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湖南 長沙 西門子 6ES7221-1BF22-0XA0 技術參考
PID 移植
S7-200 SMART 與 S7-200一樣，支持8路PID控制，支持模擬量輸出及PWM輸出
將 S7-200 帶有PID向導生成的程序用 S7-200 SMART打開，提示錯誤，如下圖所示：
圖1. S7-200 PID程序在S7-200 SMART 打開報錯
解決方法：
1，新建 S7-200 SMART項目，并進行正確的設備組態
2，將 S7-200程序用STEP 7-Micro/win SMART 軟件打開，將除PID子程序之外的程序段復制到新項目
3，修改新項目的 I/O 地址及模擬量轉換量程與S7-200 SMART 匹配
比較 S7-200 與 S7-200 SMART PID回路表，兩者完全相同，如下表所示：
表1. S7-200 與 S7-200 SMART PID 回路對比表
|
偏移 |
類型 |
S7-200 | S7-200 SMART |
|---|---|---|---|
| 0 |
過程變量(PVn) |
包含過程變量，其值必須標定在 0.0 到 1.0 之間 |
|
| 4 |
設定值(SPn) |
包含設定值，其值必須標定在 0.0 到 1.0 之間 |
|
| 8 |
輸出(Mn) |
包含計算出的輸出，其值必須標定在 0.0 到 1.0 之間 |
|
| 12 |
增益(Kc) |
包含增益，為比例常數。 可以是正數或負數 |
|
| 16 |
采樣時間 |
包含采樣時間，單位為秒。 必須是正數 |
|
| 20 |
積分時間 |
包含積分時間或復位，單位為分 |
|
| 24 |
微分時間 |
包含微分時間或速率，單位為分 |
|
| 28 |
偏置 |
包含偏置或積分和值，介于 0.0 到 1.0 之間 |
|
| 32 |
前一過程變量 |
包含上次執行 PID 指令時存儲的過程變量值 |
|
| 36 |
PID擴展表 |
‘PIDA’（PID 擴展表，版本 A）： ASCII 常數 |
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| 40 |
AT 控制 |
||
| 41 |
AT 狀態 |
||
| 42 |
AT 結果 |
||
| 43 |
AT 配置 |
||
| 44 |
偏差 |
最大 PV 振蕩幅度的標準化值（范圍： 0.025 到 0.25） |
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| 48 |
滯后 |
用于確定過零的 PV 滯后標準化值（范圍： 0.005 到 0.1） |
|
| 52 |
初始輸出階躍 |
輸出值中階躍變化的標準化大小，用于使 PV 產生振蕩（范圍：0.05 到 0.4） |
|
| 56 |
看門狗時間 |
兩次過零之間允許的最大秒數值（范圍：60 到 7200） |
|
| 60 |
建議增益 |
自整定過程確定的建議回路增益 |
|
| 64 |
建議積分時間 |
自整定過程確定的建議積分時間 |
|
| 68 |
建議微分時間 |
自整定過程確定的建議微分時間 |
|
| 72 |
實際階躍大小 |
自整定過程確定的標準化輸出階躍大小值 |
|
| 76 |
實際滯后 |
自整定過程確定的標準化 PV 滯后值 |
|
如上表所示，兩者PID回路表完全一致，所以，當將S7-200 PID 指令編程進行移植時，需將反饋與輸出的模擬量地址按照 S7-200 SMART 的地址分配進行修改，同時修改模數轉換數值即可。如下圖所示：
S7-200 支持6路30KHz的高速計數器（224XP支持200KHz），支持13種模式；S7-200 SMART支持4路200KHz（CR40/60僅支持100KHz）高速計數器，支持8種模式，詳細對比參看下表：
表1. S7-200 高速計數功能
| 模式 | 描述 | 輸入點 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| HSC0 | I0.0 | I0.1 | I0.2 | ||
| HSC1 | I0.6 | I0.7 | I1.0 | I1.1 | |
| HSC2 | I1.2 | I1.3 | I1.4 | I1.5 | |
| HSC3 | I0.1 | ||||
| HSC4 | I0.3 | I0.4 | I0.5 | ||
| HSC5 | I0.4 | ||||
| 0 | 帶有內部方向控制的單相計數器 | 時鐘 | |||
| 1 | 時鐘 | 復位 | |||
| 2 | 時鐘 | 復位 | 啟動 | ||
| 3 | 帶有外部方向控制的單相計數器 | 時鐘 | 方向 | ||
| 4 | 時鐘 | 方向 | 復位 | ||
| 5 | 時鐘 | 方向 | 復位 | 啟動 | |
| 6 | 帶有增減計數時鐘的雙相計數器 | 增時鐘 | 減時鐘 | ||
| 7 | 增時鐘 | 減時鐘 | 復位 | ||
| 8 | 增時鐘 | 減時鐘 | 復位 | 啟動 | |
| 9 | A/B相正交計數器 | 時鐘A | 時鐘B | ||
| 10 | 時鐘A | 時鐘B | 復位 | ||
| 11 | 時鐘A | 時鐘B | 復位 | 啟動 | |
紅色：S7-200 SMART 不支持的功能。
表2. S7-200高速計數器尋址
| 高速計數器號 | HSC0 | HSC1 | HSC2 | HSC3 | HSC4 | HSC5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 新當前值(僅裝入) | SMD38 | SMD48 | SMD58 | SMD138 | SMD148 | SMD158 |
| 新預置值(僅裝入) | SMD42 | SMD52 | SMD62 | SMD142 | SMD152 | SMD162 |
| 當前計數值(僅讀取) | HC0 | HC1 | HC2 | HSC3 | HSC4 | HSC5 |
表3. S7-200 SMART 高速計數功能
| 模式 | 描述 | 輸入點 | ||
|---|---|---|---|---|
| HSC0 | I0.0 | I0.1 | I0.4 | |
| HSC1 | I0.1 | |||
| HSC2 | I0.2 | I0.3 | I0.5 | |
| HSC3 | I0.3 | |||
| 0 | 帶有內部方向控制的單相計數器 | 時鐘 | ||
| 1 | 時鐘 | 復位 | ||
| 3 | 帶有外部方向控制的單相計數器 | 時鐘 | 方向 | |
| 4 | 時鐘 | 方向 | 復位 | |
| 6 | 帶有增減計數時鐘的雙相計數器 | 增時鐘 | 減時鐘 | |
| 7 | 增時鐘 | 減時鐘 | 復位 | |
| 9 | A/B相正交計數器 | 時鐘A | 時鐘B | |
| 10 | 時鐘A | 時鐘B | 復位 | |
表4. S7-200 SMART 高速計數器尋址
| 高速計數器號 | HSC0 | HSC1 | HSC2 | HSC3 |
|---|---|---|---|---|
| 新當前值(僅裝入) | SMD38 | SMD48 | SMD58 | SMD138 |
| 新預置值(僅裝入) | SMD42 | SMD52 | SMD62 | SMD142 |
| 當前計數值(僅讀取) | HC0 | HC1 | HC2 | HSC3 |
注意：
1，S7-200 SMART 不支持模式2、模式5、模式8、模式11、模式12（在運動控制向導時勾選）；
2，S7-200 SMART 做高速計數需要硬件濾波，如下圖所示：
圖1. S7-200 SMART 濾波時間與頻率關系
注：CR40/60 兩款CPU最高支持 100kHz 頻率
以S7-200 224XP舉例，使用高速計數HSC0，模式9，分別利用指令與向導分別編程，然后移植到S7-200 SMART
首先，將S7-200 高速計數向導與S7-200 SMART高速計數向導橫向對比，如下圖所示：
圖2. 高速計數器及模式選擇
圖3. HSC 初始化選項
圖4.配置中斷及步驟
圖5. HSC 第 1 步
圖6. 完成向導
如上圖所示：S7-200 高速計數向導組態與S7-200 SMART高速計數向導組態一致。
具有相同功能由向導生成的 S7-200 項目可直接用S7-200 SMART 打開，按照以下步驟移植：
步驟1：用STEP 7 Micro/Win SMART 打開S7-200 的原程序
步驟2：按照《表3. S7-200 SMART 高速計數功能》，進行高速計數通道的接線
步驟3：按照《圖1. S7-200 SMART 濾波時間與頻率關系》，進行高速計數通道濾波時間的設置
步驟4：編譯下載，下載即可。如下圖示：
圖7. 程序對比
首先，將 S7-200 高速計數的特殊存儲器 ( SM ) 與 S7-200 SMART 高速計數的特殊存儲器 ( SM ) 橫向對比，以 HSC0 如下表所示：
表5. S7-200 與 S7-200 SMART 特殊存儲器（SM）對比
| S7-200 | S7-200 SMART | |
|---|---|---|
| HSC0 計數器狀態字 | ||
|
SM36.0~SM36.4 |
保留 | |
| SM36.5 |
HSC0 當前計數方向狀態位：1=增計數
|
|
| SM36.6 |
HSC0 當前值等于預設值狀態位：1=相等
|
|
| SM36.7 |
HSC0 當前值大于預置值狀態位：1=大于
|
|
| HSC0 計數器控制字 | ||
| SM37.0 |
復位的有效電平控制位：
0=高電平有效 1=低電平有效 |
|
| SM37.1 | 保留 | |
| SM37.2 |
HSC0 AB正交計數器的計數速率選擇：
0=4x 1=1x |
|
| SM37.3 |
HSC0 方向控制位：1=加計數
|
|
| SM37.4 |
HSC0 更新方向：1=更新方向
|
|
| SM37.5 |
HSC0 更新預設值：1=將新的預設值寫入HSC0 預設值
|
|
| SM37.6 |
HSC0 更新當前值：1=將新的預設值寫入HSC0 當前值
|
|
| SM37.7 |
HSC0 使能位：1=使能
|
|
| SMD38 |
HSC0 當前值
|
|
| SMD42 |
HSC0 預設值
|
|
由上表可見，S7-200 與 S7-200 SMART 特殊存儲器（SM）完全一致。
將 S7-200與 S7-200 SMART 高速計數中斷事件功能橫向對比，如下表所示：
表6. S7-200 與 S7-200 SMART 中斷事件功能對比
| S7-200 | S7-200 SMART | ||
|---|---|---|---|
| 中斷號 |
中斷事件
|
中斷號 | 中斷事件 |
| 12 |
HSC0 CV=PV
|
12 |
HSC0 CV=PV
|
| 13 |
HSC1 CV=PV
|
13 |
HSC1 CV=PV
|
| 14 |
HSC1 輸入方向改變
|
14 |
-
|
| 15 |
HSC1 外部復位
|
15 |
-
|
| 16 |
HSC2 CV=PV
|
16 |
HSC2 CV=PV
|
| 17 |
HSC2 輸入方向改變
|
17 |
HSC2 輸入方向改變
|
| 18 |
HSC2 外部復位
|
18 |
HSC2 外部復位
|
| 27 |
HSC0 輸入方向改變
|
27 |
HSC0 輸入方向改變
|
| 28 |
HSC0 外部復位
|
28 |
HSC0 外部復位
|
| 29 |
HSC4 CV=PV
|
29 |
-
|
| 30 |
HSC4 輸入方向改變
|
30 |
-
|
| 31 |
HSC4 外部復位
|
31 |
-
|
| 32 |
HSC3 CV=PV
|
32 |
HSC3 CV=PV
|
| 33 |
HSC5 CV=PV
|
33 |
-
|
由上表可見，S7-200 SMART 與 S7-200 相比，S7-200 SMART 高速計數功能所支持的中斷與 S7-200 相同。
具有相同功能由指令生成的 S7-200 項目可直接用S7-200 SMART 打開，按照以下步驟移植：
步驟1：用STEP 7 Micro/Win SMART 打開S7-200 的原程序
步驟2：按照《表3. S7-200 SMART 高速計數功能》，進行高速計數通道的接線
步驟3：按照《圖1. S7-200 SMART 濾波時間與頻率關系》，進行高速計數通道濾波時間的設置
步驟4：編譯下載，下載即可。如下圖示：
圖8. 程序對比
圖9. 功能測試
S7-200 所支持的HSC4、HSC5，及模式2、模式5、模式8、模式11、模式12（在運動控制向導時勾選）能否移植到S7-200 SMART？
答：不能，無論是向導生成，還是指令生成，都不能移植到S7-200 SMART。
S7-200 與 S7-200 SMART相同功能，移植成功后，高速檢測不到脈沖？
答：S7-200 SMART必須修改硬件地址的濾波時間。
S7-200 與 S7-200 SMART 使用PLS指令控制脈沖串輸出（PTO）的SM 定義不同，不能將 S7-200 CPU 編寫的 PLS指令程序直接用于S7-200 SMART。
如表1所示，使用 STEP 7-Micro/Win SMART 打開S7-200 CPU 的 PLS 指令程序需修改控制字節（SM67.6）和更改周期為頻率（SMW68）。
表1. S7-200 與 S7-200 SMART 的SM 對比
| Q0.0 | S7-200 | S7-200 SMART |
| SM67.0 | PTO更新周期 | PTO更新頻率 |
| SM67.1 | 未使用 | 未使用 |
| SM67.2 | PTO更新脈沖計數值 | PTO更新脈沖計數值 |
| SM67.3 | PTO時間基準：0=1μs，1=1ms | 未使用 |
| SM67.4 | 未使用 | 未使用 |
| SM67.5 | PTO操作：0=單段，1=多段 | PTO操作：0=單段，1=多段 |
| SM67.6 | PTO/PWM模式選擇：0=PTO，1=PWM | PTO/PWM模式選擇：0=PWM，1=PTO |
| SM67.7 | PTO啟用：0=禁止，1=啟用 | PTO啟用：0=禁止，1=啟用 |
| SMW68 | PTO周期 | PTO頻率 |
使用 STEP 7-Micro/Win SMART 打開S7-200 CPU 的 PLS 指令程序需修改控制字節（SM67.6）和更改周期為頻率（SMW68）。
例如：在 S7-200 程序里，編寫 500ms/周期（SMB67=16#8D，SMW68=500ms），裝載周期和脈沖的PTO 輸出程序，移植至S7-200 SMART需要修改SMB67=16#C5，SMW68=2Hz。
圖1. PLS指令單段PTO移植
在單段管道化期間，頻率的上限為65,535Hz，如果需要更高的頻率（最高為100,000Hz），則必須使用多段管道化。
相對于 S7-200 多段 PTO 計算周期增量的方式，S7-200 SMART 多段 PTO 設置更簡單，只需要定義起始、結束頻率和脈沖計數即可，如圖2所示。因此移植時需要重新編寫PTO多段管道化程序。
圖2. 多段PTO操作的包絡表格式對比
對于依照周期時間（而非頻率）的S7-200項目移植至S7-200smart時，可以使用以下公式來進行頻率轉換：
CTFinal = CTInitial + (ΔCT * PC)
FInitial = 1 / CTInitial
FFinal = 1 / CTFinal
| CTInitial | 段啟動周期時間 (s) |
| ΔCT | 段增量周期時間 (s) |
| PC | 段內脈沖數量 |
| CTFinal | 段結束周期時間 (s) |
| FFInitial | 段起始頻率 (Hz) |
| FFinal | 段結束頻率 (Hz) |
如圖3所示，PLS指令多段PTO移植時無論 S7-200 中定義的SMB67為16#A0（1μs/周期）還是16#A8（1ms/周期），S7-200 SMART中都需要改為16#E0。起始、結束頻率根據公式計算，脈沖數不需要改變。
圖3. PLS指令多段PTO移植
計算包絡段的加速度（或減速度）和持續時間有助于確定正確的包絡表值，可按如下公式計算 Ts 段持續時間：
ΔF = FFinal - FInitial
Ts = PC / (Fmin + (|ΔF| / 2 ) )
As = ΔF / Ts
| Ts | 段持續時間 (s) |
| As | 段頻率加速度 (Hz/s) |
| PC | 段內脈沖數量 |
| Fmin | 段最小頻率 (Hz) |
| ΔF | 段增量（總變化）頻率 (Hz) |
注意：如果 Ts 段持續時間少于 500 微秒，將導致 CPU 沒有足夠的時間來計算 PTO 段值。 PTO 管道下溢位（SM66.6、SM76.6 和 SM566.6）將置為 1，PTO 操作終止。
S7-200 SMART CPU 沒有類似 S7-200 CPU 的高速計數器模式 12 功能。
S7-200 SMART CPU 硬件脈沖輸出接到輸入，配置高速計數器向導并調用 HSC 子程序可監視 PTO 脈沖數量 。如下圖4所示：
圖4. S7-200 SMART PTO 脈沖數測量
湖南 長沙 西門子 6ES7221-1BF22-0XA0
