《PLC應(yīng)用技術(shù)》課件-4.項目四 三相異步電機正反控制、降壓啟動控制

項目四三相異步電機正反控制、降壓啟動控制掌握S7-1200定時器指令格式、數(shù)據(jù)類型，定時器的基本應(yīng)用掌握比較操作指令的格式及應(yīng)用掌握簡單程序設(shè)計的基本方法一學(xué)習目標2025/3/10二知識講座4.1定時器指令S7-1200CPU的定時器指令采用IEC標準，定時器的數(shù)據(jù)類型為IEC_TIMER,數(shù)據(jù)長度為16個字節(jié)。使用定時器需要制定相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊來存儲定時器指令的數(shù)據(jù)，在博圖軟件中插入定時器指令時，系統(tǒng)會自動分配并創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊（DB），用戶程序中可以使用定時器的數(shù)量僅受CPU存儲容量的限制。S7-1200CPU包含4中定時器：脈沖定時器（TP）、接通延時定時器（TON）、關(guān)斷延時定時器（TOF）、時間累加器（TONR）。定時器引腳匯總表如表2025/3/10

名稱數(shù)據(jù)類型說明輸入INBool信號輸入端，TP、TON、TONR：1=啟用定時器，0=禁用定時器；TOF：0=啟動定時器，1=禁用定時器。PT（PresetTime）Time預(yù)設(shè)時間值，最大定時時間為T#24D20H31M23S647MSRBool復(fù)位信號端，僅出現(xiàn)在TONR定時器中。輸出QBool位輸出端ET(ElapsedTime)Time當前時間值二知識講座2025/3/10二知識講座

脈沖定時器（TP）的指令名稱為“生成脈沖”，可生成具有預(yù)設(shè)寬度時間的脈沖，見圖4-1。在IN端輸入信號的上升沿啟動脈沖定時器，Q端立即輸出，狀態(tài)由0變?yōu)?。定時器啟動之后，當前時間ET從0ms開始不斷增加，達到PT預(yù)設(shè)值的時間時，Q端的輸出狀態(tài)由1變?yōu)?，停止輸出。1.脈沖定時器

當ET<PT時，IN的狀態(tài)改變不影響Q的輸出狀態(tài)和ET的計時。當ET=PT時，ET立即停止計時，如果IN的狀態(tài)為0，則Q端輸出0，ET回到0；如果IN的狀態(tài)為1，則Q輸出為1，ET保持。2025/3/10二知識講座1.脈沖定時器圖4-1脈沖定時器指令應(yīng)用及波形圖

圖中，若I0.1為1時，定時器復(fù)位線圈（RT）得電，定時器被復(fù)位。如果此時定時器處于定時狀態(tài)，且IN的狀態(tài)為0，將使當前時間值ET清零，Q端輸出狀態(tài)變?yōu)?。如果定時器正在定時，且IN的狀態(tài)為1，將使當前時間ET清零，但是Q端輸出保持為1狀態(tài)。2025/3/10二知識講座

接通延時定時器（TON）用于將Q端的置位操作延時PT指定的一段時間。如圖4-2所示，當IN端輸入信號由0變?yōu)?時，定時器啟動。當ET=PT時，Q立即輸出，狀態(tài)由0變?yōu)?，ET立即停止計時并保持。在任何時刻，只要IN端變?yōu)?，ET立即停止計時并回到0，同時Q端停止輸出，狀態(tài)變?yōu)?。2.接通延時定時器圖4-2接通延時定時器指令應(yīng)用及波形圖2025/3/10二知識講座3.關(guān)斷延時定時器

關(guān)斷延時定時器（TOF）用于將Q端的復(fù)位操作延時PT指定的一段時間。如圖4-3所示，只要IN端的狀態(tài)為1，Q端即輸出，狀態(tài)為1，同時ET被清零。IN端的狀態(tài)由1變?yōu)?，定時器啟動。當ET=PT時，ET立即停止計時并保持當前值不變，Q端立即停止輸出，狀態(tài)由1變?yōu)?。在任何時刻，只要IN端變?yōu)?，ET立即停止計時并回到0。圖4-3關(guān)斷延時定時器指令應(yīng)用及波形圖2025/3/10二知識講座4.時間累加器

時間累加器（TONR）也叫保持性接通延時定時器，如圖4-4所示，當IN端的狀態(tài)為0時，Q端輸出為0。當IN端的狀態(tài)由0變?yōu)?時，定時器啟動開始計時，當ET<PT時，且IN端的狀態(tài)為1，則ET計時，若IN端的狀態(tài)變?yōu)?時，ET立即停止計時并保持。當ET=PT時，ET立即停止計時并保持（ET=t1+t2），同時Q端立即輸出，狀態(tài)由0變?yōu)?，直到IN端的狀態(tài)變?yōu)?。在任何時刻，只要R端的狀態(tài)為1，Q端輸出為0，ET立即停止計時并回到0。

圖4-4時間累加器指令應(yīng)用及波形圖2025/3/10二知識講座【應(yīng)用舉例4.1】用定時器設(shè)計輸出脈沖周期和占空比可調(diào)的震蕩電路。

圖4-5中，圖(a)采用分別計時方式，圖(b)采用累積計時方式，圖(c)采用脈沖定時器，只要改變定時器T0和T1的設(shè)定值，就可以調(diào)整輸出脈沖的寬度和占空比。圖4-5震蕩電路(a)2025/3/10二知識講座【應(yīng)用舉例4.1】用定時器設(shè)計輸出脈沖周期和占空比可調(diào)的震蕩電路。

圖4-5中，圖(a)采用分別計時方式，圖(b)采用累積計時方式，圖(c)采用脈沖定時器，只要改變定時器T0和T1的設(shè)定值，就可以調(diào)整輸出脈沖的寬度和占空比。圖4-5震蕩電路(b)2025/3/10二知識講座【應(yīng)用舉例4.1】用定時器設(shè)計輸出脈沖周期和占空比可調(diào)的震蕩電路。

圖4-5中，圖(a)采用分別計時方式，圖(b)采用累積計時方式，圖(c)采用脈沖定時器，只要改變定時器T0和T1的設(shè)定值，就可以調(diào)整輸出脈沖的寬度和占空比。圖4-5震蕩電路(c)2025/3/10二知識講座【應(yīng)用舉例4.2】洗手間自動沖水控制系統(tǒng)?？刂埔螅河腥诉M去時，關(guān)電開關(guān)I0.0接通，3S后Q0.0輸出，控制水閥打開，開始沖水，時間為2S；使用離開后，再次沖水3S。圖4-5洗手間自動沖水控制系統(tǒng)時序圖2025/3/10二知識講座圖4-5洗手間自動沖水控制系統(tǒng)時序圖

從圖4-5所示的時序圖可知，有人來時光電開關(guān)I0.0每接通一次，則水閥Q0.0接通2次。光電開關(guān)接通（I0.0的上升沿）后延時3S將水閥Q0.0第一次接通，沖水2S；當人離開時（I0.0的下降沿）水閥Q0.0第二次接通，沖水3S。2025/3/10二知識講座圖4-6(a)洗手間自動沖水控制系統(tǒng)圖4-6（a）中，當有人來時，檢測光電開關(guān)I0.0的上升沿，接通TON定時器T0延時3S，3S后T0的Q端輸出，接通脈沖定時器T1，同時T1的Q端輸出，T1的常開觸點閉合，水閥打開開始第一次沖水，時間2S。沖水結(jié)束后，復(fù)位上升沿信號。當人離開時，光電開關(guān)I0.0斷開，其下降沿接通脈沖定時器T2，同時T2的Q端輸出，T2的常開觸點閉合，水閥打開開始第二次沖水。2025/3/10二知識講座圖4-6(b)洗手間自動沖水控制系統(tǒng)圖4-6（b）中，當有人來時，光電開關(guān)接通，定時器T0接通并延時3S，3S后定時器T1接通并計時2S，同時T1的Q端輸出，T1的常開觸點閉合，水閥Q0.0打開開始第一次沖水。當人離開時，光電開關(guān)I0.0斷開，關(guān)斷延時定時器T2斷開并開始計時3S，同時Q端仍處于輸出狀態(tài)，因此T2的常開觸點仍處于閉合狀態(tài)，且I0.0的常閉觸點也處于閉合狀態(tài)，因此水閥Q0.0接通，開始第二次沖水。當T2的計時時間到，T2的Q端停止輸出，T2的常開觸點復(fù)位，水閥Q0.0斷開并停止沖水。

2025/3/10二知識講座4.2比較操作指令1.比較指令

比較操作指令主要用于比較數(shù)據(jù)類型相同的兩個數(shù)的大小，不同數(shù)據(jù)類型的比較一定進行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換后才能比較。若比較的結(jié)果為真，則輸出為1；若比較結(jié)果為假，則輸出為0。比較指令包括：“==”（等于），“<>”（不等于），“>”（大于），“>=”（大于等于），“<”（小于），“<=”小于等于。比較的數(shù)據(jù)類型可以是字符、整數(shù)、浮點數(shù)、時間等基本數(shù)據(jù)類型，也可以比較字符串、DTL等復(fù)雜數(shù)據(jù)類型。比較指令符號如圖4-7所示。圖4-7比較指令符號2025/3/10二知識講座4.2比較操作指令2.值在范圍內(nèi)與值超出范圍

值在范圍內(nèi)指令I(lǐng)N_RANGE與值超出范圍指令OUT_RANGE，判斷整數(shù)或浮點數(shù)是否在范圍之內(nèi)或之外，條件滿足則輸出1，不滿足則輸出0。圖4-8值在范圍內(nèi)與值超出范圍指令2025/3/10二知識講座【應(yīng)用舉例4.3】用接通延時定時器和比較指令實現(xiàn)占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器。程序段1：程序段2：

圖4-9占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器

圖4-9中，程序段1用定時器T0構(gòu)成一個自復(fù)位電路，周期為5S。程序段2用大于等于比較控制輸出，當定時器的當前值ET大于等于2S時，系統(tǒng)輸出。本例中，輸出時間為3S，占空比為60%。只要改變定時器的預(yù)設(shè)時間值PT和比較指令的時間常量，就可以改變占空比，也就是高電平輸出的寬度。2025/3/10三工作任務(wù)任務(wù)一基于PLC的三相交流異步電機星-三角降壓啟動1.項目要求

使用S7-1200PLC實現(xiàn)三相交流異步電機的星-三角降壓啟動，星形啟動時間為20S，星形向三角形轉(zhuǎn)換的過渡時間為1S。2025/3/10三工作任務(wù)2.項目分析圖4-10三相交流異步電機星-三角降壓啟動原理圖圖4-10三相交流異步電機星-三角降壓啟動原理圖，左邊為主電路，右邊為控制電路，啟動過程為：

1合上斷路器Q1，按下啟動按鈕SB1->接觸器KM1、KM2和定時器KT1的線圈得電->KM1、KM2的主觸點閉合，電機星形啟動；同時KM1常開的輔助觸點閉合，形成自鎖。2當KT1的定時時間到->KT1的常閉觸點斷開，常閉觸點閉合->KM2線圈失電，定時器KT2的線圈得電，開始計時->KM2的主觸點斷開，星形啟動結(jié)束。KT2定時的時間可以設(shè)為0.5S-1S，目的是防止在星形啟動和三角形運行轉(zhuǎn)換的過程中，出現(xiàn)短路現(xiàn)象。3當KT2的定時時間到->KT2的常開觸點閉合->接觸器KM3線圈得電->KM3的主觸點閉合，同時KM3的常開輔助觸點閉合形成自鎖->電機三角形運行。本任務(wù)要求使用S7-1200PLC代替圖4-10中的控制電路部分實現(xiàn)三相交流異步電機的星-三角降壓啟動。2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)本項目任務(wù)分析，星-三角降壓控制系統(tǒng)有停止按鈕、啟動按鈕和過載保護3個輸入信號，有KM1、KM2、KM3總共3個輸出控制信號，其中交流接觸器KM1、KM2、KM3線圈電壓為220V，因此項目選擇繼電器輸出類型的PLC。根據(jù)以上分析，西門子S7-1200系列中1211C、1212C、1214C等繼電器輸出類型的PLC從I/O點數(shù)和輸出類型兩方面都可以滿足本項目控制要求。2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計圖4-11三相交流異步電機星-三角降壓啟動流程圖星-三角降壓啟動流程如圖4-11所示2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計主要設(shè)備清單如表4-2所示序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量備注1三相交流異步電機YS801260W臺1可根據(jù)實際情況選擇電機2交流接觸器CJX2-1210個3

3PLC西門子S7-12001211CAC/DC/RLY臺1可根據(jù)實際情況選擇繼電器輸出型PLC。表4-2三相交流異步電機星-三角降壓啟動主要設(shè)備清單2025/3/10四任務(wù)實施2.I/O地址分配I/O地址分配如表4-3所示。表4-3星-三角降壓啟動I/O分配表輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1電源接觸器Q0.0SB1啟動按鈕I0.1KM2星形啟動接觸器Q0.1FR過載保護I0.2KM3三角形運行接觸器Q0.22025/3/10四任務(wù)實施3.系統(tǒng)接線圖圖4-12基于PLC的三相交流異步電機星-三角降壓啟動

基于PLC的三相交流異步電機星-三角降壓啟動如圖3-17所示，左圖為主電路，右圖為控制電路。2025/3/10四任務(wù)實施4.PLC程序設(shè)計（1）變量定義。變量表如圖4-13所示。圖4-13星-三角降壓啟動變量表2025/3/10四任務(wù)實施4.PLC程序設(shè)計（2）程序設(shè)計程序段1：啟保停電路程序段2：星形啟動程序段3：三角形運行圖4-14星-三角降壓啟動控制程序（一）

星-三角降壓啟動梯形圖如圖4-14和圖4-15所示。圖4-14是采用兩個接通延時定時器實現(xiàn)星-三角降壓啟動的梯形圖。程序段1為啟-保-停電路，M0.0為啟動/停止標志位。程序段2為星形啟動階段，Q0.0和Q0.1線圈得電，電機星形啟動，同時20S計時開始。程序3為三角形運行階段，當星形啟動結(jié)束1S，電機處于三角形運行狀態(tài)。2025/3/10四任務(wù)實施4.PLC程序設(shè)計（2）程序設(shè)計程序段1：程序段2：程序段3：圖4-15星-三角降壓啟動控制程序（二）程序段1：啟-保-停電路，采用復(fù)位優(yōu)先指令實現(xiàn)。程序段4：程序段2：星形啟動時間為20S，星形啟動到三角形運行之間的過渡時間為1S。程序段3：星形啟動階段，按下啟動按鈕，接觸器Q0.0得電，當ET≤20S時，Q0.1得電，星形啟動，當ET﹥20S時，Q0.1斷開，星形啟動結(jié)束。程序段4：三角形運行階段，當ET≥21S時，Q0.2得電，三角形運行。2025/3/10三工作任務(wù)任務(wù)二基于PLC的三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制1.項目要求使用S7-1200PLC實現(xiàn)三相交流異步電機循環(huán)正反轉(zhuǎn)控制。2025/3/10三工作任務(wù)任務(wù)二基于PLC的三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制1.項目分析

本任務(wù)要求按下啟動按鈕，三相交流異步電機正轉(zhuǎn)5S，暫停2S，反轉(zhuǎn)5S，暫停2S，如此循環(huán)，按下停止按鈕電機立即停止運行。同時電機正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)指示燈亮，反轉(zhuǎn)時反轉(zhuǎn)指示燈亮。2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)項目任務(wù)分析，正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)有停止按鈕、啟動按鈕和過載保護3個輸入信號，有正轉(zhuǎn)接觸器KM1、反轉(zhuǎn)接觸KM2、正轉(zhuǎn)指示燈HL1和反轉(zhuǎn)指示燈HL2總共4個輸出控制信號，其中交流接觸器KM1、KM2線圈電壓為220V，指示燈額定電壓為直流24V，因此項目選擇既有交流輸出回路又有24V直流輸回路類型的PLC。根據(jù)以上分析，西門子S7-1200系列中1212C、1214C等繼電器輸出類型的PLC從I/O點數(shù)和輸出類型兩方面都可以滿足本項目控制要求。2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計圖4-16三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)流程圖

三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制流程圖如圖4-16所示2025/3/10四任務(wù)實施1.控制系統(tǒng)設(shè)計表4-4三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)主要設(shè)備清單主要設(shè)備清單如表4-4所示序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量備注1三相交流異步電機YS801260W臺1可根據(jù)實際情況選擇電機2交流接觸器CJX2-1210個2

3PLC西門子S7-1200CPU1212CDC/DC/RLY臺1可根據(jù)實際情況選擇繼電器輸出型PLC。4指示燈

施耐德

XB2BVB3LC個2

2025/3/10四任務(wù)實施2.I/O地址分配I/O地址分配如表4-5所示。輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1正轉(zhuǎn)接觸器Q0.4SB1啟動按鈕I0.1KM2反轉(zhuǎn)接觸器Q0.5FR過載保護I0.2HL1正轉(zhuǎn)指示燈Q0.0

HL2反轉(zhuǎn)指示燈Q0.1表4-5三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)I/O分配表2025/3/10四任務(wù)實施3.系統(tǒng)接線圖

由1212CCPU的接線圖如圖4-17可知，它的第一組輸出回路可接直流24V，第二輸出回路只能接交流220V，因此兩個指示燈HL1、HL2接在輸出的第一組回路中，接觸器線圈KM1、KM2接在第二組回路中?；赑LC的三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制原理圖如圖4-18所示。2025/3/10四任務(wù)實施3.系統(tǒng)接線圖

基于PLC的三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制原理圖如圖4-18所示。圖4-18基于PLC的三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)原理圖2025/3/10四任務(wù)實施4.PLC程序設(shè)計

（1）變量定義。變量表如圖4-19所示。圖4-19三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制系統(tǒng)變量表2025/3/10四任務(wù)實施4.PLC程序設(shè)計（2）程序設(shè)計。梯形圖如圖4-20所示。程序段1：啟-保-停電路，采用置位和復(fù)位指令實現(xiàn)。程序段2：完成一次正反轉(zhuǎn)所需時間程序段3：當定時器時間0S＜ET≤5S時，電機正轉(zhuǎn)；當7S≤ET≤12S時，電機反轉(zhuǎn)。2025/3/10五項目拓展1.系統(tǒng)和時鐘存儲器

西門子S7-1200系列PLC中，在CPU屬性中可以設(shè)置系統(tǒng)存儲器和系統(tǒng)時鐘存儲器，并可以修改系統(tǒng)和時鐘存儲器的字節(jié)地址。通過“設(shè)備組態(tài)”→“屬性”→“常規(guī)”→“系統(tǒng)和時鐘存儲器”，可以進行相關(guān)的設(shè)置，如圖4-21所示，系統(tǒng)默認的系統(tǒng)存儲器為MB1，時鐘存儲器為MB0。

系統(tǒng)存儲器字節(jié)提供了四個位，用戶可以通過相應(yīng)變量名稱引用這個四個位。圖4-21系統(tǒng)和時鐘存儲器2025/3/10五項目拓展1.系統(tǒng)和時鐘存儲器

圖4-21系統(tǒng)和時鐘存儲器（1）首次掃描（FirstScan）M1.0：在啟動組織塊（OB）完成后的第一個掃描周期內(nèi)，該為置位為1，之后的掃描周期復(fù)位為0（也就是從第二個掃描周期開始，該位復(fù)位為0）。（2）診斷狀態(tài)已更改（DiagStatusUpdate）M1.1：在診斷事件之后的一個掃描周期內(nèi)，該位置位為1。由于直到啟動OB和程序循環(huán)OB首次執(zhí)行完才能置位該位，因此在啟動OB和程序循環(huán)OB首次執(zhí)行完成后才能判斷是否發(fā)生診斷更改。（3）始終為1（AlwaysTRUE）M1.2：該位始終為1。（4）始終為0（AlwaysFALSE）M1.3：該位始終為0。

2025/3/10五項目拓展1.系統(tǒng)和時鐘存儲器

位號76543210周期（S）21.610.80.50.40.20.1頻率（Hz）0.50.62511.2522.5510表4-6時鐘存儲器字節(jié)各位對應(yīng)的時鐘周期和頻率

組態(tài)的系統(tǒng)始終存儲器的每一個位都可以生成不同頻率的時鐘方波，被組態(tài)為時鐘存儲器中的8個位提供了8中不同頻率的方波，可以在程序中用于周期性觸發(fā)動作，每一位對應(yīng)的頻率見表4-6。組態(tài)或修改了系統(tǒng)存儲器后，要確保將配置重新下載到CPU，否則組態(tài)不生效。2025/3/10五項目拓展2.交通控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計一個PLC控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng)，控制要求如下：自動運行時，按下啟動按鈕，交通燈控制系統(tǒng)按圖4-22所示的時序圖工作（綠燈閃爍頻率為1HZ），按下停止按鈕，所有信號燈都熄滅；手動運行時，兩個方向的黃燈同時閃爍，閃爍頻率1HZ。2025/3/10五項目拓展2.交通控制系統(tǒng)設(shè)計

圖4-22交通燈控制系統(tǒng)時序圖2025/3/10五項目拓展2.交通控制系統(tǒng)設(shè)計

圖4-22交通燈控制系統(tǒng)時序圖1）控制系統(tǒng)設(shè)計

從圖4-21中可知，交通燈控制系統(tǒng)有手動按鈕、自動啟動按鈕和停止按鈕3個輸入信號，有東西方向、南北方向綠燈、黃燈、紅燈各3個，總有6個輸出信號，在模擬交通燈中，所有信號燈均為直流24VLED燈。因此S7-1200系列中有CPU1212CDC/DC/DC、CPU1214CDC/DC/DC、CPU1215CDC/DC/DC三種型號的CPU符合輸入、輸出點數(shù)的要求，本項目選擇CPU1214CDC/DC/DC2025/3/10五項目拓展2.交通控制系統(tǒng)設(shè)計

2）I/O地址分配I/O地址分配如表4-6所示。輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0手動按鈕I0.0LED1東西向綠燈Q0.0SB1自動啟動按鈕I0.1LED2東西向黃燈Q0.1SB2停止按鈕I0.2LED3東西向紅燈Q0.2

LED4南北向綠燈Q0.3

LED5南北向黃燈Q0.4

LED6南北向紅燈Q0.5表4-6交通燈控制系統(tǒng)I/O分配表2025/3/10五項目拓展2.交通控制系統(tǒng)設(shè)計

3）系統(tǒng)接線圖

交通燈控制系統(tǒng)