1.高速脉冲输出指令介绍
高速脉冲输出功能即在PLC的指定输出点上实现脉冲输出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能。S7-200 PLC配有两个PTO／PWM发生器，它们可以产生一个高速脉冲串或者一个脉冲调制波形。一个发生器输出点是Q0.0，另一个发生器输出点是Q0.1。当Q0.0和Q0.1作为高速输出点时，其普通输出点被禁用，而当不作为PTO／PWM发生器时，Q0.0和Q0.1可作为普通输出点使用。一般情况下，PTO／PWM输出负载至少为10％的额定负载。
脉冲输出指令（PLS）配合特殊存储器用于配置高速输出功能，PLS指令格式见表3-1。
表3-1 PLS指令格式
脉冲串操作（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3-1所示。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串（使用脉冲包络）。可以微秒或毫秒为单位指定脉冲宽度和周期。
PTO脉冲个数范围为1～429496295，周期为10μs～65535μs或者2ms～65535ms。
图3-1 脉冲串输出
2.与PLS指令相关的特殊寄存器的含义
如果要装入新的脉冲数（SMD72或SMD82）、脉冲宽度（SMW70或SMW80）和周期（SMW68或SMW78），应该在执行PLS指令前装入这些值和控制寄存器，然后PLS指令会从特殊存储器SM中读取数据，并按照存储数值控制PTO／PWM发生器。这些特殊寄存器分为三大类：PTO／PWM功能状态字、PTO／PWM功能控制字和PTO／PWM功能寄存器。这些寄存器的含义见表3-2、表3-3和表3-4。
表3-2 PTO控制寄存器的SM标志
表3-3 其他PTO／PWM寄存器的SM标志
表3-4 PTO／PWM控制字节参考
使用PTO／PWM功能相关的特殊存储器SM还有以下几点需要注意。
①如果要装入新的脉冲数（SMD72或SMD82）、脉冲宽度（SMW70或SMW80）或者周期（SMW68或SMW78），应该在执行PLS指令前装入这些数值到控制寄存器。
②如果要手动终止一个正在进行的PTO包络，要把状态字中的用户终止位（SM66.5或者SM76.5）置1。
③PTO状态字中的空闲位（SM66.7或者SM76.7）标志着脉冲输出完成。另外，在脉冲串输出完成时，可以执行一段中断服务程序。如果使用多段操作时，可以在整个包络表完成后执行中断服务程序。
3.S7-200 PLC的高速输出点控制步进电动机
【例3-1】某设备上有1套步进驱动系统，步进驱动器的型号为SH-2H042Ma，步进电动机的型号为17HS111，是两相四线直流24V步进电动机，要求：压下按钮SB1时，步进电动机正转，压下按钮SB2时停止。请画出I／O接线图并编写程序。
方法一：
【解】
（1）主要软硬件配置
①1套STEP7-Micro／WIN V4.0 SP9；
②1台步进电动机的型号为17HS111；
③1台步进驱动器的型号为SH-2H042Ma；
④1台CPU221CN。
（2）步进电动机与步进驱动器的接线
本系统选用的步进电动机是两相四线的步进电动机，其型号是17HS111，这种型号的步进电动机的出线接线图如图3-2所示（图中只画了1台电动机）。其含义是：步进电动机的4根引出线分别是红色、绿色、黄色和蓝色；其中红色引出线应该与步进驱动器的A＋接线端子相连，绿色引出线应该与步进驱动器的A-接线端子相连，黄色引出线应该与步进驱动器的B＋接线端子相连，蓝色引出线应该与步进驱动器的B-接线端子相联。
（3）PLC与步进电动机、步进驱动器的接线
步进驱动器有共阴和共阳两种接法，这与控制信号有关系，西门子PLC输出信号是＋24V信号（即PNP接法），所以应该采用共阴接法，所谓共阴接法就是步进驱动器的DIR-和CP-与电源的负极短接，如图3-2所示。顺便指出，三菱的PLC输出的是低电位信号（即NPN接法），因此应该采用共阳接法。
图3-2 PLC与驱动器和步进电动机接线图
那么PLC能否直接与步进驱动器相连接呢？答案是不能。这是因为步进驱动器的控制信号是＋5V，而西门子PLC的输出信号是＋24V，显然是不匹配的。解决问题的办法就是在PLC与步进驱动器之间串联一只2kΩ电阻，起分压作用，因此输入信号近似等于＋5V。有的资料指出，串联一只2kΩ的电阻是为了将输入电流控制在10mA左右，也就是起限流作用，在这里电阻的限流或分压作用的含义在本质上是相同的。CP＋和（CP-）是脉冲接线端子，DIR＋和DIR-是方向控制信号接线端子。PLC接线图如图3-2所示。有的步进驱动器只能接“共阳接法”，如果使用西门子S7-200 PLC控制这种类型的步进驱动器，不能直接连接，必须将PLC的输出信号进行反相。另外，读者还要注意，输入端的接线采用是PNP接法，因此两只接近开关是PNP型，若读者选用的是NPN型接近开关，那么接法就不同。
（4）程序编写
编写梯形图程序如图3-3所示。
【关键点】编写这段程序的关键点在于初始化和强制使步进电动机停机而对SMB67的设定，其核心在于对SMB67寄存器的理解。其中，SMB67＝16＃85的含义是PTO允许、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲更新和PTO周期更新，SMB67＝16＃CB的含义是PTO禁止、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲不更新和PTO周期不更新。
图3-3 程序
a）程序—主程序
图3-3 程序（续）
b）程序—子程序
若读者不想在输出端接分压电阻，那么在PLC的1L＋接线端子上接DC＋5V也是可行的，但产生的问题是本组其他输出信号都为DC＋5V，因此读者在设计时要综合考虑利弊，从而进行取舍。
方法二：
对于初学者，大多感觉利用PLC的高速输出点对步进电动机进行运动控制比较麻烦，特别是控制字不容易理解。幸好西门子的软件设计师早已经考虑到了这些，STEP7-MicroWIN软件中提供了位置控制向导，利用位置控制向导，读者很容易编写程序。以下具体介绍这种方法。
（1）激活“位置控制向导”
打开STEP 7软件，在主菜单“工具”中选中“位置控制向导”子菜单，并单击之，弹出装置选择界面，如图3-4所示。
（2）装置选择
S7-22X系列PLC内部有两个装置可以配置，一个是机载PTO／PWM发生器，一个是EM253位置模块，位置控制向导允许配置以下两个装置中的任意一个装置。很显然，本例选择“PTO／PWM发生器”，如图3-4的“1”处，再单击“下一步”按钮。
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图3-4 装置选择
（3）指定一个脉冲发生器
S7-22X系列PLC内部有两个脉冲发生器（Q0.0和Q0.1）可供选用，本例选用Q0.0，再单击“下一步”按钮，如图3-5所示。
图3-5 指定一个脉冲发生器
（4）选择PTO或PWM，并选择时间基准
可选择Q0.0为脉冲串输出（PTO）或脉冲宽度调制（PWM）配置脉冲发生器，对于本例，控制步进电动机，应该选择“脉冲串输出（PTO）”，再单击“下一步”按钮，如图3-6所示。
图3-6 选择PTO或PWM模式
（5）指定电动机速度
MAX_SPEED：在电动机扭矩能力范围内输入应用所需的最佳工作速度。驱动负载所需的转矩由摩擦力、惯性和加速／减速时间决定。位置控制向导会计算和显示由位控模块为指定的MAX_SPEED所能够控制的最低速度。
SS_SPEED：在电动机的能力范围内输入一个数值，以低速驱动负载。如果SS_SPEED数值过低，电动机和负载可能会在运动开始和结束时颤动或跳动。如果SS_SPEED数值过高，电动机可能在启动时失步，并且在尝试停止时，负载可能使电动机不能立即停止而多行走一段。
如图3-7所示，在“1”和“3”处输入最大速度、起动和停止速度，再单击“下一步”按钮。
（6）设置加速和减速时间
ACCEL_TIME（加速时间）：电动机从SS_SPEED加速至MAX_SPEED所需要的时间，默认值＝1000ms（1s），本例选默认值，如图3-8所示的“1”处。
图3-7 指定电动机速度
DECEL_TIME（减速时间）：电动机从MAX_SPEED减速至SS_SPEED所需要的时间，默认值＝1000ms（1s），本例选默认值，如图3-8所示的“2”处。再单击“下一步”按钮。
图3-8 设置加速和减速时间
（7）定义每个已配置的轮廓
先单击如图3-9所示中的“新包络”，弹出“定义每个已配置的轮廓（2）”，如图3-10
图3-9 定义每个已配置的轮廓（1）
图3-10 定义每个已配置的轮廓（2）
所示，单击“确定”按钮，弹出“定义每个已配置的轮廓（3）”，如图3-11所示。
先选择“操作模式”，如图3-11所示的“1”处，根据操作模式（相对位置或单速连续旋转）配置此轮廓。再在“2”处和“3”处输入目标速度和结束位置脉冲，接着单击“绘制包络”按钮，包络线生成，最后单击“确定”按钮。
图3-11 定义每个已配置的轮廓（3）
（8）设定轮廓数据的起始V内存地址
PTO向导在V内存中以受保护的数据块页形式生成PTO轮廓模板，在编写程序时不能使用PTO向导已经使用的地址，此地址段可以系统推荐，也可以人为分配，人为分配的好处是PTO向导占用的地址段可以避开读者习惯使用的地址段。设定轮廓数据的起始V内存地址如图3-12所示，本例设置为“VB1000”，再单击“下一步”按钮。
图3-12 设定轮廓数据的起始V内存地址
（9）生成程序代码
最后单击“确定”按钮可成生子程序，如图3-13所示。至此，PTO向导的设置工作已经完成，后续工作就是在编程时使用这些生成的子程序。
（10）子程序简介
PTOx_CTRL子程序：（控制）启用和初始化与步进电动机或伺服电动机合用的PTO输出，在程序中只使用一次，并且确定在每次扫描时得到执行。始终用SM0.0作为EN的输入。PTOx_CTRL子程序的参数见表3-5。
图3-13 生成程序代码
表3-5 PTOx_CTRL子程序的参数表
PTOx_RUN子程序（运行轮廓）：命令PLC执行存储于配置／轮廓表的特定轮廓中的运动操作。开启EN位会启用此子程序。PTOx_RUN子程序的参数见表3-6。
表3-6 PTOx_RUN子程序的参数表
PTOx_MAN子程序（手动模式）：将PTO输出置于手动模式。允许电动机起动、停止和按不同的速度运行。当PTOx_MAN子程序已启用时，任何其他PTO子程序都无法执行。PTOx-MAN子程序的参数见表3-7。
表3-7 PTOx_MAN子程序的参数表
（11）编写程序
使用了位置控制向导，编写程序就比较简单，但必须搞清楚三个子程序的使用方法，这是编写程序的关键，梯形图如图3-14所示。
图3-14 梯形图
【关键点】利用指令向导编写程序，其程序简洁、容易编写，特别是控制步进电动机加速启动和减速停止，显得非常方便，且能很好地避开步进电动机失步。
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