劉英會，岳偉利，張宗彩

（1.朔州職業(yè)技術學院，山西 朔州 036000；2.中煤平朔發(fā)展集團有限公司，山西 朔州 036000；3.西北工業(yè)大學機電學院，西安 710072）

0 引言

隨著微電子技術的發(fā)展，降低了PLC 的生產成本，同時PLC 功能不斷豐富。PLC 可用于基本的邏輯控制、電動機的運動控制、多路模擬量的溫度、壓力、流量等連續(xù)變化量的控制?，F代PLC 還具有豐富的數學運算功能，通信聯網功能，能夠滿足工廠生產自動化、柔性制造系統(tǒng)等發(fā)展的需要。而歐姆龍PLC 具有較高的性價比，多種控制功能，廣泛應用在各個行業(yè)。歐姆龍公司的CP1H 系列PLC，較以往產品處理速度大大提升。外形小巧緊湊，執(zhí)行指令僅僅需要0.1 ps，并且其內置功能強大。尤其是其多樣的脈沖控制功能，即從PLC 輸出端子中發(fā)出的占空比固定和可調的脈沖輸出信號，并將脈沖輸入伺服電動機驅動器進行定位或速度控制，可實現復雜的運動控制。但不同廠家的CPU 脈沖控制方式不同，對歐姆龍公司同類型的PLC其脈沖輸出的模式也有單獨模式和連續(xù)模式兩種。除此之外，多樣的脈沖輸出控制用到的指令也種類繁多不易理解，這給工程人員對脈沖輸出控制功能的使用帶來了困難。如何在生產實際中正確使用歐姆龍PLC的脈沖輸出控制功能，快速高效地應用于生產實際控制運動過程進而實現機電設備的精確運行，就必須了解PLC 脈沖輸出控制功能的具體知識和用法，因此對脈沖控制的特點、控制模式、軟件設置方法、脈沖輸出指令進行深入研究具有重要意義[1]。

1 CP1H系列脈沖控制的特點

對于CP1H 的X/XA 型，可支持100 kHz 最大4 軸的脈沖輸出。脈沖信號通過內置的輸出點發(fā)出，輸入到步進或伺服驅動器中。該脈沖信號可實現定位及速度的控制。其豐富的脈沖輸出功能體現在以下幾方面：（1）可以選擇脈沖輸出方式為CW/CCW 或脈沖輸出加方向控制。（2）建立絕對坐標系后，自動比較指令值和當前值，判斷運動方向。（3）在連續(xù)模式控制中，可通過中斷轉為單獨模式的脈沖數定位控制。（4）可使用指令控制輸出脈沖的占空比。（5）在當前定位過程中，可利用其他指令改變目標位置和目標速度等。

2 脈沖輸出控制

2.1 脈沖輸出端子的分配

CP1H 系列X/XA 型PLC，脈沖輸出0-3 所使用的端子編號也有所不同，其輸出端子排列如表1 所示。對于輸入端，輸入0CH 的00 端、01 端分別連接脈沖輸出0 原點輸入信號和原點附近輸入信號。對于輸出端，PLC 為脈沖輸出0 分配的端子為100CH 的00 端、01 端。脈沖輸出1-3也有對應的輸入輸出端子，使用時需要對應。

表1 脈沖端口對應PLC端子的分配

2.2 脈沖輸出的模式

根據輸出脈沖量是否指定，脈沖輸出有單獨和連續(xù)兩種模式。當單獨模式的脈沖輸出量達到設定數值時，工作停止。而處于連續(xù)模式時，脈沖持續(xù)輸出直到收到脈沖停止的指示。前者常用于定位，后者用于速度控制[2]。

2.3 特殊輔助繼電器區(qū)域的分配

使用脈沖輸出功能時，系統(tǒng)配置了固定的特殊輔助繼電器。脈沖輸出0的當前值保存區(qū)域在A276，A277兩個存儲單元，分別存放十六進制數的低4 位和高4 位。CW 界限時輸入信號為A540.08，CCW 界限對應的信號為A540.09。

2.4 脈沖輸出指令

脈沖輸出指令主要包括：PULS、SPED、PRV、ORG、PLS2、ACC、PWM 等，下面對各個指令的功能及參數做簡要闡述。

（1）PULS

PULS 為脈沖量設定指令，此指令需要設定3 個參數C1、C2 和S。C1 的作用是指定脈沖輸出端口。例如使用脈沖輸出0 時，設定值為十六進制數0000。C2 的作用是指定脈沖的類型。如果輸出為相對脈沖則設為0000，為絕對脈沖設定為0001。S 指定輸出脈沖的個數，可以給出具體的數字或是存儲單元。

（2）SPED指令

SPED為頻率設定指令，同樣具有3個參數，其中C1與上述PULS 指令相同，C2 的4 位數字含義各有不同。最高位是固定值0，次高位表示脈沖輸出的模式，0表示CW/CCW 模式，而1 表示脈沖和方向模式。次低位是運動方向指定，0表示向CW 正轉側運動，1表示向CCW 反轉側運動。最低位為0時是連續(xù)模式輸出，為1時是單獨模式輸出。而S 參數設定的是輸出脈沖的頻率，可直接給出數值或以D存儲單元的形式。

（3）PRV指令

PRV 為脈沖當前值讀取指令，參數C1 指定讀取端口，參數C2 指定讀取內容，如0000 讀取當前值，0003讀取脈沖輸出頻率。參數D 存儲當前值數據。它是按C2指定的內容從C1 端口讀取脈沖的當前值，結果保存在D通道中。

（4）ORG指令

在CPU 的脈沖輸出作用中，利用脈沖輸出功能驅動電機，電機帶動執(zhí)行部件運動，完成預定的動作后返回起始位置原點。ORG指令具有原點搜索和原點返回的功能。

①原點搜索功能

在PLC 設定選項中，可以設定原點搜索的參數，例如查找方向、查找高速度、查找接近速度等值。設定參數后，將位置信號連接好，包含原點輸入信號、CW/CCW 極限信號。對于原點輸入信號，需要與脈沖輸出0-3 相對應。如對于脈沖輸出0，輸入0CH 的00 端子固定接入原點輸入信號，01 端子固定接入原點附近信號。其他脈沖輸出點可參考表2。

表2 脈沖輸出對應的原點控制信號

完成參數設定和信號連接后，在梯形圖中執(zhí)行ORG指令，輸出脈沖，驅動電動機，搜索原點。在PLC 執(zhí)行原點搜索功能時，首先從啟動頻率逐漸加速到最高頻率，然后按照最高速度運行，遇到原點附近輸入信號時，脈沖逐漸減速，一直到原點搜索附近時速度開始保持，當原點輸入信號有效時，PLC 輸出脈沖停止，執(zhí)行部件找到了原點位置。

②原點返回功能

在執(zhí)行原點返回功能時，電動機帶動執(zhí)行機構可由其他位置向原點返回。電動機的運行速度經過加速，勻速，減速階段，其中原點返回功能可在PLC 設定中設置加減速比率以及返回速度的具體數值。

ORG 指令共3個參數，C1指定脈沖輸出端口，C2指定脈沖輸出模式，共4 位十六進制數，最低位和次低位始終為00 固定值。次高位選擇脈沖輸出方式，如為CW/CCW 脈沖輸出則為0，而脈沖加方向輸出則為1。最高位為設定工作模式，原點搜索模式設定為0，原點返回模式設定為1[3]。

（5）PLS2指令

PLS2指令為定位控制，共4個參數。參數C1指定脈沖輸出端口。參數C2 指定脈沖輸出模式，參數S1 指定脈沖的加減速比率、目標頻率和脈沖輸出量。參數S2指定輸出脈沖的啟動頻率。假設參數S1 存放于D100 單元中，那么D100 內數值為加速比率，D101 內數值為減速比率，D102 和D103 單元分別存放目標頻率的低位和高位。D104 和D105 單元存放脈沖輸出量設定值的低位和高位，由此可知，指定一個地址單元，而其他連續(xù)單元也同時被使用。使用此指令時，需要提前通過數據傳送指令給存儲單元賦值，指定以上參數具體的數值。

（6）ACC指令

ACC 指令用于頻率加減速控制，共3 個參數。C1 作用是指定脈沖輸出端口，C2 指定脈沖輸出模式，其中最高位固定為0，其余3位依次為脈沖輸出方式控制、脈沖方向指定、工作模式設定功能。參數S 指定脈沖的加減速比率和目標頻率。假設參數S1 存放于D100 單元中，那么D100 的值為加減速比率的值。D101 和D102 單元存放目標頻率的低位和高位。相比較PLS2指令而言，加減速比率由一個單元設定，并且沒有脈沖輸出量控制單元。

（7）PWM指令

PWM 為脈寬可調信號，參數C1 含義與以上指令相同，參數S1指定脈沖頻率值，參數S2指定占空比。例如脈沖占空比為25%，可將25輸入到S2參數的位置。

3 脈沖輸出控制功能的應用

脈沖輸出控制指令在應用時需要考慮以下內容，首先選擇脈沖輸出端口，脈沖輸出方式；根據脈沖輸出端口號，選用對應的輸入輸出端子，對應的特殊功能繼電器區(qū)域；在編程軟件中對PLC 相應的脈沖輸出口進行參數設定；最后在編程軟件中，利用基本編程指令及脈沖輸出控制專用的指令進行程序編寫。在本研究中，使用脈沖輸出0，實現原點搜索，原點復位，脈沖和頻率輸出以及當前頻率顯示功能。脈沖輸入0 的原點輸入信號為0CH 的00 端子，脈沖輸出選用的100CH 的00 和01 端子，分別用于輸出CW和CCW脈沖[4]。

3.1 脈沖輸出0的設置

在編程軟件中，雙擊左邊工程工作區(qū)域中的“設置”，彈出PLC 設定對話框，如圖1 所示，在選項卡中選擇“脈沖輸出0”，該界面共分為3 部分，分別是基本設置，定義原點操作，原點返回。在基本設置中，設定未定義的原點為“保持”，限制輸入信號操作設定為“只查找”，表示極限信號只有在原點搜索時起作用。限值輸入信號為NO常開信號。

圖1 脈沖輸出0的設置

在定義原點操作中，勾選使用定義原點操作后可進行設置。設置查找方向為CCW 即反轉側。偵測模式為模式2，僅使用原點輸入信號，當其由OFF 到ON 時，脈沖輸出停止，此位置為原點。查找操作設為反轉1，此項設定執(zhí)行部件在CCW、原點、CW 的不同位置時，返回原點的不同方式[5]。操作模式設為模式1。原點輸入信號和接近信號都設為NO 常開信號。查找高速度設為600 p/s，查找接近速度設為200 p/s，加減速比率均設置為10。在原點返回設置中，設置原點返回速度為600 pps，加減速比率設置為10。如果選用脈沖1-3，則需要設置對應的選項卡[6]。

3.2 單獨模式控制

單獨模式即定位模式，按照指定頻率運行固定的脈沖數后停止。按照本研究上述需要實現的功能，需要使用ORG、 SPED、 PULS、PRV 四個指令。I0.02、I0.03 分別為CCW、CW側的界限輸入信號，按照上述特殊功能繼電器區(qū)域的定義，CW 側當I0.03 信號為ON 時，A540.08 信號接通為ON。同理，CCW 側I0.02信號為ON時，A540.09接通。這兩個信號為保護信號，當執(zhí)行部件到左右界限位置時停止運動[7]。程序內容如圖2所示。

圖2 脈沖輸出控制單獨模式梯形圖

I0.01 信號接通時，執(zhí)行ORG原點搜索操作，第一個參數設為#0000，表示指定脈沖輸出端口0，第二個參數#0000，表示執(zhí)行原點搜索操作，脈沖輸出采用CW/CCW方式。結合PLC設定中的參數，已經設好的搜索方向及模式，進行原點搜索，碰到I0.0信號時，執(zhí)行機構停止，建立原點位置[8]。

I0.06 信號接通，執(zhí)行PULS 和SPED 指令。PULS 指令中的第一個參數#0000，指定輸出端口0，第二個參數#0001 表示絕對脈沖指定，以剛才建立原點為參考點[9]。D0 表示要輸出的脈沖數，可通過MOV 指令傳送一個固定值，也可在運行時寫入改變當前值。通過以上設置，確定了通過脈沖輸出通道輸出D0個脈沖。

SPED 指令第一個參數#0000 與以上作用相同。第二個參數#0001，表示脈沖輸出模式時CW/CCW 模式，執(zhí)行機構的運動方向是CW 方向，運動模式為單獨模式。脈沖頻率為600 Hz[10]。

PRV 指令設置為一直接通，第一個參數#0000，與以上作用相同。第二個參數#0003 表示讀取脈沖輸出頻率。D1000 用于保存讀取的脈沖輸出頻率值?？稍谶\行時監(jiān)控狀態(tài)下顯示具體數值。

按下I0.05，ORG 執(zhí)行原點返回操作，第二個參數#1000的最高位1表示執(zhí)行原點返回操作[11]。

3.3 連續(xù)模式控制

連續(xù)模式即速度控制模式，按照設定的頻率運行，當頻率值為0時停止，或使用指令強制停止。

接通I0.01，SPED 指令接通，參數1 的#0000 表示脈沖輸出0 工作，參數2 的#0000 表示脈沖輸出方式為CW/CCW 方式，脈沖輸出方向為CW 方向，工作模式為連續(xù)模式[12]。參數S 為500，表示輸出頻率為500 Hz，執(zhí)行后PLC輸出固定頻率值的脈沖。

接通I0.02，ACC 指令接通。ACC 的參數1和參數2 的值均為#0000，含義與上述SPED指令相同。參數2 為D100，其含義在上述內容已作了介紹。數據傳送指令MOV 將數值5 傳入D100 單元中，其含義為加減速比率為5[13]。數值1 000 傳入D101 單元中，表示最高頻率為1 000 Hz。通過此指令，設定了加減速比率，最高頻率值，使執(zhí)行機構進行速度的變化。

當處于連續(xù)模式時，需通過指令停止脈沖輸出，執(zhí)行機構停止運行。而I0.03接通，ACC 參數各個參數沒有改變，但通過數據傳送指令將0 存儲在D101 單元中，將最高運行頻率設置為0，可實現停止運行。在該程序運行時，也可以通過PRV 指令監(jiān)控當前脈沖的輸出值的變化。程序內容如圖3所示[14]。

圖3 脈沖輸出控制連續(xù)模式梯形圖

4 結束語

在機電設備的運行中，運動控制是必不可少的。通過對CP1H 系列PLC 的脈沖輸出控制功能特點的分析，脈沖輸出控制端子的正確分配，在軟件中控制功能的正確設置，編程中多種指令的正確選用，最終實現對步進或伺服電動機的控制，并實現所連接的執(zhí)行部件的位置和速度控制。在使用過程中，按照以上的步驟可正確將PLC 的脈沖輸出控制功能應用于實際。并且通過使用脈沖輸出控制的不同指令，可實現步進或伺服電機工作在單獨模式或連續(xù)模式的固定速度或加減速運動控制。該類型的PLC接線方式簡單，設置界面簡潔易操作，脈沖輸出控制指令易掌握，是現代制造業(yè)從業(yè)者的理想選擇[15]。