是，一台CPU 224作为本地PLC， 用另一台CPU 224作为远程PLC，本地PLC接收来自远 程PLC的20个字符，接收完成后，信息又发回对方。 要求有一外部脉冲控制接收任务的开始，并且任务完 成后用显示灯显示。 2. 参数设置 自由口通信模式。 通信协议为：波特率9600，无奇偶校验，每字符8位。 接收和发送用同一缓冲区，首地址为VB100。 不设立超时时间。 3. 程序 主程序如右图5.19所示。实现的功能 是初始化通信口及缓冲区，建立中断 联系，并开放全局中断。中断程序 INT_0，启动发送指令。如图5.20所 示。 LD SM0.1 // //初次扫描 MOVB 9, SMB30 // //初始化自由口 ATCH INT_1, 9 // //发送完成时 //连接到中断 //程序 INT_1 ENI // //全局开中断 LD I0.1 EU //外部脉冲 //上跳沿 RCV VB100, 0 // //发送指令 //缓冲区 VB100 //通信端口 0 图 5 19 . MOVB //波特率 9600 INT_0, 23 // //8 位数据，无校验 //接收完成时 20, VB100 // //连接到中断 //传送字节数 20 //程序 INT_0 //装入缓冲区首址 // ATCH 自 由 口 通 信 例 （ 主 程 序 ） LD SM0.0 // //运行时有效 XMT VB100, 0 // // 发送指令 //缓冲区 VB100 //通信端口 0 图5.20 自由口通信例（中断0程序） 中断程序INT_1，发结束时输出。如图8.21所示。 LD SM0.0 // //运行时有效 = Q1.0 // //发送完成， //经 Q1.0 显示 图5.21 自由口通信例（中断程序1） 返回本节 5.2.4 高速计数 高速计数器HSC---High-speed counter 1. 高速计数器介绍 2. 高速计数指令 3. 高速计数器的使用方法 4. 应用实例 1. 高速计数器介绍 普通计数器是按照顺序扫描的方式进行工作， 每个扫描周期中，对计数脉冲值进行一次累加， 当输入脉冲的频率比PLC扫描频率高时，则不能 准确计数。可用高速计数器。 高速计数器最大计数频率可达20kHz，主要用于 电机转速的检测，距离检测等。 （1）数量及编号 高速计数器在程序中使用时的地址编号用HCn 来表示（在非程序中有时用HSCn），HC表示编 程元件名称为高速计数器，n为编号。 HCn除了表示高速计数器的编号之外，还代 表两方面的含义：高速计数器位和高速计数 器当前值（字）。编程时，从所用的指令可 以看出是位还是当前值（字） 。 不同型号的PLC主机，高速计数器的数量对 应如表5.7所示。 （2）中断事件类型 高速计数器的计数和动作可采用中断方式进 行控制。各种型号的PLC可用的高速计数器 的中断事件大致分为3类： 当前值等于预设值中断 输入方向改变中断 外部复位中断。 所有高速计数器都支持当前值等于预设值中 断。 每个高速计数器的3种中断的优先级由高到低， 不同高速计数器之间的优先级又按编号顺序 由高到低。具体对应关系如表5.8所示。 高速计数器的中断的优先级 （3）工作模式 高速计数器的工作模式共有12种。6个计数 器功能不完全一样。 可通过编程，使用定义高速计数器指令 HDEF来选定工作模式。 可分为四类：-----以HSC0为例 带内部方向控制的单相计数器（一个输入I0.0端 或加，或减）-----设置SM37.3(0减计数，1加计数) 带外部方向控制的单相计数器（两个输入，一个 I0.0计数输入，一个方向控制I0.1—0减；1加） 带增减计数器的双向计数器（两个计数输入端， 一增I0.0一减I0.1） 正交计数器两个时钟输入端A相I0.0 ，B相I0.1相 差900（A相超前B相90顺时针转动---增计数， A 相滞后B相90逆时针转动---减计数） （4）输入端连接 •选用某个高速计数器在某种工作模式下工作， 高速计数器的输入端不是任意选择，必须按系 统指定的专用输入点。如表5.9所示。 上述输入点在不使用高速计数器时，可作为一般的数字量输入点 2. 高速计数指令 0 4 高 速 计 数 器 指 令 有 两 条 ： HDEF 和 HSC。 （1）HDEF指令 HDEF，定义高速计数器指令。使能 输入有效时，为指定的高速计数器 选定一种工作模式。 梯形图指令盒中有两个数据输入端： HSC，高速计数器编号，为0~5的常 数，字节型；MODE，工作模式，为 0~11的常数，字节型。 每个高速计数器在使用前，都要用 HDEF定义工作模式，并且只能定义 一次 4 （2）HSC指令 HSC，高速计数器指令。使能 输入有效时，根据高速计数器 特殊存储器位的状态，并按照 HDEF指令指定的工作模式， 使高速计数器设置生效并执行 计数操作。梯形图指令盒数据 输入端N：高速计数器编号， 为0~5的常数，字型。 3. 高速计数器的使用方法 每个高速计数器都有固定的特殊功能存 储器与之相配合，完成高速计数功能。 具体对应关系如表5.11所示。 反映工作状态见书表3-7 启动或关闭计数器，控制方向等 见书表3-8 状态字节 每个高速计数器都有一个状态字节，程 序运行时根据运行状况自动使某些位置 位，可以通过程序来读相关位的状态， 用以作为判断条件实现相应的操作。状 态字节中各状态位的功能如表5.12所示。 控制字节 •表5.13 控制位含义 高速计数器编程步骤： •如：对一高速脉冲信号进行增 减计数，计数当前值达到120 产生中断，计数方向由外部信 号控制（主机CPU224） 1选择计数器及工作模式 •（1）选HSC0模式3， I0.0 计数I0.1方向控制（书P135） 2设置控制字节 •（2）SMB37---F8 3执行HDEF指令 •（3）执行HDEF指令 4设定当前值和预设值 •（4）0—SMD38,120--SMD42 5设置中断事件并全局开中断 •（5）12---INT0 •（6）执行HSC指令 6执行HSC指令 4. 应用实例1 要对一高速事件精确控制，通过对脉冲信号 进行增计数，计数当前值达到24产生中断， 重新从0计数，对中断次数进行累计。计数方 向用一个外部信号控制，并能实现外部复位。 所用的主机型号为CPU221。 设计步骤： ①选择高速计数器HSC0，并确定工作方式4。 ②令SM37=16#F8 ③执行HDEF指令，输 入端HSC为0，MODE为4。④装入当前值， 令SMD38=0。⑤装入设定值，令 SMD42=24。⑥执行中断连接ATCH指令， 输入端INT为INT0，EVNT为12。 主程序、初始化子程序和中断程序分别 如图5.12、图5.13和图5.14所示。 LD SM0.1 //初次扫描脉冲 CALL SBR_1 //调用初始化 //子程序 SBR_1 // •图5.12 主程序 LD MOVB HDEF MOVD SM0.0 //运行脉冲 16#F8, SMB37 // //设置控制字节 // // // 0, 4 //定义高速 //计数器 //选用 HSC0 //工作模式 4 +0, SMD38 // //当前值清 0 // MOVD +24, SMD42 // //将预设值 24 //入装 SMD42 // ATCH 12 ENI HSC INT_0, 10 // //中断连接指令 //中断程序为 //INT_0 //事件号为 12 //开全局中断 •图5.13 // 0 //编程计数 //器 HSC0 //使设置生效 初始化子程序 LD INCD MOVD MOVB HSC •图5.14 中断程序 SM0.0 //运行 //脉冲 VD100 // //双字增指令 //对中断次数 //进行累计 //存于 VD100 +0, SMD38 // //将 HSC0 当 //前值清 0 // 16#C8, SMB37 //重设控制字 //节 SMB37 //不重装设 //定值 0 //编程 HSC0 //使设置重新 //生效 返回本节 应用实例2 六层电梯平层信号产生。用高速计数器测距 离，了解轿厢当前位置和平层信号产生。 见附加程序。 5.2.5 高速脉冲输出 在需要对负载进行高精度控制时， 如对步进电机的控制，需要对步进 电机提供一系列的脉冲，高速脉冲 输出指令就是为满足这种需求而开 发的。 1. 高速脉冲输出介绍 （1）输出端子的确定 （2）高速脉冲输出的形式 （3）相关寄存器 （4）脉冲输出指令 （1）输出端子的确定 S7-200只有输出继电器Q0.0和Q0.1具有高速 脉冲输出功能。 不用高速脉冲时，作普通的数字量输出点用。 （2）高速脉冲输出的形式 高速脉冲输出有两种的形式： 高速脉冲序列（或称高速脉冲串）输出PTO 脉冲宽度调制输出PWM 可通过特殊继电器来定义输出的形式。 （3）相关的寄存器 每个高速脉冲发生器对应一定数量特殊标志 寄存器，这些寄存器包括控制字节寄存器、 状态字节寄存器和参数数值寄存器，用以控 制高速脉冲的输出形式、反映输出状态和参 数值。各寄存器分配如表5.14所示。 状态字节 每个高速脉冲输出都有一个状态字节 （SMB66或SMB76 ），程序运行时根据运行 状况自动使某些位置位，可以通过程序来读 相关位的状态，用以作为判断条件实现相应 的操作。状态字节中各状态位的功能如表 5.15所示。 控制字节 每个高速脉冲输出都对应一个控制字节，通 过对控制字节中指定位的编程，可以根据操 作要求设置字节中各控制位，如脉冲输出允 许、PTO/PWM模式选择、单段/多段选择、 更新方式、时间基准、允许更新等。控制字 节中各控制位的功能如表5.16所示。 脉冲输出指令 PLS指令 功能：EN有效，检测各相关寄存器的状态， 激活由控制字节定义的高速脉冲输出操作。 Q取0或1对应Q0.0和Q0.1 PLS EN 0 Q ENO 2. 高速脉冲串输出PTO （1）周期和脉冲数 （2）PTO的种类 （3）中断事件类型 （4）PTO的使用 （1）周期和脉冲数 SM67.3 周期：单位可以是微秒μs或毫秒ms；为16位 无符号数据，周期变化范围是50~65535μs或 2~65535ms，通常应设定周期值为偶数，若 设置为奇数，则会引起输出波形占空比的轻 微失真。如果编程时设定周期单位小于2，系 统默认按2进行设置。 脉冲数：用双字长无符号数表示，脉冲数取 值范围是1~4294967295之间。如果编程时指 定脉冲数为0，则系统默认脉冲数为1个。 （2）PTO的种类 PTO方式中，如果要输出多个脉冲串，允许脉冲串 进行排队，形成管线，当前输出的脉冲串完成之后， 立即输出新脉冲串，这保证了脉冲串顺序输出的连 续性。 根据管线的实现方式分： 单段管线---管线中只能存放一个脉冲串的控制参数 （入口地址）。在当前脉冲串输出期间，要对下一 个脉冲串的相关寄存器进行更新。当前脉冲串输出 完成，即可开始输出新脉冲串。 多段管线---输出多个脉冲串。需要在变量存储区建 包络表，在包络表中存储各脉冲串的参数 ，当执行 PLS指令时，CPU自动按顺序从包络表中调出各个脉 冲串的入口地址，连续输出各个脉冲串。 多管线PTO 包络表由包络段数和各段构成。每段长度为8 个字节，包括：脉冲周期值（16位）、周期 增量值（16位）和脉冲计数值（32位）。以 包络3段的包络表为例，包络表的结构如表 5.17所示。 （3）中断事件类型 高速脉冲串输出可以采用中断方式进行控制， 各种型号的PLC可用的高速脉冲串输出的中断 事件有两个，如表5.18所示。 （4）PTO的使用----编程要点 1. 2. 3. 4. 5. 6. 使用高速脉冲串输出时，要按以下步骤进行： 确定脉冲串的输出端及管线的实现方式（单段 多段） 设置控制字节---将控制字写入SMB67或SMB77 写入周期值、周期增量值和脉冲数 周期增量值= (Tn+1-Tn)/N 其中：Tn-------该段开始的周期时间 Tn+1------该段结束的周期时间 N------该段脉冲数 装入包络的首地址 设置中断事件并全局开中断 执行PLS指令 3. 应用实例 频率（KHz) B A 2 C 10 D 时间 （1）控制要求 步进电机转动过程中，要从A点加速到B点后恒速 运行，又从C点开始减速到D点，完成这一过程时 用指示灯显示。电机的转动受脉冲控制，A点和D 点的脉冲频率为2kHz，B点和C点的频率为10kHz， 加速过程的脉冲数为400个，恒速转动的脉冲数 为4000个，减速过程脉冲数为200个。 工作过程如图5.15所示。 4000个 脉冲 频率（KHz) 400个 脉冲 10 B A 200个 脉冲 C D 2 时间 •图5.15 步进电机工作过程 （2）分析 1用Q0.0，多管线方式—3段 确定脉冲发生器及工作模 （AB段、BC段、 CD段 ） 式 2确定周期值的时基单位， 设置控制字节 BC段频率最大10KHZ，对应 的周期值为100us,时基单位 写入周期值、周期增量值 为us，所以SMB67---16#A0 和脉冲数 3确定初始周期，周期增量 装入包络表首地址 •初始周期：求每段的频率 的倒数可得AB段500us,BC段 中断调用 100us，CD段100us 执行PLS指令 •周期增量= (Tn+1-Tn)/N ，AB 段-1，BC段0，CD段2 √ 4设包络表首地址VB400建立 √ 包络表。 包络表 （3）程序实现 本控制系统主程序如下图5.16所示。初始化 子程序SBR_1如图5.17所示。包络表子程序 如图5.18所示。中断程序如图5.19所示。 LD SM0.1 //初次扫描 R Q0.0, 1 //复位高速 //脉冲，使初值 //为低电位 CALL SBR_1 //调用初始 //化子程序 SBR_1 •图5.16 主程序 LD SM0.0 //运行脉冲 MOVB 16#A0, SMB67 //设置控制字节 //多段 PTO //增量单位 us //允许 PTO MOVW +400, SMW168 //装入包络表的首地 // 址 CALL SBR_0 //调用子程程序 SBR_0 //建立包络表 ATCH INT_0, 19 ENI PLS //中断连接 //事件号 19 //开全局中断 0 •图5.17 //启动 PTO 脉冲 //由 Q0.0 输出 // 初始化子程序SBR_1 • LD SM0.0 // 运行脉冲 MOVB 3, VB400 // //定义开始字节 //为VB400 // 3装入段数 MOVW+500, VW401 // //第1段周期初 //值为500ms // // . 图 5 18 MOVW－1, VW403 // //第1段周期 //增量为－ 1 MOVD +400, VD405 // //第1段脉冲数 //为400个 MOVW0, VW411 // //第2段周期 //增量为 0 MOVD +4000, VD413 // //第2段脉冲数 //为4000个 SBR_ MOVW+100, VW409 // //第2段周期初 //值为100ms // // 包 络 表 子 程 序 0 （ 1 ） MOVW +100, VW417 // //第 3 段周期初 //值为 100ms // // MOVW +2, VW419 // //第 3 段周期 //增量为+2ms MOVD +200, VD421 // //第 3 段脉冲数 //为 200 个 •图5.18 包络表子程序SBR_0（2） LD SM0.0 //运行脉冲 = Q0.6 //脉冲串全部输出 //完成后将 Q0.6 置 1 •图5.19 中断程序 4. 宽度可调脉冲输出PWM 从Q0.0或Q0.1输出周期固定，脉冲宽度变化的 脉冲信号 （1）周期和脉冲宽度 周期同PTO。脉冲宽度为16为无符号数，脉冲 宽度增量单位为us或ms。范围0~65535，占空 比为0~100%。当脉冲宽度大于或等于周期时 输出将连续接通。为0时，输出一直被关断。 （2）更新方式 根据在改变脉冲宽度时是否需要改变时间基准， 可分为同步更新和异步更新。 返回本节 同步更新：脉宽的改变和PWM脉冲的新周期同步 发生。适用于不需要改变时间基准的情况，常用 中断实现。 异步更新：需要改变时间基准时使用。异步更新 可能会导致PWM功能暂时失效，造成被控装置的 振动。 （3）PWM的使用---编程要点 确定高速PWM的输出端（Q0.0或 Q0.1） 初始化设置 设置控制字节---将控制字写入SMB67 或SMB77 写入周期值SMW68(78)、 写入脉冲宽度值SMW70(80) 执行PLS指令 应用举例-- （书例3-46 ） 将Q0.1设置为PWM输出形式，脉冲周期固定 为10s，初始脉冲宽度1000ms，当M0.0上升 沿有效脉冲宽度改为5000ms。 //控制字节设置，允许PWM，选择PWM单段操 作，同步更新，时基1ms脉冲数不更新，脉冲 宽度更新，周期更新 //设置周期10s， 设置脉冲宽度1000 执行PLS，Q0.1输出PWM 重装控制字节，设为禁止更新周期后可更新脉 冲宽度 //新脉冲宽度设为 5000ms //执行PLS 5.2.6 PID回路指令 在过程控制中经常涉及到模拟量的控制，构 成闭环控制系统。而对模拟量的处理，除 对模拟量的采样检测外，还要对采样值进 行PID运算。根据运算结果形成对模拟量 的控制作用。 1. PID算法 2. PID指令 3. 应用实例 1. PID算法 1. PID算法 如果一个PID回路的输出M(t)是时间的函数， 则可以看作是比例项、积分项和微分项三部 分之和。即： t de M t K c e K c 0edt M 0 K c dt •其中：Kc为回路增益，M0为回路输出的初始值 •变成数字离散形式 M n K C en K I ei M 0 K D en en1 n i 1 M n K C en K I ei M 0 K D en en1 n i 1 Mn----第n个采样时刻计算出来的回路控制输出值 en ----第n个采样时刻回路偏差 en -1 ----第n-1个采样时刻回路偏差 KC ----回路增益 KI ----积分项的比例系数 KD ----微分项的比例系数 M0 ----初始值 M n MPn MI n MDn 上式可表示为 M n MPn MI n MDn Mn----第n个采样时刻PID计算值 MPn ----第n个采样时刻比例项值 MIn ----第n个采样时刻积分项值 MDn ----第n个采样时刻微分项值 MPn KC (SPn PVn ) MI n KCTs / TI (SPn PVn ) MX TS为采样周期 TI为积分时间常数 TD为微分时间常数 SPn第n个采样时刻的给 定值 VPn第n个采样时刻过程 变量值 MDn KCTD / TS ( PVn1 PVn ) MX第n-1个采样时刻积分 项的值 TS M n K C SPn PVn K C SPn PVn TI TD MX K C PVn1 PVn TS 采样后的过程变量与给定值的偏差， 经上式PID运算出控制量。 上式共包含9个参数，在执行PID指令前 要建立一个PID参数表----初始化处理。 PID参数表格式 地址偏 移量 PID参数 数据格式 I/O类型 0 PVn 双字、实数 I 4 SPn I 给定值，0.0~1.0 8 Mn I/O 输出值，0.0~1.0 12 KC I 回路增益，正负长值 16 TS I 采样周期，单位s，正数 20 TI I 积分时间常数，单位min,正数 24 TD I 微分时间常数，单位min,正数 28 MX I/O 积分项前值，0.0~1.0 32 PVn-1 I/O 最近一次PID运算的过程变量 描述 过程变量的当前值，0.0~1.0 回路表初始化 程序实例： 如果给定值为 0.5，Kc为0.4， Ts 为 0.2 秒 ， Ti 为 30 分 钟 ， Td 为 15 分 钟 ， 则 可以建立一个 子 程 序 SBR0 用 来对回路表进 行初始化。表 首 地 址 VD200 程 序 如 图 5.20 所示。 LD SM0.0//运行脉冲 MOVR0.5, VD204 // //开始位置 //为VD200 //在VD204 装 //入设定值 MOVR0.4, VD212 // //装入回路增益 //值为 0.4 // // MOVR0.2, VD216 // //装入采样时间 //为0.2秒 MOVR30.0, VD220 // //装入积分时间 //为30分钟 // MOVR15.0, VD224 // //装入微分时间 //为15分钟 •图5.20 回路表初始化子程序SBR0 2. PID指令 PID，PID回路指令。使能输入有效时， 该指令利用回路表中的输入信息和组态 信息，进行PID运算。梯形图的指令盒 中有2个数据输入端：TBL，回路表的起 始地址，是由VB指定的字节型数据； LOOP，回路号，是0~7的常数。 指令影响的特殊标志存储器位：SM1.1 （溢出）。 使 能 流 输 出 ENO 断 开 的 出 错 条 件 ： SM1.1（溢出）；SM4.3（运行时间）； 0006（间接寻址）。 指令格式：PID TBL, LOOP PID的组合选择 在很多控制场合，往往只需要PID中的1种或 2种运算，如：PI、PD控制等。不同运算功 能的组合选择可通过设定不同的参数来实现。 不需要积分运算-----TI=无穷大 不需要微分运算-----TD=0 不需要比例运算-----KC=0(积分和微分项KC=1) 输入模拟量的转换及标准化 用PID指令通常要将过程变量和给定的实际值标准 化为0.0~1.0的相对值格式。转换公式： RNorm RRaw S pan Offset RNorm工程实际值的标准化值 RRaw工程实际值的实数形式值 Span最大允许值减去最小值，取32000（单极性） 或64000 （双极性） Offset取0（单极性）或0.5 （双极性） 输出模拟量转换为工程实际值 输出产生的控制作用是0.0~1.0标准化值，需 要转换成工程实际值。 Rscal M n Offset S pan Rscal工程标定的过程变量的实数格式 PID控制方式 S7-200没有内装自动控制和手动控制方式 当PID指令使能有效就可以执行PID运算---自动控 制方式 当PID指令使能无效就不执行PID运算---手动控制 方式 3. 应用实例 （1）控制要求 一水箱有一条进水管和一条出水管，出水管的水流 量随时间不断变化，要求控制进水管阀门的开度， 使水箱内的液位始终保持在水满时液位的75%。系 统使用比例积分控制，假设采用下列控制参数值： Kc为0.25，Ts为0.1秒，Ti为30分钟，Td为0分钟。 （2）分析 本系统标准化时可采用单极性方案，系统的输入来 自液位计的液位测量采样；设定值是液位的75%， 输出是单极性模拟量用以控制阀门的开度，可以在 0%~100%之间变化。 （3）程序实现 本程序的主程序如图5.21所示，回路表初始化子程 序SBR0如图5.22所示，中断程序INT0如图5.23所 示。 //参数表给定值0.75 回路增益 采样周期 积分时间常数 微分时间常数 定时中断0---0.1 //过程变量的标准化 转换 //整形变双整形 //双整形变实形 除以基准值 送PID参数表首地址 中断程序INT-0 练习 设计一个温度调节系统，温度调节范围 0~100度。现根据实际需要，控制温度在80 度，采用PID控制。假定控制参数值为：Ts 为0.5min，Kc为0.65，Ti为5min，Td为 1min。