S7-1200PLC应用技术项目教程课件：三相异步电动机正反转循环运行的PLC控制

三相异步电动机正反转循环运行的PLC控制在“电机与电气控制”课程中，利用低压电器构建的继电-接触器控制电路实现对三相异步电动机正反转的控制。本任务要求用PLC来实现对三相异步电动机正、反转循环运行的控制，即按下起动按钮，三相异步电动机正转5s、停2s，反转5s、停2s，如此循环5个周期，然后自动停止，运行过程中按下停止按钮电动机立即停止。要实现上述控制要求，除了使用上一任务介绍的位逻辑指令外，还需要定时器、计数器指令。一、任务导入二、知识链接S7-1200PLC提供了4种IEC定时器。（一）定时器指令脉冲定时器（TP）：脉冲定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲接通延时定时器（TON）：接通延时定时器输出Q在预设的延时时间到时设置为ON关断延时定时器（TOF）：关断延时定时器输出Q在预设的延时时间到时设置为OFF保持型接通延时定时器（TONR）：保持型接通延时定时器输出Q在预设的延时时间到时设置为ON图2-32

脉冲定时器及其时序图a）脉冲定时器梯形图b）时序图

脉冲定时器脉冲定时器及其时序图如图2-32所示。在图2-32a中“%DB1”表示定时器的背景数据块（此处只显示了绝对地址，也可以设置显示符号地址），TP表示脉冲定时器，PT（PresetTime）为预设时间值，ET（ElapsedTime）为定时开始后经过的时间，称为当前时间值，它们的数据类型为32位的Time，单位为ms，最大定时时间为T#24D_20H_31M_23S_647MS，D、H、M、S、MS分别为日、小时、分、秒和毫秒，可以不给输出Q和ET指定地址。IEC定时器没有编号，在使用对定时器复位的RT（ResetTime）指令时，可以用背景数据块的编号或符号名来指定复位的定时器。如果没有必要，不用对定时器使用RT指令。图2-33

脉冲定时器的应用【例2-2】

按下起动按钮SB1（I0.0），三相异步电动机直接起动并运行，工作2.5h后自动停止，在运行过程中若按下停止按钮SB2（I0.1），或发生故障（如过载）（I0.2），三相异步电动机立即停止，程序如图2-33所示。接通延时定时器用于将输出Q的置位操作延时PT指定的一段时间。接通延时定时器及其时序图如图2-34所示。在图2-34a中，TON表示接通延时定时器，“%DB2”为接通延时定时器的背景数据块。

接通延时定时器a）接通延时定时器梯形图b）时序图图2-34

接通延时定时器及其时序图图2-35接通延时定时器的应用【例2-3】按下起动按钮SB1（I0.0），三相异步电动机M1直接起动并运行，20s后三相异步电动机M2直接起动并运行，在运行过程中若按下停止按钮SB2（I0.1），M2立即停止，10s后M1自动停止，程序如图2-35所示。图2-36闪烁控制的程序【例2-4】按下起动按钮SB（I0.0），信号灯HL（Q0.0）按亮3s灭2s的规律闪烁，在闪烁过程中若按下停止按钮SB2（I0.1），指示灯立即熄灭，程序如图2-36所示。应当指出，如果闪烁电路的通断时间相等，例如周期为1s或2s时，可以启用PLC时钟存储器字节MB0，这样就可以在程序中直接使用M0.5（周期1s）、M0.7（周期2s）的常开触点产生周期是1s和2s的闪烁程序。

关断延时定时器关断延时定时器用于将输出Q的复位操作延时PT指定的一段时间。关断延时定时器及其时序图如图2-37所示。在图2-37a中，TOF表示关断延时定时器，“%DB3”为关断延时定时器的背景数据块。a）接通延时定时器梯形图b）时序图图2-37关断延时定时器及其时序图

保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器及其时序图如图2-38所示。在图2-38a中，TONR表示保持型接通延时定时器，“%DB4”为保持型接通延时定时器的背景数据块，R表示复位输入端。保持型接通延时定时器的工作原理如下：a）保持型接通延时定时器梯形图b）时序图图2-38保持型接通延时定时器及其时序图

定时器直接启动指令对于IEC定时器指令，还有4种简单的直接启动指令：启动脉冲定时器（）、启动接通延时定时器（）、启动关断延时定时器（）和启动保持型接通延时定时器（）。需要注意的是，、、和的定时器线圈必须是梯形图（LAD）网络中的最后一条指令。由于定时器直接启动指令，系统没有为它们配置数据块，因此在使用定时器直接启动指令编程时，首先需要在程序块中新建类型为“IEC_TIMER”的数据块，块的名称可以用默认的名称，用户也可以自行按名称T0、T1等来命名，否则，不能编程使用。启动接通延时定时器的应用如图2-39所示。图2-39中新建的“IEC_TIMER”数据块的名称为“T0”，程序中最下面的常开触点在输入地址时，单击触点上面的，再单击出现的小方框右边的图标，单击出现的地址列表中的“T0”，地址域出现“‘T0’.”，单击地址列表中的“Q”，地址列表消失，地址域出现“T0”.Q。图2-39启动接通延时定时器的应用

复位及加载持续时间指令S7-1200PLC有专用的定时器复位指令RT和加载持续时间指令PT，其应用如图2-40所示，图中当I0.2为“1”时，执行RT指令清除存储在指定定时器背景数据块中的时间数据来重置定时器。当I0.3为“1”时，执行可加载持续时间指令为定时器设定时间，将接通延时定时器的预设时间值设定为30s。如果该指令输入逻辑运算结果（RLO）的信号状态为“1”，则每个扫描周期都执行该指令。该指令将指定时间写入指定定时器的结构中。如果在指令执行时指定定时器正在计时，指令将覆盖该指定定时器的当前值，从而改变定时器的状态。图2-40定时器复位及加载持续时间指令的应用（二）计数器指令

S7-1200PLC有三种IEC计数器：加计数器（CTU）、减计数器（CTD）和加减计数器（CTUD）。它们属于软件计数器，其最大计数频率受到OB1的扫描周期的限制。如果需要频率更高的计数器，可以使用CPU内置的高速计数器。

加计数器加计数器（CTU）。当加计数输入CU（CountUp）端输入上升沿脉冲时，计数器当前值就会增加1，计数器当前值大于等于预设值PV（PresetValue）时，计数器状态位置1。当计数器复位（R）端闭合时，计数器状态位复位，计数器当前值清零。当计数器当前值CV（CountValue）达到指定数据类型的上限值（+32767）时，计数器停止计数。a）加计数器梯形图b）时序图图2-41加计数器及其时序图加计数器及其时序图如图2-41所示。在图2-41a中，“%DB1”表示计数器的背景数据块，CTU表示加计数器，图中计数器数据类型是整数，预设值PV为3，其工作过程如下。

减计数器减计数器（CTD）从预设值开始，在每一个输入端CD（CountDown）上升沿时，计数器的当前值就会减1，计数器的当前值等于0时，计数器状态位置1，此后，计数输入端CD每输入一个脉冲上升沿，计数器当前值减1，直到CV达到指定的数据类型的下限值（-32768），计数器停止计数。当装载输入LD闭合时，计数器复位，计数器状态位置0，预设值PV被装载到计数器当前值寄存器中。减计数器及其时序图如图2-42所示。在图2-42a中，“%DB2”表示计数器的背景数据块，CTD表示减计数器，图中计数器数据类型是整数，预设值PV为3，LD（LOAD）表示装载端，CV为当前计数值，其工作过程如下。a）减计数器梯形图b）时序图图2-42减计数器及其时序图

加减计数器加减计数器及其时序图如图2-43所示。在图2-43a中，“%DB3”表示计数器的背景数据块，CTUD表示加减计数器，图中计数器数据类型是整数，预设值PV为3，其工作原理如下。a）加减计数器梯形图b）时序图图2-43加减计数器及其时序图在加计数器输入CU的上升沿，加减计数器的当前值CV值加1，直到CV达到指定的数据类型的上限值（+2147483647），此时，加减计数器停止计数，CV的值不再增加。在减计数输入CD上升沿，加减计数器的的当前值CV值减1，直到CV达到指定的数据类型的下限值（-2147483648），此时，加减计数器停止计数，CV的值不再减小。如果同时出现计数脉冲CU和CD的上升沿，CV值保持不变。CV大于等于预设值PV时，输出QU为1状态，反之为0状态。CV值小于等于0时，输出QD为1状态，反之为0状态。装载输入LD为1状态，预设值PV被装入当前值CV，输入QU变为1状态，QD被复位为0状态。复位输入R为1状态时，计数器被复位，CU、CD、LD不起作用，同时当前计数值CV被清零，输出QU变为0状态，QD被复位为1状态。三、任务实施（一）任务目标1）会绘制三相异步电动机正反转循环运行控制的I/O接线图。2）会S7-1200PLCI/O接线。3）掌握定时器、计数器指令的编程与应用。4）学会用S7-1200PLC的位逻辑指令及定时器、计数器指令编制三相异步电动机正反转循环运行控制的梯形图。5）熟练掌握使用博图编程软件进行设备组态、编制梯形图，并下载至CPU进行调试运行。（二）设备与器材表2-9所需设备与器材序号名称符号型号规格数量备注1常用电工工具

十字起、一字起、尖嘴钳、剥线钳等1套表中所列设备、器材的型号规格仅供参考2计算机（安装博图编程软件）

1台3西门子S7-1200PLC

CPUCPU1214CAC/DC/Rly，订货号：6ES7214-1AG40-0XB01台4三相异步电动机正反转循环运行控制面板

1个5三相异步电动机M

1台6以太网通信线

1根7连接导线

若干（三）内容与步骤

任务要求按下起动按钮SB1，三相异步电动机先正转5s，停2s，再反转5s，停2s，如此循环5个周期，然后自动停止。运行过程中，若按下停止按钮SB2，电动机立即停止。实现上述控制，并要有必要的保护环节，其控制面板如图2-44所示。图2-44三相异步电动机正反转循环运行控制面板输入输出设备名称符号I元件地址设备名称符号Q元件地址起动按钮SB1I0.0正转控制接触器KM1Q0.0停止按钮SB2I0.1反转控制接触器KM2Q0.1热继电器FRI0.2

表2-10

I/O地址分配表

I/O地址分配与接线图图2-45I/O接线图

创建工程项目打开博途编程软件，在Portal视图中选择“创建新项目”，输入项目名称“2RW_2”选择项目保存路径，然后单击“创建”按钮创建项目完成，并完成项目硬件组态。

编辑变量表在项目树中，打开“PLC变量”文件夹，创建“变量表_1[5]”，在该变量表中根据I/O地址分配表编辑变量表如图2-46所示。图2-46三相异步电动机正反转循环运行控制表量表图2-47三相异步电动机正反转循环运行控制梯形图

编写程序

图2-47三相异步电动机正反转循环运行控制梯形图（续）

调试运行将设备组态及图2-26所示的梯形图程序编译后下载到CPU中，启动CPU，将CPU切换至RUN模式下。按图2-45所示PLC的I/O接线图正确连接输入设备、输出设备，首先进行系统的空载调试，观察交流接触器能否按控制要求动作（按下起动按钮SB1时，KM1动作，5s后，KM1复位，2s后，KM2动作，再过5s,KM2复位，等待2s后，重新开始循环，完成5次循环后，自动停止；运行过程中，按下停止按钮SB2或电动机出现过载故障，KM1或KM2断电），在运行监视状态下，观察Q0.0、Q0.1的动作状态是否与KM1、KM2动作一致，否则，检查电路接线或修改程序，直至交流接触器能按控制要求动作；然后连接电动机（电动机按星形连接），进行带载动态调试。（四）分析与思考1）本任务的软硬件互锁保护是如何实现的？2）本任务如果将热继电器的过载保护作为硬件条件，试绘制I/O接线图，并编制梯形图程序。四、任务考核表2-11任务实施考核表序号考核内容考核要求评分标准配分得分1电路及程序设计（1）能正确分配I/O地址，并绘制I/O接线图（2）设备组态（3）根据控制要求，正确编制梯形图（1）I/O地址分配错或少，每个扣5分（2）I/O接线图设计不全或有错，每处扣5分（3）CPU组态与现场设备型号不匹配，扣10分（4）梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣5分40分2安装与连线根据I/O接线图，正确连接电路（1）连线错一处，扣5分（2）损坏元器件，每只扣5～10分（3）损坏连接线，每根扣5～10分20分3调试与运行能熟练使用编程软件编制程序下载至CPU，并按要求调试运行（1）不能熟练使用编程软件进行梯形图的编辑、修改、编译、下载及监视，每项扣2分（2）不能按照控制要求完成相应的功能，每少一项扣5分20分4安全操作确保人身和设备安全违反安全文明操作规程，扣10～20分20分5合计五、知识拓展（一）定时器的应用

瞬时接通/延时断开电路图2-48瞬时接通/延时断开电路的梯形图及时序图

a）梯形图b）时序图

延时接通/延时断开电路图2-49延时接通/延时断开电路的梯形图及时序图

a）梯形图b）时序图

脉冲宽度可控制电路图2-50脉冲宽度可控制电路的梯形图及时序图

a）梯形图