西门子200smart编码器+高速计数器

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1、2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 1 基 于 编 码 器 、 高 速 计 数 器 的交 流 电 机 传 动 控 制 系 统 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 2 控 制 要 求分 拣 装 置 按 下 启 动 按 键 ， 并 且 检 测 到 传 送 带 上 有 工 件 ， 变 频 器 带 动 交 流 电机 工 作 ， 从 而 使 传 送 带 带 动 工 件 前 行 。 若 检 测 到 此 工 件 为 金 属 材 质 ，则 分 拣 到 A站 ， 若 为 非 金 属 塑 料 材 质 ， 则 分 拣 到 B站 。 按 下 停 止 按 键 ，整 个 循 环

2、 停 止 。 电 路 设 计u主 电 路 设 计 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 3 电 路 设 计u控 制 电 路 设 计 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 4电 磁 铁 (23)黄 灯 (24)绿 灯 (25)红 灯 (26) CPU224XP晶 体 管(DC/DC/DC) - +DC24V +24VQ0.3COMI0.4I0.3I0.2I0.1I0.0 DIN11L+ UQ0.1Q0.2Q0.0 M交 流 电 机 西 门 子MM420/440 变 频 器I0.5 I0.6 MV AIN-AIN+ 交 流 电 机 接 线 图 VW Q0.4

3、说 明 ： （ 1） 启 动 、 停 止 接 JDO2A的 点 动 按 钮 或 直 接 用 钮 子 开 关 代 替 。 （ 2） 接 线 时 ， 应 结 合 接 线 原 理 图 及 端 子 接 线 说 明 ， 确 保 接 线 无 误 。启 动编 码 器 B相 （ 20）编 码 器 A相 （ 19）停 止（ 金 属 ） 电 感 传 感 器 检 测 （ 13）（ 上 料 ） 光 电 传 感 器 检 测 （ 10）（ 尼 龙 ） 电 容 传 感 器 检 测 （ 16） 电 路 设 计uPLC I/O分 配 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 5 程 序 设 计u设 计 思 路

4、：u一 、 传 送 带 运 行 控 制 ：u 1、 变 频 器 参 数 设 置u 2、 变 频 器 运 行 控 制u二 、 分 拣 继 电 器 控 制 ：u 1、 精 准 定 位 ？ 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 6 知 识 拓 展 旋 转 编 码 器u旋 转 编 码 器 是 用 来 测 量 转 速 的 装 置 ， 光 电 式 旋转 编 码 器 通 过 光 电 转 换 ， 可 将 输 出 轴 的 角 位 移、 角 速 度 等 机 械 量 转 换 成 相 应 的 电 脉 冲 以 数 字量 输 出 （ REP） 。 u 编 码 器 的 分 类u 编 码 器 按 照 信

5、号 电 压 分 类 ： 24V和 5Vu 按 照 信 号 类 型 分 为 ： 绝 对 式 编 码 器 、 增 量 式 编 码 器 、 混 合 式 编 码 器 绝 对 值 编 码 器 为 每 一 个 轴 的 位 置 提 供 一 个 独 一 无 二 的 编 码 数 字 值。 增 量 式 编 码 器 轴 的 每 圈 转 动 ， 增 量 型 编 码 器 提 供 一 定 数 量 的 脉 冲。 u 按 照 信 号 采 集 方 式 分 为 ： 单 倍 频 和 四 倍 频知 识 拓 展 旋 转 编 码 器 单 倍 频 模 式 （ 1X） 旋 转 编 码 器 四 倍 频 模 式 （ 4X） 知 识 拓 展 -编

6、 码 器u编 码 器u 旋 转 编 码 器 是 通 过 光 电 转 换 ， 将 输 出 把 轴 上 的 机 械 、 几 何 位 移 量 转 换成 脉 冲 或 数 字 信 号 的 传 感 器 ， 主 要 用 于 速 度 或 位 置 （ 角 度 ） 的 检 测 。典 型 的 旋 转 编 码 器 是 由 光 栅 盘 和 光 电 检 测 装 置 组 成 。 光 栅 盘 是 在 一 定直 径 的 圆 板 上 等 分 地 开 通 若 干 个 长 方 形 狭 缝 。 由 于 光 电 码 盘 与 电 动 机同 轴 ， 电 动 机 旋 转 时 ， 光 栅 盘 与 电 动 机 同 速 旋 转 ， 经 发 光 二

7、极 管 等 电子 元 件 组 成 的 检 测 装 置 检 测 输 出 若 干 脉 冲 信 号 ， 其 原 理 示 意 图 如 图 所 示 ； 通 过 计 算 每 秒 旋 转 编 码 器 输 出 脉 冲 的 个 数 就 能 反 映 当 前 电 动 机的 转 速 。 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 10 知 识 拓 展 -编 码 器u编 码 器u 一 般 来 说 ， 根 据 旋 转 编 码 器 产 生 脉 冲 的 方 式 的 不 同 ， 可 以 分 为 增 量 式、 绝 对 式 以 及 复 合 式 三 大 类 。 自 动 线 上 常 采 用 的 是 增 量 式 旋 转 编

8、 码 器。 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 11 知 识 拓 展 -编 码 器u编 码 器u 增 量 式 编 码 器 是 直 接 利 用 光 电 转 换u 原 理 输 出 三 组 方 波 脉 冲 A、 B 和 Z 相 ；A、 B 两 组 脉 冲 相 位 差 90， 用 于 辩 向 ：当 A相 脉 冲 超 前 B 相 时 为 正 转 方 向 ， 而当 B相 脉 冲 超 前 A 相 时 则 为 反 转 方 向 。Z 相 为 每 转 一 个 脉 冲 ， 用 于 基 准 点 定位 。 如 图 所 示 。 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 12 知 识

9、拓 展 -编 码 器u编 码 器u 脉 冲 和 脉 冲 当 量u 计 算 工 件 在 传 送 带 上 的 位 置 时 ， 需 确 定 每 两 个 脉 冲 之 间 的 距 离 即 脉冲 当 量 。 若 某 主 动 轴 的 直 径 为 d=43 mm,则 减 速 电 机 每 旋 转 一 周 ， 皮带 上 工 件 移 动 距 离 L= d=3.14 43=136.35 mm。 若 分 辨 率 500 线 ，及 旋 转 一 周 脉 冲 数 为 500， 故 脉 冲 当 量 为 =L/500 0.273 mm。u 上 述 脉 冲 当 量 的 计 算 只 是 理 论 上 的 推 算 。 实 际 上 各 种

10、 误 差 因 素 不u 可 避 免 ， 例 如 传 送 带 主 动 轴 直 径 （ 包 括 皮 带 厚 度 ） 的 测 量 误 差 ， 传送 带 的 安 装 偏 差 、 张 紧 度 ， 系 统 在 工 作 台 面 上 定 位 偏 差 等 等 ， 都 将影 响 理 论 计 算 值 。 脉 冲 当 量 的 误 差 所 引 起 的 累 积 误 差 会 随 着 工 件 在 传 送 带 上 运 动 距 离 的 增 大 而 迅 速 增 加 ， 甚 至 达 到 不 可 容 忍 的 地 步 。须 现 场 测 试 脉 冲 当 量 值 。2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 13 知 识 拓

11、展 -编 码 器u编 码 器 接 线 方 式 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 14 知 识 拓 展 -高 速 计 数 器u高 速 计 数 ， 计 数 自 动 进 行 ， 不 受 扫 描 周 期 的 影 响 ， 用 于 捕捉 比 CPU扫 描 速 度 更 快 的 事 件 。 当 前 值 等 于 预 置 值 、 计 数方 向 改 变 或 发 生 外 部 复 位 时 ， 可 产 生 中 断 。 在 中 断 程 序 中， 可 实 现 高 速 运 动 的 精 准 控 制 等 预 定 操 作 。uPLC ： S7-224XP DC/DC/DC 集 成 有 6 点 的 高 速 计

12、数 器 ，编 号 为 HSC0 HSC5， 每 一 编 号 的 计 数 器 均 分 配 有 固 定 地 址的 输 入 端 。 同 时 ， 高 速 计 数 器 可 以 被 配 置 为 12 种 模 式 中的 任 意 一 种 。 2021-6-8 苏 州 健 雄 职 业 技 术 学 院 15 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u 高 速 计 数 器 对 CPU扫 描 速 率 无 法 控 制 的 高 速 事 件 进 行 计 数 ， 最 多 可 配置 12种 不 同 的 操 作 模 式 。 高 速 计 数 器 的 最 高 计 数 频 率 取 决 于 CPU类 型。u 其 中 CPU222和 CP

13、U221没 有 HSC1和 HSC2 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u模 式 0、 1、 2 的 计 数 方 式 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u模 式 3、 4、 5 的 计 数 方 式 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u模 式 6、 7、 8 的 计 数 方 式 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u模 式 9、 10、 11 （ 1X） 的 计 数 方 式 S7-200 高 速 计 数 器 基 础u模 式 9、 10、 11 （ 4X） 的 计 数 方 式 S7-200 高 速 计 数 器 特 殊 寄 存 器u在 使 用 高 速 计 数 功 能 的 时 候

14、 ， 需 要 修 改 系 统 内的 部 分 特 使 寄 存 器 。 以 改 变 我 们 的 计 数 模 式 。 SMB36至 SMB65被 用 于 监 控 和 控 制 高 速 计 数 器HSC0、 HSC1和 HSC2； SMB136至 SMB165被 用 于 监 控 和 控 制 高 速 计 数器 HSC3、 HSC4和 HSC5。u下 面 ， 我 们 就 对 相 应 的 特 殊 寄 存 器 进 行 介 绍 S7-200 高 速 计 数 器 特 殊 寄 存 器u控 制 字 节 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 说 明SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147

15、.0 复 原 现 用 水 平 控 制 位 ： 0=复 原 现 用 水 平 高 1=复 原 现 用水 平 低 SM47.1 SM57.1 起 始 现 用 水 平 控 制 位 ： 0=起 始 现 用 水 平 高 1=起 始 现 用水 平 低SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2 正 交 计 数 器 的 计 数 速 率 选 项 ： 0=4x计 数 速 率 1=1x计 数速 率SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 计 数 方 向 控 制 位 ： 0 = 向 下 计 数 1 = 向 上 计 数 SM37.4 SM47.4 SM57.4

16、 SM137.4 SM147.4 SM157.4 向 HSC写 入 计 数 方 向 ： 0 = 无 更 新 1 = 更 新 方 向SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 向 HSC写 入 新 预 设 值 ： 0 = 无 更 新 1 = 更 新 预 设 值SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 向 HSC写 入 新 当 前 值 ： 0 = 无 更 新 1 = 更 新 当 前 值SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 启 用 HSC： 0 = 禁 用

17、 HSC1 = 启 用 HSC S7-200 高 速 计 数 器 特 殊 寄 存 器 当 我 们 需 要 手 动 更 新 计 数 器 预 设 值 和 当 前 值 时 ， 需 要 将 SM*.5和 SM*.6设 置 为 1。 然 后 ， 将 要 输 入 的 值 更 新 给 对 应 计 数 器 的 特 殊 寄 存 器 中载 入数 值 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5新 当前 值 SMD38 SMD48 SMD58 SMD138 SMD148 SMD158新 预设 值 SMD42 SMD52 SMD62 SMD142 SMD152 SMD162 S7-200 高 速 计 数

18、 器 特 殊 寄 存 器HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 说 明SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 未 使 用 SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.1 SM156.1 未 使 用 SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.2 SM156.2 未 使 用 SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.3 SM156.3 未 使 用 SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.4 SM156.4 未 使 用

19、SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.5 SM156.5 当 前 计 数 方 向 状 态 位 ： 0 = 向 下 计 数 ； 1 = 向 上 计 数SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.6 SM156.6 当 前 值 等 于 预 设 值 状 态 位 ： 0 = 不 相 等 ； 1 = 等 于SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.7 SM156.7 当 前 值 大 于 预 设 值 状 态 位 ： 0 = 小 于 或 等 于 ；1 = 大 于状 态 位 S7-200 高 速 计 数 器 指 令v 高 速

20、 计 数器 定 义（ HDEF）指 令 选 择特 定 的 高速 计 数 器（ HSCx）的 操 作 模式 。 模 式选 择 定 义高 速 计 数器 的 时 钟 、 方 向 、 起始 和 复 原功 能 。 例 ： 将 HSC0设 置成 计 数 模 式 1 S7-200 高 速 计 数 器 指 令v 高 速 计 数 器（ HSC） 指 令根 据 HSC 特 殊 内 存 位 的状 态 配 置 和控 制 高 速 计数 器 。 参 数 N指 定 高 速 计数 器 的 号 码 。 读 取 高 速 计 数 器 当 前 值u欲 存 取 高 速 计 数 器 的 计 数 值 ， 您 需 要 利 用内 存 类 型

21、（ HC） 和 计 数 器 号 码 （ 例 如 HC0） 指 定 高 速 计 数 器 的 地 址 。 如 下 所 示 ， 高速 计 数 器 的 当 前 值 是 只 读 数 值 ， 只 能 作 为双 字 （ 32位 ） 编 址 。u格 式 ： HC高 速 计 数 器 号 码 例 如 ： HC2 例 题u 编 写 一 个 高 速 计 数 程 序 ， 将 I0.6的 输 入 模 式 设 置 高 速 计 数， 为 A/B正 交 计 数 ， 由 外 部 信 号 启 动 和 复 位 。 当 计 数 值 为 50的 时 候 将 计 数 值 清 零 重 新 计 数 。 项 目 分 析 ： 1） 项 目 使 用

22、 模 式 为 ： A/B正 交 计 数 ， 由 外 部 信 号 启 动和 复 位 。 所 以 ， 我 们 选 择 工 作 模 式 为 “ 11”； 2） 输 入 端 使 用 I0.6， 我 们 根 据 模 式 选 择 定 义 使 用 的 高速 计 数 器 为 ： HSC1（ I0.6为 A相 ， I0.7为 B相 ， I1.0为 复 位 , I1.1为 启 动 ） 3） 由 于 使 用 的 是 HSC1， 我 们 需 要 选 择 CPU224以 上的 CPU型 号 例 题 程 序 设 计 ： 在 首 次 运 行 时 需 要 对高 速 计 数 器 参 数 初 始 化 ， 初 始 化 程序 为 S

23、BR_0 例 题u 将 HSC1的 预 设 值 和 当 前 值 设 置 为 允 许 更 新 ，方 向 允 许 更 新 ， 4倍 频 的 向 上 计 数 将 HSC1的 计 数 模 式 设 置 为 11 将 HSC1的 当 前 值 更 新 为 0 将 HSC1的 预 设 值 设 置 为 50子 程 序 SBR_0 例 题 设 置 中 断 为 预 设 值 =当 前 值 ， 触 发 中 断 INT_0 启 用 全 局 中 断 将 设 置 传 给 HSC1 子 程 序 SBR_0 例 程 当 前 值 =预 设 值 时 ， 当 前 值 清 零 设 置 允 许 更 新 当 前 值 将 设 置 传 给 HS

24、C1中 断 程 序 INT_0 思 考 练 习 题u 编 写 一 个 高 速 计 数 程 序 ， 将 I0.0的 输 入 模 式 设 置高 速 计 数 ， 为 A相 计 数 ， B相 高 电 平 为 加 计 数 。 由内 部 信 号 启 动 和 复 位 。 当 计 数 值 为 100的 时 候 将计 数 值 停 止 计 数 ， 并 将 Q0.0置 位 。 存 放 计 数 器 当前 值 ， 从 V100.0开 始 高 速 输 出 前 言uS7-200自 带 了 两 个 高 速 输 出 Q0.0和 Q0.1（ 仅 限DC输 出 ）u高 速 输 出 的 分 类 ： 分 为 两 种 ： PTO和 PW

25、M PTO提 供 方 波 （ 50%占 空 比 ） 输 出 ， 配 备 周 期 和脉 冲 数 用 户 控 制 功 能 。 PWM提 供 连 续 性 变 量 占 空 比 输 出 ， 配 备 周 期 和 脉宽 用 户 控 制 功 能 。 高 速 输 出 前 言脉 冲 周 期 PTO脉 冲 数 高 速 输 出 前 言脉 冲 周 期PKW宽 度 高 速 输 出 关 联 特 殊 寄 存 器Q0.0 Q0.1 状 态 位SM66.4 SM76.4 PTO轮 廓 由 于 计 算 错 误 异 常 中 止 0 = 无 错 ： 1 = 异 常 中 止 SM66.5 SM76.5 PTO轮 廓 由 于 用 户 命

26、令 异 常 中 止 0 = 无 错 ： 1 = 异 常 中 止SM66.6 SM76.6 PTO管 线 溢 出 下 溢 0 = 无 溢 出 ； 1 = 溢 出 下 溢SM66.7 SM76.7 PTO空 闲 0 = 进 行 中 ; 1 = PTO空 闲 高 速 输 出 关 联 特 殊 寄 存 器Q0.0 Q0.1 控 制 位SM67.0 SM77.0 PTO/PWM更 新 周 期 值 0 = 无 更 新 ； 1 = 更 新 周 期SM67.1 SM77.1 PWM更 新 脉 宽 时 间 值 0 = 无 更 新 ； 1 = 更 新 脉 宽SM67.2 SM77.2 PTO更 新 脉 冲 计 值

27、0 = 无 更 新 ； 1 = 更 新 脉 冲 计 数SM67.3 SM77.3 PTO/PWM选 择 0 = 1 S /tick； 1 = 1ms/tickSM67.4 SM77.4 PWM更 新 方 法 ： 0 = 异 步 更 新 ； 1 = 同 步 更 新SM67.5 SM77.5 PTO操 作 ： 0 = 单 段 操 作 ； 1 = 多 段 操 作SM67.6 SM77.6 PTO/PWM模 式 选 择 0= 选 择 PTO; 1 = 选 择 PWM SM67.7 SM77.7 PTO/PWM启 用 0 = 禁 用 PTO/PWM； 1 = 启 用 PTO/PWMQ0.0 Q0.1 其

28、 他 PTO/PWM寄 存 器SMW68 SMW78 PTO/PWM周 期 值 （ 范 围 ： 2至 65535）SMW70 SMW80 PWM脉 宽 值 （ 范 围 ： 0至 65535）SMD72 SMD82 PTO脉 冲 计 值 （ 范 围 ： 1至 4294967295）SMB166 SMB176 进 行 中 的 段 数 （ 仅 用 于 多 段 PTO操 作 ）SMW168 SMW178 轮 廓 表 起 始 位 置 ， 用 距 离 V0的 字 节 偏 移 量 表 示 （ 仅 用 于 多 段 PTO操 作 ）SMB170 SMB180 线 性 轮 廓 状 态 字 节SMB171 SMB1

29、81 线 性 轮 廓 结 果 寄 存 器SMB172 SMB182 手 动 模 式 频 率 寄 存 器 高 速 输 出 关 联 特 殊 寄 存 器 u 经 过 整 理 ， 我 们 得 到 上 表 SMB67/77 启 用 选 择 模 式 PTO段 操 作 PWM更 新方法 脉 冲 计数 脉 宽 周 期16#81 是 PTO 单 段 1 S/循 环 载 入16#84 是 PTO 单 段 1 S/循 环 载 入 16#85 是 PTO 单 段 1 S/循 环 载 入 载 入16#89 是 PTO 单 段 1 S/循 环 载 入16#8C 是 PTO 单 段 1 ms/循 环 载 入 16#8D 是

30、 PTO 单 段 1 ms/循 环 载 入 载 入16#A0 是 PTO 多 段 1 S/循 环 16#A8 是 PTO 多 段 1 S/循 环 16#D1 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入16#D2 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入 16#D3 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入 载 入16#D9 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入16#DA 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入 16#DB 是 PWM 同 步 1 S/循 环 载 入 载 入 高 速 输 出 指 令u 脉 冲 输 出 （ PLS） 指 令 被 用 于 控制 在 高 速 输 入 （Q0

31、.0和 Q0.1） 中提 供 的 脉 冲 串输 出 （ PTO） 和脉 宽 调 制 （PWM） 功 能 。 例 题u一 台 步 进 电 机 ， 每 200个 脉 冲 旋 转 一 圈 ， 我 们 需要 它 在 按 下 I0.0后 旋 转 20圈 ， 速 度 为 1圈 /秒 。做 出 设 计 实 现 功 能 ！项 目 分 析 ： 本 项 目 使 用 步 进 电 机 ， 对 于 脉 冲 宽 度 没 有 要 求 ， 而 对 于发 出 的 脉 冲 数 有 要 求 ， 采 用 的 脉 冲 为 PTO模 式 发 送 。 发送 数 量 为 200*20=4000个 脉 冲 。 速 度 为 1圈 /S， 那 么

32、 脉 冲的 周 期 应 当 为 1000/200=5ms。PLC选 型 ： CPU222 DC/DC/DC 例 程u当 I0.0的 上 升 边 沿 时 启 用发 送 子 程 序 例 程 u 将 Q0.0的 输 出 选 择 成 为 PTO高 速 输出 ， 周 期 以 毫 秒 为 单 位 将 周 期 设 置 为 5MS， 也 就 是 200脉 冲 /S 将 Q0.0的 输 出 脉 冲 数 量 设 置 为4000， 也 就 是 20圈 设 置 Q0.0启 用 思 考 题u一 个 旋 转 机 构 待 用 步 进 电 机 ， 电 机 自 带 减 速 机变 速 比 为 32/1。 我 们 要 这 个 旋 转 机 构 旋 转 90， 设 这 个 电 机 的 每 一 步 是 0.9 。 请 给 出 设 计 方案