《PLC应用技术（西门子S7-1200）（第二版）》 课件 项目三 三相异步电机的点动、连续运行控制

项目三三相交流异步电机的点动、连续运行控制掌握S7-1200PLC基本位逻辑指令及应用掌握S7-1200PLC数据类型与系统存储区掌握简单控制程序的设计方法一学习目标2024/10/223.1数据类型①基本数据类型②复杂数据类型③PLC数据类型（UDT）④VARTIANT⑤⑥系统数据类型硬件数据类型二知识讲座2024/10/22分类数据类型位数取值范围说明/举例

位布尔（Bool）11,0TRUE,FALSE或1,0位序列字节（Byte）816#00~16#FFMB0，IB3，QB1，DB0.DBB12字（Word）1616#0000~16#FFFFMW0，IW2，QW1，DB0.DBW10双字（DWord）3216#00000000~16#FFFFFFFFMD0，ID2，QD1，DB0.DBD10

整数短整数（SInt）8-128~127有符号十进制整数，-121,123整数（Int）16-32768~32767有符号十进制整数,-121,123双整数（DInt）32-2147483648~-2147483647有符号十进制整数，-121,123无符号短整数（USInt）80~255无符号十进制整数，123无符号整数（UInt）160~65535无符号十进制整数，123无符号双整数（DUInt）320~4294967295无符号十进制整数，1231基本数据类型2024/10/22基本数据类型

浮点数

浮点数（Real）

32正数范围：1.175495e-38~3.402823e+38负数范围：-3.402823e+38~-1.175495e+38IEEE浮点数双精度浮点数（LReal）64正数范围：0.0，2.2250738585072014e-308~1.7976931348623158e+308负数范围：-1.7976931348623158e+308~-2.2250738585072014e-308

日期和时间时间（Time）32IEC时间，精度1msT#-24D20H31M23S648MS~T#24D20H31M23S647MS所有的可能Time值都有效。Time值可用于计算，可能得出负时间。日期（Date）32IEC时间，精度1天D#1990-01-01~D#2168-12-31Date是包含自1990年1月1日开始算起的天数的16位日期值（与UInt类似）。最大日期值是65378(16#FF62)，该值与2168年12月31日相对应。所有可能的Date值都有效每天时间TOD（TIME-OF-DAY）32每天时间精度1msTOD#00:00:0.000~TOD#23:59:59.999TOD（日时钟）是包含从午夜算起的毫秒数（从0到86399999）的32位日时钟值（与Dint类似）字符Char8ASCII编码16#20~16#7F（32~127）任何可打印的字符，除去DEL（16#20）和空格（16#7F）12024/10/22S7-1200CPU的数据访问2S7-1200CPU存储器分为不同的地址区，包括过程映像I、Q区，位存储区（M），数据块（DB）和临时存储区（L）地址区可访问的地址单元地址标识符举例输入过程映像区I位II0.0字节IBIB1字IWIW0双字IDID0输出过程映像区Q位QQ0.0字节QBQB0字QWQW0双字QDQD0位存储区M位MM10.0字节MBMB10字MWMW10双字MDMD10数据块DB位DBXDB0.DBX0.0字节DBBDB0.DBB0字DBWDB0.DBW双字DBDDB0.DBD临时存储区L位LL0.0字节LBLB0字LWLW0双字LDLD01B=8bit1W=2B=16bit1D=2W=4B=32bit2024/10/22S7-1200CPU的数据访问2STEP7的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址是指数据在指令中以常数形式出现；直接寻址是指在指令中直接给出要访问的存储器或寄存器的名称或地址编号；间接寻址是指使用指针间接给出要访问的存储器或寄存器的地址。下面介绍直接寻址的几种方式。（1）位寻址。位寻址是对存储器中的某一位进行读写访问。格式：地址标识符

字节地址.位地址例如：I3.2，如图2024/10/22S7-1200CPU的数据访问2STEP7的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址是指数据在指令中以常数形式出现；直接寻址是指在指令中直接给出要访问的存储器或寄存器的名称或地址编号；间接寻址是指使用指针间接给出要访问的存储器或寄存器的地址。下面介绍直接寻址的几种方式。（2）字节寻址。字节寻址访问一个8位的存储区。格式：存储器标识符+字节地址,例如：MB2，如图2024/10/22S7-1200CPU的数据访问2STEP7的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址是指数据在指令中以常数形式出现；直接寻址是指在指令中直接给出要访问的存储器或寄存器的名称或地址编号；间接寻址是指使用指针间接给出要访问的存储器或寄存器的地址。下面介绍直接寻址的几种方式。（3）字寻址。字寻址访问一个16位的存储区，包含两个字节。格式：存储器标识符+数值小的字节号。例如：MW2，包括MB2和MB3两个字节，其中MB2是高8位字节，MB3是低8位字节，如图2024/10/22S7-1200CPU的数据访问2STEP7的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址是指数据在指令中以常数形式出现；直接寻址是指在指令中直接给出要访问的存储器或寄存器的名称或地址编号；间接寻址是指使用指针间接给出要访问的存储器或寄存器的地址。下面介绍直接寻址的几种方式。（4）双字寻址。字寻址访问一个16位的存储区，包含2个字或4个字节。格式：存储器标识符+数值小的字节号。例如：MD0，包含MW0和MW2这两个字，其中MW0包含MB0和MB1这两个字节，MW2包含MB2和MB3这个两个字节，如图所示。2024/10/22S7-1200CPU的数据访问2STEP7的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址是指数据在指令中以常数形式出现；直接寻址是指在指令中直接给出要访问的存储器或寄存器的名称或地址编号；间接寻址是指使用指针间接给出要访问的存储器或寄存器的地址。下面介绍直接寻址的几种方式。图为字节、字、双字寻址的方式所对应的存储器空间。2024/10/223.2位逻辑指令及应用

使用S7-1200CPU提供的位逻辑运算指令，可以实现最基本的位逻辑操作，包括常开、常闭、置位、复位、沿指令等。位逻辑指令见表2024/10/22常开触点与常闭触点1常开触点对应位地址的位为1（TRUE）时，常开触点闭合，为0（FALSE）时，常开触点断开。

常闭触点对应位地址的位为1（TRUE）时，常闭触点断开，为0（FALSE）时，常闭触点闭合。

触点是布尔型变量，只有1（TRUE）和0（FALSE）两种状态，放在线圈的左边。触点位地址的存储单元可以是输入继电器I，输出继电器Q、位存储器M等。2024/10/22取反RLO触点2

RLO是逻辑运算的简称，上表中的NOT触点为取反RLO触点，它用来改变能量流的逻辑状态。如果有能量流流入取反RLO触点，改触点输入端的RLO为1状态，反之为0状态。

如果没有能量流流入取反RLO触点，则有能流流出（见上图）。如果有能量流流入取反RLO触点，则没有能量流流出（见下图）2024/10/223.线圈4.取反线圈

如果有能量流流入线圈，线圈对应的位地址存储单元为1。反之，如果没有能量流流入线圈，则线圈对应的位地址存储单元为0。

如果有能量流流入线圈，则线圈对应的位地址纯纯单元为0。反之，如果没有能量流流入线圈，则线圈对应的位地址存储单元为1。线圈32024/10/225.置位/复位输出指令

置位输出指令将指定的位操作数置位为1并保持复位输出指令将指定的位操作数复位为0并保持。

置位位域指令将指定的位操作数地址开始的连续的多个位地址置位为1并保持。置位/复位4复位位域指令指定的位操作数地址开始的连续的多个位地址复位为0并保持。2024/10/22置位/复位触发器与复位/置位触发器5

SR和RS指令符号置位/复位触发器（SR）复位/置位触发器（RS）SR1QRS1Q00保持前一状态00保持前一状态010011101100110111

置位/复位触发器（SR）和复位/置位触发器（RS）指令的符号如图所示，两种触发器的输入输出关系见表。SR是复位优先触发器，如果置位（S）和复位（R1）信号都为1，则输出为0。RS是置位优先触发器，如果复位（R）和置位（S1）信号都为1，则输出为1。2024/10/22应用举例3.1用单个按钮实现启动、停止控制。方案一：在图中程序中，在程序运行的某个扫描周期按下按钮I0.0，触发器位置（S）端的信号为1->M0.1被置位为1->触发器Q端出->Q0.0的状态由0为1，同时Q0.0的常开触点闭合。如果在下一个扫描周期按下启动按钮I0.0->触发器置位（S）端和复位（R1）端的信号都为1，由于复位优先->M0.1被复位为0->Q端停止输出->Q0.0的状态由1变为0，系统停止输出。2024/10/22应用举例3.1用单个按钮实现启动、停止控制。方案二：在程序运行的某个扫描周期按下启动按钮I0.0->触发器复位（R）端和置位（S1）端的信号都为1，由于置位优先->M0.2被置位为1->触发器Q端输出->Q0.1的状态变为1，同时Q0.1的常闭触点断开。

如果在下一个扫描周期再按一次按钮I0.0->触发器复位（R）端信号为1，M0.2被复位为0->触发器Q端停止输出->Q0.0的状态由0变为1且Q0.0的常闭触点恢复为闭合状态->系统停止输出。2024/10/22边沿检测触点指令6（a）上升沿检测触点指令（b）下降沿沿检测触点指令

扫描操作数的信号上升沿又称上升沿检测触点指令，扫描操作数的信号下降沿又称下降沿检测触点指令，两个指令用于检测单个变量的沿，指令上方的操作数为待检测的变量，指令下方的操作数为上一扫描周期结果。上升沿检测触点指令，当输入信号“IN”由0变为1时，即输入信号“IN”的上升沿，则该触点接通一个扫描周期。下降沿检测触点指令，当输入信号“IN”由1变为0时，即输入信号“IN”的下降沿，则该触点接通一个扫描周期。

沿检测触点不能放在分支和结尾处。M_BIT用来存储上一次扫描“IN”的结果，该存储位只能在程序中使用一次，它的状态不能在其他地方被改写。只能用M、DB和FB的静态局部变量来做存储位，不能用I/O变量和块的临时局部数据来作边沿存储位。2024/10/22边沿检测线圈指令7（a）上升沿检测线圈指令（b）下降沿沿检测线圈指令

在信号上升沿置位操作数又称上升沿检测线圈指令，在信号下降沿置位操作数又称下降沿检测线圈指令，两个指令用于检测指令前的能量流结果的沿，指令上方的操作数为沿输出，指令下方的操作数为上一周期结果，指令前后的能量流保持不变。2024/10/22边沿检测线圈指令8

上图中，在程序运行时，按下外接开关使I0.0变为1，I0.0的常开触点闭合，能量流经线圈P和线圈N流过线圈Q0.0。在I0.0的上升沿，M0.0的常开触点闭合一个扫描周期，使Q0.1置位输出；在I0.0的下降沿，M0.1的常开触点闭合一个扫描周期，使Q0.1复位，波形如下图所示。边沿检测线圈指令应用边沿检测线圈指令应用的波形图2024/10/22P_TRING指令与N_TRING指令9

在图中，P_TRING指令扫描RLO的信号上升沿，在能量流流入CLK端的上升沿（能量流刚流进瞬间），Q端输出脉冲宽度为一个扫描周期的能流，使Q0.0置位，指令下方的M2.3是脉冲存储位。N_TRING指令扫描RLO的信号下降沿，在能量流流入CLK端的下降沿（能量流刚消失瞬间），Q端输出一个扫描周期的能流，使Q0.0复位，指令下方的M2.4是脉冲存储位。P_TRING指令与N_TRING指令应用2024/10/22R_TRING指令与F_TRING指令10R_TRING指令与F_TRING指令

在图中，R_TRING是检测信号上升沿指令，F_TRING是检测信号下降沿指令，它们是函数块，在调用时应为它们指定背景数据块。这两条指令将输入CLK端的当前状态与背景数据块中的边沿存储位保存的上一个扫描周期的CLK的状态进行比较。如果指令检测到CLK的上升沿或者下降沿，Q端会输出一个扫描周期的脉冲。2024/10/22任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制1.项目要求三相交流异步电机点动控制原理图

三相交流异步电机的点动控制要求:按下启动按钮，电机运行，松开按钮，电机停止运行。

左图为接触器控制的三相交流异步电机点动控制原理图，由主电路和控制电路两部分组成。电机起动过程：断路器Q1闭合，当按下启动按钮SB时，交流接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电机M起动运行；当松开按钮SB时，交流接触器KM线圈失电，其主触点断开，电机M停止运行。

本任务要求使用S7-1200PLC代替图中的控制电路部分实现三相交流异步电机的点动运行。使用S7-1200PLC实现三相交流异步电机的点动控制运行。2.项目分析2024/10/22任务实施根据本项目任务分析，SB为点动按钮，通过PLC输出控制KM线圈的得电和失电控制电机的启停。由于交流接触器线圈需交流220V供电，因此本项目选择继电器输出类型的PLC，且系统只有点动一个输入点和一个KM输出点，根据以上分析，西门子S7-1200系列中CPU1211CDC/DC/RLY、CPU1211CAC/DC/RLY、CPU1212CAC/DCRLY、CPU1212CDC/DC/RLY等PLC从I/O点数和输出类型两方面都可以满足本项目控制要求。本项目PLC选型为：CPU1211CDC/DC/RLY，订货号6ES7-211-1HE40-0XB0。主要设备清单如表所示。序号名称型号与规格单位数量备注1三相交流异步电机YS801260W台1可根据实际情况选择电机2交流接触器CJX2-1210个1

3PLC西门子S7-12001211CDC/DC/RLY台1可根据实际情况选择继电器输出型PLC。——1.控制系统设计任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制2024/10/222.I/O地址分配输入信号输出信号输入元件作用输入继电器输出元件作用输出继电器SB点动按钮I0.0KM电机接触器Q0.0任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制2024/10/223.系统接线图

基于PLC的三相交流异步电机点动控制如图所示，左图为主电路，右图为控制电路任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制2024/10/224.PLC程序设计（1）变量定义。变量表如图所示任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制2024/10/224.PLC程序设计（2）程序设计。梯形图如图所示。任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制2024/10/22任务一

基于PLC的三相交流异步电机点动运行控制5.控制系统调试

按控制原理图完成控制系统的安装接线，合上开关Q1，同时使PLC处于运行状态，按住按钮SB->I0.0的状态由0变为1->I0.0的常开触点闭合->输出线圈Q0.0得电输出→接触器KM线圈得电→接触器主触点闭合→三相交流异步电机得电运行。

松开按钮SB→I0.0的状态由1变为0→I0.0恢复为常开状态→输出线圈Q0.0失电→接触器线圈失电→接触器主触点断开→三相交流异步电机失电停止运行。2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制1.项目要求使用S7-1200PLC实现三相交流异步电机的连续运行控制。2.项目分析

三相交流异步电机连续运行控制要求:按下启动按钮，电机运行，松开按钮，电机停止运行。

图为接触器控制的三相交流异步电机连续运行控制原理图，由主电路和控制电路组成。电机起动过程：合上断路器Q1，按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电机起动，同时与SB1并联的接触器KM常开辅助触点闭合形成自锁，电机连续运行；按下停止按钮SB0，接触器KM线圈失电，其主触点和常开辅助触点复位断开，电机停止运行。电机在运行过程中，如果电机过载，热继电器FR的常闭触点断开，电机停止运行。2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制1.控制系统设计

根据本项目任务分析，SB0为停止按钮，SB1为启动按钮，通过PLC输出控制KM线圈的得电和失电控制电机的启停。由于交流接触器线圈需交流220V供电，因此本项目选择继电器输出类型的PLC，且系统有启动、停止、过载保护3个输入点和一个KM输出点，因此S7-1200系列中CPU为1211C的PLC可以满足本项目控制要求，PLC选型为：CPU1211CDC/DC/RLY，订货号6ES7-211-1HE40-0XB0。设备清单同任务一。2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制2.I/O地址分配输入信号输出信号输入元件作用输入继电器输出元件作用输出继电器SB0停止按钮I0.0KM电机接触器Q0.0SB1启动按钮I0.1

FR过载保护I0.2

2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制3.系统接线图基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制原理图

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制原理图如图所示，左图为主电路，右图为控制电路。2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制4.PLC程序设计（1）变量定义。变量表如图所示基于PLC的三相交流异步电机连续控制变量表2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制4.PLC程序设计（2）程序设计。梯形图如图所示。基于PLC的三相交流异步电机连续控制程序2024/10/22任务二

基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制5.控制系统调试按控制原理图完成控制系统的安装接线，合上开关Q1，同时使PLC处于运行状态，按下按钮SB1→I0.1的状态由0变为1→I0.1的常开触点闭合→输出线圈Q0.0得电输出，同时Q0.0的常开触点闭合形成自锁→接触器KM线圈得电→接触器主触点闭合→三相交流异步电机得电运行。

按下停止SB0→I0.0的状态由1变为0→I0.0的常闭触点断开→输出线圈Q0.0失电，同时Q0.0的常开触点恢复为0状态→接触器线圈失电→接触器主触点断开→三相交流异步电机失电停止运行。

系统运行过程中，如果发生过载情况，FR闭合→I0.3的状态由1变为0→I0.3的常闭触点断开→输出线圈Q0.0失电，同时Q0.0的常开触点恢复为0状态→接触器线圈失电→接触器主触点断开→三相交流异步电机失电停止运行2024/10/22项目拓展一PLC输入元件常闭接法

在任务二的控制系统原理图中，停止按钮和过载保护均采用常开接法，实际上也可以采用常闭接法，PLC控制程序要相应变化即可。1.控制系统设计控制系统设计同任务二。2.I/O地址分配I/O地址分配同任务二。2024/10/22项目拓展一PLC输入元件常闭接法3.系统接线图基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制原理图2024/10/22项目拓展一PLC输入元件常闭接法4.PLC程序设计（1）变量定义，同任务二。（2）程序设计，如图所示。

在控制系统原理图中，停止按钮和过载保护均采用常闭接法，因此程序中I0.0和I0.2必须用常开触点。2024/10/22项目拓展二

晶体管输出型PLC驱动交流负载

在任务二中，选择了继电器输出类型的PLC，但是实际工作中，如果没有继电器输出类型的PLC，只有晶体管输出类型的PLC，又如何驱动交流负载呢？其实很简单，只需通过中间继电器过渡，然后再用转换电路即可，也就是将中间继电器的常开触点串联到交流接触器的线圈回路。在实际工程应用中，大多数会采用中间继电器过渡，可以将PLC与强电进行隔离，起到保护PLC的目的。2024/10/22项目拓展二

晶体管输出型PLC驱动交流负载1.控制系统设计

本项目可选择晶体管输出类型PLC，S7-1200系列中CPU1211CDC/DC/DC符满足项目要求，订货号为6ES7-211-1AE40-0XB0。输入信号输出信号输入元件作用输入继电器输出元件作用输出继电器SB0停止按钮I0.0KM电机接触器Q0.0SB1启动按钮I0.1

FR过载保护I0.2

2.I/O地址分配I/O地址分配如表所示。2024/10/22项目拓展二

晶体管输出型PLC驱动交流负载3.系统接线图基于PLC的三相交流异步电机连续运行控制原理图2024/10/22项目拓展二

晶体管输出型PLC驱动交流负载4.PLC程序设计（1）变量定义。变量表如图3-26所示。基于PLC的三相交流异步电机连续控制变量表2024/10/22项目拓展二

晶体管输出型PLC驱动交流负载4.PLC程序设计程序段1：启保停程序段2：（2）程序设计。梯形图如图所示。2024/10/22

西门子S7-1200系列PLC中，在CPU属性中可以设置系统存储器和系统时钟存储器，并可以修改系统和时钟存储器的字节地址。通过“设备组态”→“属性”→“常规”→“系统和时钟存储器”，可以进行相关的设置，系统默认的系统存储器为MB1，时钟存储器为MB0。一、知识讲座：系统和时钟存储器拓展三四路抢答器控制系统设计2024/10/22一、知识讲座：系统和时钟存储器拓展三四路抢答器控制系统设计系统存储器字节提供了四个位，用户可以通过相应变量名称引用这个四个位。首次扫描（FirstScan）M1.0：在启动组织块（OB）完成后的第一个扫描周期内，该为置位为1，之后的扫描周期复位为0（也就是从第二个扫描周期开始，该位复位为0）。诊断状态已更改（DiagStatusUpdate）M1.1：在诊断事件之后的一个扫描周期内，该位置位为1。由于直到首次程序循环组织块执行完后CPU才能置位该位，因此在启动OB和程序循环OB首次执行完成后才能判断是否发生诊断更改。始终为1（AlwaysTRUE）M1.2：该位始终为1。始终为0（AlwaysFALSE）M1.3：该位始终为0。2024/10/22一、知识讲座：系统和时钟存储器拓展三四路抢答器控制系统设计时钟存储器的每一个位都可以生成不同频率的时钟方波，被组态为时钟存储器中的8个位提供了8中不同频率的方波，可以在用户程序中用于周期性触发动作，每一位对应的频率位号76543210周期（S）21.610.80.50.40.20.1频率（Hz）0.50.62511.2522.55102024/10/22拓展三四路抢答器控制系统设计二、控制要求设计一个PLC控制的四路抢答器控制系统，SB1-SB4分别为4个选手的抢答器按钮，SB0为出题按钮，SB5为复位按钮。当主持人按下出题按钮SB0后，出题指示灯以1HZ的频率闪烁，指示灯闪烁后方可抢答。此后任何时刻第一个按下抢答按钮，抢答成功，数码管上显示相应的数字1～4，出题指示灯灭，此时其他选手再按按钮，抢答无效。答题结束后，主持人按下复位按钮SB5，数码管灭，准备下一轮的抢答。2024/10/22拓展三四路抢答器控制系统设计1.控制系统设计本项目采用触摸屏界面模拟抢答器控制系统，因此PLC选用CPU1214DC/DC/RLY,订货号为6ES7214-1HG40-0XB0；触摸屏选用MCGS,型号为：TPC1061Ti

；采用以太网通讯方式。2.地址分配输入信号输出信号输入元件地址作用输出元件地址作用SB0I0.0出题按钮AQ0.0数码管A段SB1I0.11号抢答按钮BQ0.1数码管B段SB2I0.22号抢答按钮CQ0.2数码管C段SB3I0.33号抢答按钮DQ0.3数码管D段SB4I0.44号抢答按钮EQ0.4数码管E段SB5I0.5复位按钮FQ0.5数码管F段

GQ0.6数码管G段

HQ0.7出题指示灯

2024/10/22拓展三四路抢答器控制系统设计2.地址分配在本项目程序编写中，需要定义部分中间变量，位存储区的分配如下表所示。