一、什么是开环运动控制系统，开环运动控制的优缺点

开环运动控制系统是指系统输出（如电机位置、速度）对控制作用没有反馈影响的控制系统，其控制指令仅依据预设输入执行，不根据实际输出进行调整。

• 结构简单：系统仅由控制器和执行机构（如步进电机）构成，无需传感器等反馈元件，硬件组成简洁。
• 成本低廉：由于省去了高精度传感器和反馈回路，制造与采购成本显著低于闭环系统。
• 响应速度快：无反馈信号的采集与处理延迟，系统对指令的响应更迅速。
• 稳定性好：不存在因反馈延迟或参数不当引发的振荡或发散问题，系统行为更可预测。
• 易于维护：元件数量少，故障率相对较低，调试和维修更简便。

• 控制精度低：无法检测和修正由机械磨损、负载变化或元件老化引起的误差，定位或速度控制精度依赖初始标定。
• 抗干扰能力差：外部扰动（如电压波动、机械振动）或内部参数变化会直接导致输出偏差，系统无自动补偿能力。
• 无法自动纠偏：一旦出现误差（如步进电机失步），系统无法感知，将持续执行错误指令，可能导致任务失败。
• 依赖预设模型准确性：系统性能高度依赖于对负载、惯量等参数的精确预设，环境变化后性能显著下降。

综上，开环运动控制系统适用于对精度要求不高、环境稳定、成本敏感的场景，如简易传送带、普通电风扇档位控制或低成本自动化装置。

S7-200 SMART CPU提供了四种开环运动控制方法:

脉冲串输出(PTO):内置在CPU的速度和位置控制。此功能仅提供脉冲串输出，方向和限值控制必须通过应用程序使用PLC中集成的或由扩展模块提供。

脉宽调制(PWM):内置在CPU的速度、位置或负载循环控制。若组态PWM输出，CPU将固定输出的周期时间，通过程序控制脉冲的持续时间或负载周期。可通过脉冲持续时间的变化来控制应用的转速或位置。

运动轴:内置于CPU中，用于速度和位置控制。此功能提供了带有集成方向控制和禁用输出的单脉冲串输出，还包括可编程输入，并提供包括自动参考点搜索等多种操作模式。

运动轴组:支持基于PTO的开环轴组功能，可支持2轴或3轴的直线插补功能，并可以支持通过运动控制向导的Move_Path功能进行多段路径规划观。

西门子S7-200SMART PLC 可使用PLS指令编程使CPU输出高速脉冲。脉冲输出(PLS)指令控制高速输出（Q0.0、Q0.1和Q0.3）提供脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)功能。通过特殊存储器来控制脉冲输出。

二、PLS指令编程应用

下面通过一个简单的案例让大家了解并掌握PLS指令实现定位控制的使用；

案例要求：有一丝杆滑台通过步进电机拖动，已知丝杆螺距为4mm，步进电机转一圈的脉冲为800个脉冲。要求使用PLS指令完成以下定位控制。按下启动，电机从当前位置运行10cm，随时可以手动反向和停止。

使用 PLS 指令编程，以实现 PTO 输出，可按照以下步骤编程：

第一步：设置 PTO 控制字节，以确定使用单段操作或多段操作，是否更新频率或脉冲数；

第二步：如果是单段操作，装载或更新频率值，脉冲数；如果是多段操作，装载包络表起始地址以及包络表每段起始频率值，结束频率值，脉冲数；

第三步：设置 PLS 指令通道， 以确定是 Q0.0、Q0.1 或 Q0.3 PTO 输出；

第四步：沿触发 PLS 指令。

三、使用SM位置组态和控制PTO操作

PLS 指令读取存储于指定 SM 存储单元的数据，并相应地编程 PTO 生成器。

SMB67 控制 PTO0 ，SMB77 控制 PTO1 ，SMB567 控制 PTO2 。PTO 控制寄存器的 SM 单元表介绍了用于控制 PTO 操作的寄存器。可快速参考该表来确定在 PTO/PWM 控制寄存器中放置什么值才能调用想要的操作。

可通过修改 SM 区域（包括控制字节）中的单元，然后执行 PLS 指令，来改变 PTO 的特性。

任何时候都可通过向 PTO 控制字节（SM67.7、SM77.7 或 SM567.7）使能位写入 0，然后执行 PLS 指令，来实现禁止 PTO输出 。输出点将立即恢复为过程映像寄存器控制。

PTO 产生单段脉冲串或者多段脉冲串，需先组态 PTO 控制字节（SMB67、SMB77 和 SMB567）。

PTO/PWM 控制寄存器的 SM 单元如下表 1 所示：

PTO 控制字节（SMB67、SMB77 和 SMB567）， 如下表 2 所示：

除组态 PTO 控制字节，应该在执行 PLS 指令前装载或更新脉冲频率，脉冲数。

如果使用多段脉冲串，在执行PLS 指令前还需要装入包络表的起始偏移量和包络表的值。如下表 3 所示：

四、程序功能实现

根据设定距离换算成脉冲之前，需要知道步进电机丝杠转一圈的距离和驱动器的细分。如一圈为4MM,细分为800，设定运行距离为10CM。

分析:10cm=100mm，一圈走4mm，则100mm走100÷4=25圈,已知一圈需要800个脉冲，则10cm需要的脉冲数:25×800=20 000个。

根据这个运算，列出来一个公式，可以在触摸屏上随意的修改走的距离，定义为脉冲计算子程序。完整版程序如下所示：

五、结语

通过以上分享，相信大家已经掌握了S7-200SMART 脉冲输出PLS指令实现定位控制的应用。