s7200高速计数器详细解说分析.docx
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s7200高速计数器详细解说分析
s7-200高速计数器详细解说
1.高速计数器指令
普通计数器受CPU扫描速度的影响，是按照顺序扫描的方式进行工作。
在没个扫描周期中，对计数脉冲只能进行一次累加；对于脉冲信号的频率比PLC的扫描频率高时，如果仍采用普通计数器进行累加，必然会丢失很对输入脉冲信号。
在PLC中，对比扫描频率高的输入信号的计数可也使用高速计数器指令来实现。
在S7-200的CPU22X中，高速计数器数量及其地址编号表如下
CPU类型
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
高速计数器数量
4
6
高速计数器编号
HC0,HC3~HC5
HC0~HC5
1．高速计数器指令
高速计数器的指令包括：
定义高速计数器指令HDEF和执行高速计数指令HSC，如表
HDEF
HSC
（1）定义高速计数器指令HDEF
HDE指令功能是为某个要使用的高速计数器选定一种工作模式。
每个高速计数器在使用前，都要用HDEF指令来定义工作模式，并且只能用一次。
它有两个输入端：
HSC为要使用的高速计数器编号，数据类型为字节型，数据范围为0~5的常数，分别对应HC0~
HC5;MOCE为高速计数的工作模式，数据类型为字节型，数据范围为0~11的常数，分别对应12种工作模式。
当准许输入使能EN有效时，为指定的高速计数器HSC定义工作模式MODE。
（2）执行高速计数指令HSC
HSC指令功能功能是根据与高速计数器相关的特殊继电器确定在控制方式和工作状态，使高速计数器的设置生效，按照指令的工作模式的工作模式执行计数操作。
它有一个数据输入端N：
N为高速计数器的编号，数据类型的字型，数据范围为0~5的常数，分别对应高速计数器HC0~HC5.当准许输入EN使能有效时，启动N号高速计数器工作。
2．高速计数器的输入端
高速计数器的输入端不像普通输入端那样有用户定义，而是由系统指定的输入点输入信号，每个高速计数器对它所支持的脉冲输入端，方向控制，复位和启动都有专用的输入点，通过比较或中断完成预定的操作。
每个高速计数器专用的输入点如表
高速计数器的输入点
高速计数器标号
输入点
高速计数器标号
输入点
HC0
I0.0,I0.1,I0.2
HC3
I0.1
HC1
I0.6,I0.7,I1.0,11.1
HC4
I0.3,I0.4,I0.5
HC2
I1.2,I1.3,,I1.4,I1.5
HC5
I0.4
3．高速计数器的状态字节
系统为每个高速计数器都在特殊寄存器区SMB提供了一个状态字节，为了监视高速计数器的工作状态，执行由高速计数器引用的中断事件，其格式如表。
高速计数器的状态字节
HC0
HC1
HC2
HC3
HC4
HC5
描述
SM36.0
SM46.0
SM56.0
SM136.0
SM146.0
SM156.0
不用
SM36.1
SM46.1
SM56.1
SM136.1
SM146.1
SM156.1
SM36.2
SM46.2
SM56.2
SM136.2
SM146.2
SM156.2
SM36.3
SM46.3
SM56.3
SM136.3
SM146.3
SM156.3
SM36.4
SM46.4
SM56.4
SM136.4
SM146.4
SM156.4
SM36.5
SM46.5
SM56.5
SM136.5
SM146.5
SM156.5
当前计数的状态位0=减计数，1=增计数
SM36.6
SM46.6
SM56.6
SM36.6
SM146.6
SM156.6
当前值等于设定值的状态位0=不等于，1=等于
SM36.7
SM46.7
SM56.7
SM36.7
SM146.7
SM156.7
当前值大于设定值得状态位0=小于等于，1=大于
只有执行高速计数器的中断程序时，状态字节的状态位才有效。
4.高速计数器的工作模式
高速计数器有12种不同的工作模式（0`~11）,分为4类。
每个高速计数器都有多种工作模式，可以通过编程的方法，使用定义高速计数器指令HDEF来选定工作模式。
（1）各个高速计数器的工作模式
1．高速计数器HC0是一个通用的增减计数器，工有8种模式，可也通过编程来选择不同的工作模式，HC0的工作模式如表
HC0的工作模式
模式
描述
控制位
I0.0
I0.1
I0.2
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM37.3=0,减
脉冲
1
SM37.3=1,增
复位
3
外部方向控制的单向增/减计数器
I0.1=0，减
脉冲
方向
4
I0.1=1，增
复位
6
增/减计数脉冲输入控制的双向计数器
外部输入控制
曾计数
脉冲
减计数
脉冲
7
复位
9
A/B相正交计数器
A超前B,曾计数
外部输入控制
A相脉冲
B相脉冲
10
B超前A，减计数
复位
2高速计数器HC1共有12种操作模式如表
HCI的操作模式
模式
描述
控制位
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM47.3=0,减
SM47.3=1,增
脉冲
1
复位
2
启动
3
外部方向控制的单向增/减计数器
I0.7=0，减
I0.7=1，增
脉冲
方向
4
复位
5
启动
6
增/减计数脉冲输入控制的双向计数器
外部输入控制
曾计数
脉冲
减计数
脉冲
7
复位
8
启动
9
A/B相正交计数器
A超前B，曾计数
B超前A，减计数
外部输入控制
A相
脉冲
B相
Mc
10
复位
11
启动
3.高速计数器HC2共有12种操作模式，如表
HC2的操作模式
模式
描述
控制位
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM573=0,减
SM57.3=1，增
脉冲
1
复位
2
启动
3
外部方向控制的单向增/减计数器
I1.3=0，减
I1.3=1，增
脉冲
方向
4
复位
5
启动
6
增/减计数脉冲输入控制的双向计数器
外部输入控制
曾计数
脉冲
减计数
脉冲
7
复位
8
启动
9
A/B相正交计数器
A超前B，曾计数
B超前A，减计数
外部输入控制
A相
脉冲
B相
Mc
10
复位
11
启动
4高速计数器HC3只有一种操作模式，如表
HC3的操作模式
模式
描述
控制位
I0.1
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM137.0=0,减；SM137.3=1，增
脉冲
5.高速计数器HC4有8操作模式，如表
HC4的操作模式
模式
描述
控制位
I0.3
I0.4
I0.5
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM147.3=0,减
脉冲
1
SM147.3=1,增
复位
3
外部方向控制的单向增/减计数器
I0.1=0,减
脉冲
方向
4
I0.1=1，增
复位
6
增/减计数脉冲输入控制的双向计数器
外部输入控制
增计数
脉冲
减计数
脉冲
7
复位
9
A/B相正交计数器
A超前B，曾计数
外部输入控制
A相
脉冲
B相
脉冲
10
B超前A，减计数
复位
6.高速计数器HC5只有一种操作模式如表
HC5的操作模式
模式
描述
控制位
I0.4
0
内部方向控制的单向增/减计数器
SM157.3=0,减SM157.3=1,增
脉冲
4.高速计数器的控制字节
系统为每个高速计数器都安排了一个特殊寄存器SMB作为控制字，可也通过对控制字节指定为的设置，确定高速计数器的工作模式。
S7-200在执行HSC指令前，首先要检查与每个高速计数器相关的控制字节，在控制字节中设置了启动输入信号和复位输入信号的有效电平，正交计数器的计数倍率，计数方向采用内部控制的有效电平，是否允许改变计数方向，是否允许更新设定值，是否允许更新当前值，以及是否允许执行高速计数指令。
高数计数器的控制字节
HCO
HC1
HC2
HC3
HC4
HC5
描述
SM37.0
SM47.0
SM57.0
----
SM147.0
------
复位输入控制电平有效值：
、
0=高电平有效，1=低电平有效
------
SM47.1
SM57.1
-----
-----
-------
启动输入控制电平有效值：
0=高电平有效，1=低电平有效
SM37.2
SM47.2
SM57.2
-----
SM147.2
--------
倍率选择：
0=4倍率，1=1倍率
SM37.3
SM47.3
SM57.3
SM137.3
SM147.3
SM157.3
计数方向控制：
0为减1为曾
SM37.4
SM47.4
SM57.4
SM137.4
SM147.4
SM157.4
改变计数方向控制：
0=不改变
1=准许改变
SM37.5
SM47.5
SM57.5
SM137.5
SM147.5
SM157.5
改变设定值控制：
0=不改变
1=准许改变
SM37.6
SM47.6
SM57.6
SM137.6
SM147.6
SM157.6
改变当前值控制：
0=不改变
1=准许改变
SM37.7
SM47.7
SM57.7
SM137.7
SM147.7
SM157.7
高速计数控制：
0=禁止计数
1=准许计数
说明：
（1）在高速计数器的12种工作模式中，模式0、模式3、模式6和模式9，是既无启动输入，又无复位输入的计数器，在模式1、模式4、模式7和模式10中，是只有复位输入，而没有启动输入的计数器；在模式2、模式5、模式8和模式11中，是既有启动输入，又有复位输入的计数器。
（2）当启动输入有效时，允许计数器计数；当启动输入无效时，计数器的当前值保持不变；当复位输入有效时，将计数器的当前值寄存器清零；当启动输入无效，而复位输入有效时，则忽略复位的影响，计数器的当前值保持不变；当复位输入保持有效，启动输入变为有效时，则将计数器的当前值寄存器清零。
（3）在S7-200中，系统默认的复位输入和启动输入均为高电平有效，正交计数器为4倍频，如果想改变系统的默认设置，需要设置如上表中的特殊继电器的第0，1，2位。
各个高速计数器的计数方向的控制，设定值和当前值的控制和执行高速计数的控制，是由表4-22中各个相关控制字节的第3位至第7位决定的。
6.高速计数器的当前值寄存器和设定值寄存器
每个高速计数器都有1个32位的经过值寄存器HC0-HC5，同时每个高速计数器还有1个32位的当前值寄存器和1个32位的设定值寄存器，当前值和设定值都是有符号的整数。
为了向高速计数器装入新的当前值和设定值，必须先将当前值和设定值以双字的数据类型装入如表所列的特殊寄存器中。
然后执行HSC指令，才能将新的值传送给高速计数器。
高速计数器的当前值和设定值
HC0
HC1
HC2
HC3
HC4
HC5
说明
SMD38
SMD48
SMD58
SMD138
SMD148
SMD158
新当前值
SMD42
SMD52
SMD62
SMD142
SMD152
SMD162
新设定值
7.高速计数器的初始化
由于高速计数器的HDEF指令在进入RUN模式后只能执行1次，为了减少程序运行时间优化程序结构，一般以子程序的形式进行初始化。
下面以HC2为例，介绍高速计数器的各个工作模式的初始化步骤。
1．利用SM0.1来调用一个初始化子程序。
2．在初始化子程序中，根据需要向SMB47装入控制字。
例如，SMB47=16#F8，其意义是：
准许写入新的当前值，准许写入新的设定值，计数方向为曾计数，启动和复位信号为高电平有效。
3．执行HDEF指令，其输入参数为:
HSC端为2（选择2号高速计数器），MODE端为0/1/2（对应工作模式0，模式1，模式2）
4．将希望的当前技术值装入SMD58（装入0可进行计数器的清零操作）
5．将希望的设定值装入SMD62
6．如果希望捕获当前值等于设定值的中断事件，编写与中断事件号16相关联的中断服务程序
7．如果希望捕获外部复位中断事件，编写与中断事件号18相关联的中断服务程序。
8．执行ENI指令
9．执行HSC指令
10．退出初始化子程序
8高速计数器应用举例
某产品包装生产线用高速计数器对产品进行累计和包装，每检测1000个产品时，自动启动包装机进行包装，计数方向可由外部信号控制，。
设计步骤：
1．选择高速计数器，确定工作模式
在本例中，选择的高速计数器为HC0，由于要求技术方向可由外部信号控制，而其不要复位信号输入，确定工作模式为模式3，采用当前值等于设定值得中断事件，中断事件号为12，启动包装机工作子程序，高速计数器的初始化采用子程序。
2．用SM0.1调用高速计数器初始化子程序，子程序号为SBR_0
3．向SMB37写入控制字SMB37=16#F8
4．执行HDEF指令，输入参数：
HSC为0，MODE为3
5．向SMD38写入当前值，SMD38=0
6．向SMD42写入设定值。
SMD42=1000
7.,执行建立中断连接指令ATCH,输入参数：
INT为INT-0,EVNT为12
8．编写中断服务程序INT0,在本例中为调用包装机控制子程序，子程序号为SBR
-1
9.执行全局开中断指令ENI
10.执行HSC指令，对高速计数器编程并投入运行。
MAIN
SBR_0
SBR_1包装机控制程序不写了
INT_0
交流伺服电机与步进电机的性能有哪些区别？
交流伺服电机与步进电机的性能有哪些区别？
为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。
虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。
现就二者的使用性能作一比较。
一、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。
也有一些高性能的步进电机步距角更小。
如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。
以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。
对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。
是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
二、低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。
振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。
这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。
当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。
交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
三、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。
交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。
交流伺服电机具有较强的过载能力。
以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。
其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。
步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。
交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
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