S7系列PLC電氣控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用第5講 S7-200在定長(zhǎng)切割中的應(yīng)用

1 前言

在運(yùn)動(dòng)控制中的大量場(chǎng)合，輸入的都是一些高速脈沖信號(hào)，如光電編碼器信號(hào)，這時(shí)候PLC可以使用高速計(jì)數(shù)器功能對(duì)這些特定的脈沖量進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，來(lái)最終獲取所需要的工藝數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)速、角度、位移等）。從硬件角度來(lái)講，PLC都會(huì)內(nèi)置一些端口用于高速脈沖輸入，其結(jié)構(gòu)與普通的數(shù)字量不同。從軟件角度來(lái)講，PLC都會(huì)采用特殊的高速計(jì)數(shù)器指令，來(lái)進(jìn)行中斷處理。

2 定長(zhǎng)切割的硬件設(shè)計(jì)

圖1所示是用于片材或帶材定長(zhǎng)切割的應(yīng)用案例。待切材料從左向右隨牽引電機(jī)前行，光電編碼器信號(hào)用來(lái)測(cè)量牽引過(guò)的長(zhǎng)度，待牽引長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，電機(jī)制動(dòng)且切刀動(dòng)作，即實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)切割。

圖1 定長(zhǎng)切割

PLC作為定長(zhǎng)切割控制的核心，主要對(duì)牽引長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算和對(duì)切刀進(jìn)行控制。根據(jù)工藝流程圖，可以轉(zhuǎn)換為圖2所示的定長(zhǎng)切割電氣圖。

圖2 定長(zhǎng)切割電氣圖

由圖2可以得出定長(zhǎng)切割控制的I/O資源分配（如表1所示）。

表1 I/O資源分配

由于光電編碼器（通常是5～12V）與PLC輸入信號(hào)（24V）經(jīng)常不一致，建議使用高速光耦轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

3 定長(zhǎng)切割的軟件編程

（1）HSC向?qū)Ь幊?/p>

在S7-200編程環(huán)境中，選擇菜單命令工具（T）> 指令向?qū)SC；或點(diǎn)擊瀏覽條中的指令向?qū)D標(biāo)，然后選擇 HSC；或打開(kāi)指令樹(shù)中的“向?qū)А蔽募A并隨后打開(kāi)HSC向?qū)А?/p>

☆ 選擇計(jì)數(shù)器類(lèi)型和操作模式

從圖3的列表框（根據(jù) PLC）選擇須配置的計(jì)數(shù)器，從列表框選擇操作模式，根據(jù)選擇的計(jì)數(shù)器決定它可用的模式。

圖3 選擇計(jì)數(shù)器類(lèi)型和操作模式

☆ 指定初始參數(shù)

如圖4所示的初始化參數(shù)包括：向?qū)樽映绦蛑付ㄒ粋€(gè)默認(rèn)名稱(chēng)，用戶(hù)也可以指定一個(gè)不同的名稱(chēng)，但請(qǐng)勿使用現(xiàn)有子程序名稱(chēng)；為計(jì)數(shù)器 CV 和 PV 指定一個(gè)雙字地址、全局符號(hào)或整數(shù)常數(shù)；指定初始計(jì)數(shù)方向。

☆ 程序中斷事件／編程多步操作

計(jì)數(shù)器類(lèi)型和操作模式選擇決定可用的中斷事件。當(dāng)用戶(hù)選擇對(duì)當(dāng)前數(shù)值等于預(yù)置值事件（CV = PV）進(jìn)行編程時(shí)，向?qū)г试S指定多步計(jì)數(shù)器操作，如圖5所示。

圖4 指定初始參數(shù)

圖5 程序中斷事件／編程多步操作

☆ 生成代碼

完成 HSC 參數(shù)配置后，可以檢查計(jì)數(shù)器使用的子程序／中斷程序列表。在點(diǎn)擊“完成”按鈕后，允許向?qū)?HSC 生成必要的程序代碼。代碼包括用于高速計(jì)數(shù)器初始化的子程序。另外，為用戶(hù)選擇編程的每一個(gè)事件生成一個(gè)中斷程序。對(duì)于多步應(yīng)用，則為每一個(gè)步生成一個(gè)中斷程序。當(dāng)然要使能計(jì)數(shù)器操作，必須從主程序中調(diào)用包含初始化代碼的子程序，如使用 SM 0.1 或沿觸發(fā)指令確保該子程序僅被調(diào)用一次。

（2）高速計(jì)數(shù)器設(shè)置的相關(guān)步驟

從定長(zhǎng)切割的電氣圖中可以看出，這里選用的是A/B相正交計(jì)數(shù)器，它可以選擇模式9、10或11，對(duì)于該模式，可以按照以下步驟來(lái)進(jìn)行：

☆使用首次掃描內(nèi)存位調(diào)用執(zhí)行初始化操作的子程序。因?yàn)槭褂米映绦蛘{(diào)用，隨后的掃描不再調(diào)用子程序，因此可減少掃描時(shí)間執(zhí)行并使程序結(jié)構(gòu)更條理化。

☆在初始化子程序中，根據(jù)所需的控制操作載入SMB47。

例如（1x 計(jì)數(shù)模式），即設(shè)SMB47 = 16#FC產(chǎn)生下列結(jié)果：?jiǎn)⒂糜?jì)數(shù)器、寫(xiě)入新當(dāng)前值、寫(xiě)入新預(yù)設(shè)值、設(shè)置HSC初始方向、向上計(jì)數(shù)、將起始和復(fù)原輸入設(shè)為現(xiàn)用水平高。

又如（4x計(jì)數(shù)模式）：即設(shè)SMB47 = 16#F8產(chǎn)生下列結(jié)果：?jiǎn)⒂糜?jì)數(shù)器、寫(xiě)入新當(dāng)前值、寫(xiě)入新預(yù)設(shè)值、設(shè)置初始HSC方向、向上計(jì)數(shù)、將起始和復(fù)原輸入設(shè)為現(xiàn)用水平高。

☆執(zhí)行HDEF指令，HSC輸入設(shè)為1，無(wú)外部復(fù)原或起始的MODE（模式）輸入設(shè)為9，有外部復(fù)原但無(wú)起始設(shè)為10，有外部復(fù)原和起始設(shè)為11。

☆用所需的當(dāng)前值載入SMD48（雙字尺寸數(shù)值）（載入零可加以清除）。

☆用所需的預(yù)設(shè)值載入SMD52（雙字尺寸數(shù)值）。

☆為了捕獲當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值，將CV＝PV中斷事件（事件13）附加于中斷例行程序中，為中斷編程。

☆為了捕獲方向改變，將方向改變中斷事件（事件14）附加于中斷例行程序中，為中斷編程。

☆為了捕獲外部復(fù)原事件，將外部復(fù)原中斷事件（事件15）附加于中斷例行程序中，為中斷編程。

☆執(zhí)行全局中斷啟用指令（ENI），啟用中斷。

☆執(zhí)行HSC指令，使S7-200為HSC1編程。

☆退出子程序。

（3）定長(zhǎng)切割的具體程序

定長(zhǎng)切割的主程序、子程序和中斷程序具體如圖6～圖8所示。

圖6 定長(zhǎng)切割主程序

圖7 定長(zhǎng)切割子程序

圖8 定長(zhǎng)切割中斷程序

4 結(jié)束語(yǔ)

在S7-200中，可以使用高速計(jì)數(shù)器定義指令來(lái)定義計(jì)數(shù)器的模式和輸入，同一個(gè)輸入點(diǎn)不能用于兩個(gè)不同的功能，但是任何一個(gè)沒(méi)有被高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前模式使用的輸入點(diǎn)，都可以被用作其他用途。

[1] 李方園. 自動(dòng)化綜合實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[2] 李方園. 零起點(diǎn)學(xué)西門(mén)子S7-200 PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012