《PLC应用技术》课件-4.项目四 三相异步电机正反控制、降压启动控制

项目四三相异步电机正反控制、降压启动控制掌握S7-1200定时器指令格式、数据类型，定时器的基本应用掌握比较操作指令的格式及应用掌握简单程序设计的基本方法一学习目标2025/3/10二知识讲座4.1定时器指令S7-1200CPU的定时器指令采用IEC标准，定时器的数据类型为IEC_TIMER,数据长度为16个字节。使用定时器需要制定相应的背景数据块来存储定时器指令的数据，在博图软件中插入定时器指令时，系统会自动分配并创建数据块（DB），用户程序中可以使用定时器的数量仅受CPU存储容量的限制。S7-1200CPU包含4中定时器：脉冲定时器（TP）、接通延时定时器（TON）、关断延时定时器（TOF）、时间累加器（TONR）。定时器引脚汇总表如表2025/3/10

名称数据类型说明输入INBool信号输入端，TP、TON、TONR：1=启用定时器，0=禁用定时器；TOF：0=启动定时器，1=禁用定时器。PT（PresetTime）Time预设时间值，最大定时时间为T#24D20H31M23S647MSRBool复位信号端，仅出现在TONR定时器中。输出QBool位输出端ET(ElapsedTime)Time当前时间值二知识讲座2025/3/10二知识讲座

脉冲定时器（TP）的指令名称为“生成脉冲”，可生成具有预设宽度时间的脉冲，见图4-1。在IN端输入信号的上升沿启动脉冲定时器，Q端立即输出，状态由0变为1。定时器启动之后，当前时间ET从0ms开始不断增加，达到PT预设值的时间时，Q端的输出状态由1变为0，停止输出。1.脉冲定时器

当ET<PT时，IN的状态改变不影响Q的输出状态和ET的计时。当ET=PT时，ET立即停止计时，如果IN的状态为0，则Q端输出0，ET回到0；如果IN的状态为1，则Q输出为1，ET保持。2025/3/10二知识讲座1.脉冲定时器图4-1脉冲定时器指令应用及波形图

图中，若I0.1为1时，定时器复位线圈（RT）得电，定时器被复位。如果此时定时器处于定时状态，且IN的状态为0，将使当前时间值ET清零，Q端输出状态变为0。如果定时器正在定时，且IN的状态为1，将使当前时间ET清零，但是Q端输出保持为1状态。2025/3/10二知识讲座

接通延时定时器（TON）用于将Q端的置位操作延时PT指定的一段时间。如图4-2所示，当IN端输入信号由0变为1时，定时器启动。当ET=PT时，Q立即输出，状态由0变为1，ET立即停止计时并保持。在任何时刻，只要IN端变为0，ET立即停止计时并回到0，同时Q端停止输出，状态变为0。2.接通延时定时器图4-2接通延时定时器指令应用及波形图2025/3/10二知识讲座3.关断延时定时器

关断延时定时器（TOF）用于将Q端的复位操作延时PT指定的一段时间。如图4-3所示，只要IN端的状态为1，Q端即输出，状态为1，同时ET被清零。IN端的状态由1变为0，定时器启动。当ET=PT时，ET立即停止计时并保持当前值不变，Q端立即停止输出，状态由1变为0。在任何时刻，只要IN端变为1，ET立即停止计时并回到0。图4-3关断延时定时器指令应用及波形图2025/3/10二知识讲座4.时间累加器

时间累加器（TONR）也叫保持性接通延时定时器，如图4-4所示，当IN端的状态为0时，Q端输出为0。当IN端的状态由0变为1时，定时器启动开始计时，当ET<PT时，且IN端的状态为1，则ET计时，若IN端的状态变为0时，ET立即停止计时并保持。当ET=PT时，ET立即停止计时并保持（ET=t1+t2），同时Q端立即输出，状态由0变为1，直到IN端的状态变为0。在任何时刻，只要R端的状态为1，Q端输出为0，ET立即停止计时并回到0。

图4-4时间累加器指令应用及波形图2025/3/10二知识讲座【应用举例4.1】用定时器设计输出脉冲周期和占空比可调的震荡电路。

图4-5中，图(a)采用分别计时方式，图(b)采用累积计时方式，图(c)采用脉冲定时器，只要改变定时器T0和T1的设定值，就可以调整输出脉冲的宽度和占空比。图4-5震荡电路(a)2025/3/10二知识讲座【应用举例4.1】用定时器设计输出脉冲周期和占空比可调的震荡电路。

图4-5中，图(a)采用分别计时方式，图(b)采用累积计时方式，图(c)采用脉冲定时器，只要改变定时器T0和T1的设定值，就可以调整输出脉冲的宽度和占空比。图4-5震荡电路(b)2025/3/10二知识讲座【应用举例4.1】用定时器设计输出脉冲周期和占空比可调的震荡电路。

图4-5中，图(a)采用分别计时方式，图(b)采用累积计时方式，图(c)采用脉冲定时器，只要改变定时器T0和T1的设定值，就可以调整输出脉冲的宽度和占空比。图4-5震荡电路(c)2025/3/10二知识讲座【应用举例4.2】洗手间自动冲水控制系统。控制要求：有人进去时，关电开关I0.0接通，3S后Q0.0输出，控制水阀打开，开始冲水，时间为2S；使用离开后，再次冲水3S。图4-5洗手间自动冲水控制系统时序图2025/3/10二知识讲座图4-5洗手间自动冲水控制系统时序图

从图4-5所示的时序图可知，有人来时光电开关I0.0每接通一次，则水阀Q0.0接通2次。光电开关接通（I0.0的上升沿）后延时3S将水阀Q0.0第一次接通，冲水2S；当人离开时（I0.0的下降沿）水阀Q0.0第二次接通，冲水3S。2025/3/10二知识讲座图4-6(a)洗手间自动冲水控制系统图4-6（a）中，当有人来时，检测光电开关I0.0的上升沿，接通TON定时器T0延时3S，3S后T0的Q端输出，接通脉冲定时器T1，同时T1的Q端输出，T1的常开触点闭合，水阀打开开始第一次冲水，时间2S。冲水结束后，复位上升沿信号。当人离开时，光电开关I0.0断开，其下降沿接通脉冲定时器T2，同时T2的Q端输出，T2的常开触点闭合，水阀打开开始第二次冲水。2025/3/10二知识讲座图4-6(b)洗手间自动冲水控制系统图4-6（b）中，当有人来时，光电开关接通，定时器T0接通并延时3S，3S后定时器T1接通并计时2S，同时T1的Q端输出，T1的常开触点闭合，水阀Q0.0打开开始第一次冲水。当人离开时，光电开关I0.0断开，关断延时定时器T2断开并开始计时3S，同时Q端仍处于输出状态，因此T2的常开触点仍处于闭合状态，且I0.0的常闭触点也处于闭合状态，因此水阀Q0.0接通，开始第二次冲水。当T2的计时时间到，T2的Q端停止输出，T2的常开触点复位，水阀Q0.0断开并停止冲水。

2025/3/10二知识讲座4.2比较操作指令1.比较指令

比较操作指令主要用于比较数据类型相同的两个数的大小，不同数据类型的比较一定进行数据类型的转换后才能比较。若比较的结果为真，则输出为1；若比较结果为假，则输出为0。比较指令包括：“==”（等于），“<>”（不等于），“>”（大于），“>=”（大于等于），“<”（小于），“<=”小于等于。比较的数据类型可以是字符、整数、浮点数、时间等基本数据类型，也可以比较字符串、DTL等复杂数据类型。比较指令符号如图4-7所示。图4-7比较指令符号2025/3/10二知识讲座4.2比较操作指令2.值在范围内与值超出范围

值在范围内指令IN_RANGE与值超出范围指令OUT_RANGE，判断整数或浮点数是否在范围之内或之外，条件满足则输出1，不满足则输出0。图4-8值在范围内与值超出范围指令2025/3/10二知识讲座【应用举例4.3】用接通延时定时器和比较指令实现占空比可调的脉冲发生器。程序段1：程序段2：

图4-9占空比可调的脉冲发生器

图4-9中，程序段1用定时器T0构成一个自复位电路，周期为5S。程序段2用大于等于比较控制输出，当定时器的当前值ET大于等于2S时，系统输出。本例中，输出时间为3S，占空比为60%。只要改变定时器的预设时间值PT和比较指令的时间常量，就可以改变占空比，也就是高电平输出的宽度。2025/3/10三工作任务任务一基于PLC的三相交流异步电机星-三角降压启动1.项目要求

使用S7-1200PLC实现三相交流异步电机的星-三角降压启动，星形启动时间为20S，星形向三角形转换的过渡时间为1S。2025/3/10三工作任务2.项目分析图4-10三相交流异步电机星-三角降压启动原理图图4-10三相交流异步电机星-三角降压启动原理图，左边为主电路，右边为控制电路，启动过程为：

1合上断路器Q1，按下启动按钮SB1->接触器KM1、KM2和定时器KT1的线圈得电->KM1、KM2的主触点闭合，电机星形启动；同时KM1常开的辅助触点闭合，形成自锁。2当KT1的定时时间到->KT1的常闭触点断开，常闭触点闭合->KM2线圈失电，定时器KT2的线圈得电，开始计时->KM2的主触点断开，星形启动结束。KT2定时的时间可以设为0.5S-1S，目的是防止在星形启动和三角形运行转换的过程中，出现短路现象。3当KT2的定时时间到->KT2的常开触点闭合->接触器KM3线圈得电->KM3的主触点闭合，同时KM3的常开辅助触点闭合形成自锁->电机三角形运行。本任务要求使用S7-1200PLC代替图4-10中的控制电路部分实现三相交流异步电机的星-三角降压启动。2025/3/10四任务实施1.控制系统设计

根据本项目任务分析，星-三角降压控制系统有停止按钮、启动按钮和过载保护3个输入信号，有KM1、KM2、KM3总共3个输出控制信号，其中交流接触器KM1、KM2、KM3线圈电压为220V，因此项目选择继电器输出类型的PLC。根据以上分析，西门子S7-1200系列中1211C、1212C、1214C等继电器输出类型的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。2025/3/10四任务实施1.控制系统设计图4-11三相交流异步电机星-三角降压启动流程图星-三角降压启动流程如图4-11所示2025/3/10四任务实施1.控制系统设计主要设备清单如表4-2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3

3PLC西门子S7-12001211CAC/DC/RLY台1可根据实际情况选择继电器输出型PLC。表4-2三相交流异步电机星-三角降压启动主要设备清单2025/3/10四任务实施2.I/O地址分配I/O地址分配如表4-3所示。表4-3星-三角降压启动I/O分配表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I0.0KM1电源接触器Q0.0SB1启动按钮I0.1KM2星形启动接触器Q0.1FR过载保护I0.2KM3三角形运行接触器Q0.22025/3/10四任务实施3.系统接线图图4-12基于PLC的三相交流异步电机星-三角降压启动

基于PLC的三相交流异步电机星-三角降压启动如图3-17所示，左图为主电路，右图为控制电路。2025/3/10四任务实施4.PLC程序设计（1）变量定义。变量表如图4-13所示。图4-13星-三角降压启动变量表2025/3/10四任务实施4.PLC程序设计（2）程序设计程序段1：启保停电路程序段2：星形启动程序段3：三角形运行图4-14星-三角降压启动控制程序（一）

星-三角降压启动梯形图如图4-14和图4-15所示。图4-14是采用两个接通延时定时器实现星-三角降压启动的梯形图。程序段1为启-保-停电路，M0.0为启动/停止标志位。程序段2为星形启动阶段，Q0.0和Q0.1线圈得电，电机星形启动，同时20S计时开始。程序3为三角形运行阶段，当星形启动结束1S，电机处于三角形运行状态。2025/3/10四任务实施4.PLC程序设计（2）程序设计程序段1：程序段2：程序段3：图4-15星-三角降压启动控制程序（二）程序段1：启-保-停电路，采用复位优先指令实现。程序段4：程序段2：星形启动时间为20S，星形启动到三角形运行之间的过渡时间为1S。程序段3：星形启动阶段，按下启动按钮，接触器Q0.0得电，当ET≤20S时，Q0.1得电，星形启动，当ET﹥20S时，Q0.1断开，星形启动结束。程序段4：三角形运行阶段，当ET≥21S时，Q0.2得电，三角形运行。2025/3/10三工作任务任务二基于PLC的三相交流异步电机正反转循环控制1.项目要求使用S7-1200PLC实现三相交流异步电机循环正反转控制。2025/3/10三工作任务任务二基于PLC的三相交流异步电机正反转循环控制1.项目分析

本任务要求按下启动按钮，三相交流异步电机正转5S，暂停2S，反转5S，暂停2S，如此循环，按下停止按钮电机立即停止运行。同时电机正转时，正转指示灯亮，反转时反转指示灯亮。2025/3/10四任务实施1.控制系统设计

根据项目任务分析，正反转循环控制系统有停止按钮、启动按钮和过载保护3个输入信号，有正转接触器KM1、反转接触KM2、正转指示灯HL1和反转指示灯HL2总共4个输出控制信号，其中交流接触器KM1、KM2线圈电压为220V，指示灯额定电压为直流24V，因此项目选择既有交流输出回路又有24V直流输回路类型的PLC。根据以上分析，西门子S7-1200系列中1212C、1214C等继电器输出类型的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。2025/3/10四任务实施1.控制系统设计图4-16三相交流异步电机正反转循环控制系统流程图

三相交流异步电机正反转循环控制流程图如图4-16所示2025/3/10四任务实施1.控制系统设计表4-4三相交流异步电机正反转循环控制系统主要设备清单主要设备清单如表4-4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2

3PLC西门子S7-1200CPU1212CDC/DC/RLY台1可根据实际情况选择继电器输出型PLC。4指示灯

施耐德

XB2BVB3LC个2

2025/3/10四任务实施2.I/O地址分配I/O地址分配如表4-5所示。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I0.0KM1正转接触器Q0.4SB1启动按钮I0.1KM2反转接触器Q0.5FR过载保护I0.2HL1正转指示灯Q0.0

HL2反转指示灯Q0.1表4-5三相交流异步电机正反转循环控制系统I/O分配表2025/3/10四任务实施3.系统接线图

由1212CCPU的接线图如图4-17可知，它的第一组输出回路可接直流24V，第二输出回路只能接交流220V，因此两个指示灯HL1、HL2接在输出的第一组回路中，接触器线圈KM1、KM2接在第二组回路中。基于PLC的三相交流异步电机正反转循环控制原理图如图4-18所示。2025/3/10四任务实施3.系统接线图

基于PLC的三相交流异步电机正反转循环控制原理图如图4-18所示。图4-18基于PLC的三相交流异步电机正反转循环控制系统原理图2025/3/10四任务实施4.PLC程序设计

（1）变量定义。变量表如图4-19所示。图4-19三相交流异步电机正反转循环控制系统变量表2025/3/10四任务实施4.PLC程序设计（2）程序设计。梯形图如图4-20所示。程序段1：启-保-停电路，采用置位和复位指令实现。程序段2：完成一次正反转所需时间程序段3：当定时器时间0S＜ET≤5S时，电机正转；当7S≤ET≤12S时，电机反转。2025/3/10五项目拓展1.系统和时钟存储器

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，如图4-21所示，系统默认的系统存储器为MB1，时钟存储器为MB0。

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。图4-21系统和时钟存储器2025/3/10五项目拓展1.系统和时钟存储器

图4-21系统和时钟存储器（1）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）。（2）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。由于直到启动OB和程序循环OB首次执行完才能置位该位，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。（3）始终为1（AlwaysTRUE）M1.2：该位始终为1。（4）始终为0（AlwaysFALSE）M1.3：该位始终为0。

2025/3/10五项目拓展1.系统和时钟存储器

位号76543210周期（S）21.610.80.50.40.20.1频率（Hz）0.50.62511.2522.5510表4-6时钟存储器字节各位对应的时钟周期和频率

组态的系统始终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，可以在程序中用于周期性触发动作，每一位对应的频率见表4-6。组态或修改了系统存储器后，要确保将配置重新下载到CPU，否则组态不生效。2025/3/10五项目拓展2.交通控制系统设计

设计一个PLC控制的十字路口交通灯控制系统，控制要求如下：自动运行时，按下启动按钮，交通灯控制系统按图4-22所示的时序图工作（绿灯闪烁频率为1HZ），按下停止按钮，所有信号灯都熄灭；手动运行时，两个方向的黄灯同时闪烁，闪烁频率1HZ。2025/3/10五项目拓展2.交通控制系统设计

图4-22交通灯控制系统时序图2025/3/10五项目拓展2.交通控制系统设计

图4-22交通灯控制系统时序图1）控制系统设计

从图4-21中可知，交通灯控制系统有手动按钮、自动启动按钮和停止按钮3个输入信号，有东西方向、南北方向绿灯、黄灯、红灯各3个，总有6个输出信号，在模拟交通灯中，所有信号灯均为直流24VLED灯。因此S7-1200系列中有CPU1212CDC/DC/DC、CPU1214CDC/DC/DC、CPU1215CDC/DC/DC三种型号的CPU符合输入、输出点数的要求，本项目选择CPU1214CDC/DC/DC2025/3/10五项目拓展2.交通控制系统设计

2）I/O地址分配I/O地址分配如表4-6所示。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手动按钮I0.0LED1东西向绿灯Q0.0SB1自动启动按钮I0.1LED2东西向黄灯Q0.1SB2停止按钮I0.2LED3东西向红灯Q0.2

LED4南北向绿灯Q0.3

LED5南北向黄灯Q0.4

LED6南北向红灯Q0.5表4-6交通灯控制系统I/O分配表2025/3/10五项目拓展2.交通控制系统设计

3）系统接线图

交通灯控制系统