S7-1200PLC應用技術項目教程課件：三相異步電動機正反轉循環(huán)運行的PLC控制

三相異步電動機正反轉循環(huán)運行的PLC控制在“電機與電氣控制”課程中，利用低壓電器構建的繼電-接觸器控制電路實現(xiàn)對三相異步電動機正反轉的控制。本任務要求用PLC來實現(xiàn)對三相異步電動機正、反轉循環(huán)運行的控制，即按下起動按鈕，三相異步電動機正轉5s、停2s，反轉5s、停2s，如此循環(huán)5個周期，然后自動停止，運行過程中按下停止按鈕電動機立即停止。要實現(xiàn)上述控制要求，除了使用上一任務介紹的位邏輯指令外，還需要定時器、計數(shù)器指令。一、任務導入二、知識鏈接S7-1200PLC提供了4種IEC定時器。（一）定時器指令脈沖定時器（TP）：脈沖定時器可生成具有預設寬度時間的脈沖接通延時定時器（TON）：接通延時定時器輸出Q在預設的延時時間到時設置為ON關斷延時定時器（TOF）：關斷延時定時器輸出Q在預設的延時時間到時設置為OFF保持型接通延時定時器（TONR）：保持型接通延時定時器輸出Q在預設的延時時間到時設置為ON圖2-32

脈沖定時器及其時序圖a）脈沖定時器梯形圖b）時序圖

脈沖定時器脈沖定時器及其時序圖如圖2-32所示。在圖2-32a中“%DB1”表示定時器的背景數(shù)據(jù)塊（此處只顯示了絕對地址，也可以設置顯示符號地址），TP表示脈沖定時器，PT（PresetTime）為預設時間值，ET（ElapsedTime）為定時開始后經(jīng)過的時間，稱為當前時間值，它們的數(shù)據(jù)類型為32位的Time，單位為ms，最大定時時間為T#24D_20H_31M_23S_647MS，D、H、M、S、MS分別為日、小時、分、秒和毫秒，可以不給輸出Q和ET指定地址。IEC定時器沒有編號，在使用對定時器復位的RT（ResetTime）指令時，可以用背景數(shù)據(jù)塊的編號或符號名來指定復位的定時器。如果沒有必要，不用對定時器使用RT指令。圖2-33

脈沖定時器的應用【例2-2】

按下起動按鈕SB1（I0.0），三相異步電動機直接起動并運行，工作2.5h后自動停止，在運行過程中若按下停止按鈕SB2（I0.1），或發(fā)生故障（如過載）（I0.2），三相異步電動機立即停止，程序如圖2-33所示。接通延時定時器用于將輸出Q的置位操作延時PT指定的一段時間。接通延時定時器及其時序圖如圖2-34所示。在圖2-34a中，TON表示接通延時定時器，“%DB2”為接通延時定時器的背景數(shù)據(jù)塊。

接通延時定時器a）接通延時定時器梯形圖b）時序圖圖2-34

接通延時定時器及其時序圖圖2-35接通延時定時器的應用【例2-3】按下起動按鈕SB1（I0.0），三相異步電動機M1直接起動并運行，20s后三相異步電動機M2直接起動并運行，在運行過程中若按下停止按鈕SB2（I0.1），M2立即停止，10s后M1自動停止，程序如圖2-35所示。圖2-36閃爍控制的程序【例2-4】按下起動按鈕SB（I0.0），信號燈HL（Q0.0）按亮3s滅2s的規(guī)律閃爍，在閃爍過程中若按下停止按鈕SB2（I0.1），指示燈立即熄滅，程序如圖2-36所示。應當指出，如果閃爍電路的通斷時間相等，例如周期為1s或2s時，可以啟用PLC時鐘存儲器字節(jié)MB0，這樣就可以在程序中直接使用M0.5（周期1s）、M0.7（周期2s）的常開觸點產(chǎn)生周期是1s和2s的閃爍程序。

關斷延時定時器關斷延時定時器用于將輸出Q的復位操作延時PT指定的一段時間。關斷延時定時器及其時序圖如圖2-37所示。在圖2-37a中，TOF表示關斷延時定時器，“%DB3”為關斷延時定時器的背景數(shù)據(jù)塊。a）接通延時定時器梯形圖b）時序圖圖2-37關斷延時定時器及其時序圖

保持型接通延時定時器保持型接通延時定時器及其時序圖如圖2-38所示。在圖2-38a中，TONR表示保持型接通延時定時器，“%DB4”為保持型接通延時定時器的背景數(shù)據(jù)塊，R表示復位輸入端。保持型接通延時定時器的工作原理如下：a）保持型接通延時定時器梯形圖b）時序圖圖2-38保持型接通延時定時器及其時序圖

定時器直接啟動指令對于IEC定時器指令，還有4種簡單的直接啟動指令：啟動脈沖定時器（）、啟動接通延時定時器（）、啟動關斷延時定時器（）和啟動保持型接通延時定時器（）。需要注意的是，、、和的定時器線圈必須是梯形圖（LAD）網(wǎng)絡中的最后一條指令。由于定時器直接啟動指令，系統(tǒng)沒有為它們配置數(shù)據(jù)塊，因此在使用定時器直接啟動指令編程時，首先需要在程序塊中新建類型為“IEC_TIMER”的數(shù)據(jù)塊，塊的名稱可以用默認的名稱，用戶也可以自行按名稱T0、T1等來命名，否則，不能編程使用。啟動接通延時定時器的應用如圖2-39所示。圖2-39中新建的“IEC_TIMER”數(shù)據(jù)塊的名稱為“T0”，程序中最下面的常開觸點在輸入地址時，單擊觸點上面的，再單擊出現(xiàn)的小方框右邊的圖標，單擊出現(xiàn)的地址列表中的“T0”，地址域出現(xiàn)“‘T0’.”，單擊地址列表中的“Q”，地址列表消失，地址域出現(xiàn)“T0”.Q。圖2-39啟動接通延時定時器的應用

復位及加載持續(xù)時間指令S7-1200PLC有專用的定時器復位指令RT和加載持續(xù)時間指令PT，其應用如圖2-40所示，圖中當I0.2為“1”時，執(zhí)行RT指令清除存儲在指定定時器背景數(shù)據(jù)塊中的時間數(shù)據(jù)來重置定時器。當I0.3為“1”時，執(zhí)行可加載持續(xù)時間指令為定時器設定時間，將接通延時定時器的預設時間值設定為30s。如果該指令輸入邏輯運算結果（RLO）的信號狀態(tài)為“1”，則每個掃描周期都執(zhí)行該指令。該指令將指定時間寫入指定定時器的結構中。如果在指令執(zhí)行時指定定時器正在計時，指令將覆蓋該指定定時器的當前值，從而改變定時器的狀態(tài)。圖2-40定時器復位及加載持續(xù)時間指令的應用（二）計數(shù)器指令

S7-1200PLC有三種IEC計數(shù)器：加計數(shù)器（CTU）、減計數(shù)器（CTD）和加減計數(shù)器（CTUD）。它們屬于軟件計數(shù)器，其最大計數(shù)頻率受到OB1的掃描周期的限制。如果需要頻率更高的計數(shù)器，可以使用CPU內置的高速計數(shù)器。

加計數(shù)器加計數(shù)器（CTU）。當加計數(shù)輸入CU（CountUp）端輸入上升沿脈沖時，計數(shù)器當前值就會增加1，計數(shù)器當前值大于等于預設值PV（PresetValue）時，計數(shù)器狀態(tài)位置1。當計數(shù)器復位（R）端閉合時，計數(shù)器狀態(tài)位復位，計數(shù)器當前值清零。當計數(shù)器當前值CV（CountValue）達到指定數(shù)據(jù)類型的上限值（+32767）時，計數(shù)器停止計數(shù)。a）加計數(shù)器梯形圖b）時序圖圖2-41加計數(shù)器及其時序圖加計數(shù)器及其時序圖如圖2-41所示。在圖2-41a中，“%DB1”表示計數(shù)器的背景數(shù)據(jù)塊，CTU表示加計數(shù)器，圖中計數(shù)器數(shù)據(jù)類型是整數(shù)，預設值PV為3，其工作過程如下。

減計數(shù)器減計數(shù)器（CTD）從預設值開始，在每一個輸入端CD（CountDown）上升沿時，計數(shù)器的當前值就會減1，計數(shù)器的當前值等于0時，計數(shù)器狀態(tài)位置1，此后，計數(shù)輸入端CD每輸入一個脈沖上升沿，計數(shù)器當前值減1，直到CV達到指定的數(shù)據(jù)類型的下限值（-32768），計數(shù)器停止計數(shù)。當裝載輸入LD閉合時，計數(shù)器復位，計數(shù)器狀態(tài)位置0，預設值PV被裝載到計數(shù)器當前值寄存器中。減計數(shù)器及其時序圖如圖2-42所示。在圖2-42a中，“%DB2”表示計數(shù)器的背景數(shù)據(jù)塊，CTD表示減計數(shù)器，圖中計數(shù)器數(shù)據(jù)類型是整數(shù)，預設值PV為3，LD（LOAD）表示裝載端，CV為當前計數(shù)值，其工作過程如下。a）減計數(shù)器梯形圖b）時序圖圖2-42減計數(shù)器及其時序圖

加減計數(shù)器加減計數(shù)器及其時序圖如圖2-43所示。在圖2-43a中，“%DB3”表示計數(shù)器的背景數(shù)據(jù)塊，CTUD表示加減計數(shù)器，圖中計數(shù)器數(shù)據(jù)類型是整數(shù)，預設值PV為3，其工作原理如下。a）加減計數(shù)器梯形圖b）時序圖圖2-43加減計數(shù)器及其時序圖在加計數(shù)器輸入CU的上升沿，加減計數(shù)器的當前值CV值加1，直到CV達到指定的數(shù)據(jù)類型的上限值（+2147483647），此時，加減計數(shù)器停止計數(shù)，CV的值不再增加。在減計數(shù)輸入CD上升沿，加減計數(shù)器的的當前值CV值減1，直到CV達到指定的數(shù)據(jù)類型的下限值（-2147483648），此時，加減計數(shù)器停止計數(shù)，CV的值不再減小。如果同時出現(xiàn)計數(shù)脈沖CU和CD的上升沿，CV值保持不變。CV大于等于預設值PV時，輸出QU為1狀態(tài)，反之為0狀態(tài)。CV值小于等于0時，輸出QD為1狀態(tài)，反之為0狀態(tài)。裝載輸入LD為1狀態(tài)，預設值PV被裝入當前值CV，輸入QU變?yōu)?狀態(tài)，QD被復位為0狀態(tài)。復位輸入R為1狀態(tài)時，計數(shù)器被復位，CU、CD、LD不起作用，同時當前計數(shù)值CV被清零，輸出QU變?yōu)?狀態(tài)，QD被復位為1狀態(tài)。三、任務實施（一）任務目標1）會繪制三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制的I/O接線圖。2）會S7-1200PLCI/O接線。3）掌握定時器、計數(shù)器指令的編程與應用。4）學會用S7-1200PLC的位邏輯指令及定時器、計數(shù)器指令編制三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制的梯形圖。5）熟練掌握使用博圖編程軟件進行設備組態(tài)、編制梯形圖，并下載至CPU進行調試運行。（二）設備與器材表2-9所需設備與器材序號名稱符號型號規(guī)格數(shù)量備注1常用電工工具

十字起、一字起、尖嘴鉗、剝線鉗等1套表中所列設備、器材的型號規(guī)格僅供參考2計算機（安裝博圖編程軟件）

1臺3西門子S7-1200PLC

CPUCPU1214CAC/DC/Rly，訂貨號：6ES7214-1AG40-0XB01臺4三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制面板

1個5三相異步電動機M

1臺6以太網(wǎng)通信線

1根7連接導線

若干（三）內容與步驟

任務要求按下起動按鈕SB1，三相異步電動機先正轉5s，停2s，再反轉5s，停2s，如此循環(huán)5個周期，然后自動停止。運行過程中，若按下停止按鈕SB2，電動機立即停止。實現(xiàn)上述控制，并要有必要的保護環(huán)節(jié)，其控制面板如圖2-44所示。圖2-44三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制面板輸入輸出設備名稱符號I元件地址設備名稱符號Q元件地址起動按鈕SB1I0.0正轉控制接觸器KM1Q0.0停止按鈕SB2I0.1反轉控制接觸器KM2Q0.1熱繼電器FRI0.2

表2-10

I/O地址分配表

I/O地址分配與接線圖圖2-45I/O接線圖

創(chuàng)建工程項目打開博途編程軟件，在Portal視圖中選擇“創(chuàng)建新項目”，輸入項目名稱“2RW_2”選擇項目保存路徑，然后單擊“創(chuàng)建”按鈕創(chuàng)建項目完成，并完成項目硬件組態(tài)。

編輯變量表在項目樹中，打開“PLC變量”文件夾，創(chuàng)建“變量表_1[5]”，在該變量表中根據(jù)I/O地址分配表編輯變量表如圖2-46所示。圖2-46三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制表量表圖2-47三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制梯形圖

編寫程序

圖2-47三相異步電動機正反轉循環(huán)運行控制梯形圖（續(xù)）

調試運行將設備組態(tài)及圖2-26所示的梯形圖程序編譯后下載到CPU中，啟動CPU，將CPU切換至RUN模式下。按圖2-45所示PLC的I/O接線圖正確連接輸入設備、輸出設備，首先進行系統(tǒng)的空載調試，觀察交流接觸器能否按控制要求動作（按下起動按鈕SB1時，KM1動作，5s后，KM1復位，2s后，KM2動作，再過5s,KM2復位，等待2s后，重新開始循環(huán)，完成5次循環(huán)后，自動停止；運行過程中，按下停止按鈕SB2或電動機出現(xiàn)過載故障，KM1或KM2斷電），在運行監(jiān)視狀態(tài)下，觀察Q0.0、Q0.1的動作狀態(tài)是否與KM1、KM2動作一致，否則，檢查電路接線或修改程序，直至交流接觸器能按控制要求動作；然后連接電動機（電動機按星形連接），進行帶載動態(tài)調試。（四）分析與思考1）本任務的軟硬件互鎖保護是如何實現(xiàn)的？2）本任務如果將熱繼電器的過載保護作為硬件條件，試繪制I/O接線圖，并編制梯形圖程序。四、任務考核表2-11任務實施考核表序號考核內容考核要求評分標準配分得分1電路及程序設計（1）能正確分配I/O地址，并繪制I/O接線圖（2）設備組態(tài)（3）根據(jù)控制要求，正確編制梯形圖（1）I/O地址分配錯或少，每個扣5分（2）I/O接線圖設計不全或有錯，每處扣5分（3）CPU組態(tài)與現(xiàn)場設備型號不匹配，扣10分（4）梯形圖表達不正確或畫法不規(guī)范，每處扣5分40分2安裝與連線根據(jù)I/O接線圖，正確連接電路（1）連線錯一處，扣5分（2）損壞元器件，每只扣5～10分（3）損壞連接線，每根扣5～10分20分3調試與運行能熟練使用編程軟件編制程序下載至CPU，并按要求調試運行（1）不能熟練使用編程軟件進行梯形圖的編輯、修改、編譯、下載及監(jiān)視，每項扣2分（2）不能按照控制要求完成相應的功能，每少一項扣5分20分4安全操作確保人身和設備安全違反安全文明操作規(guī)程，扣10～20分20分5合計五、知識拓展（一）定時器的應用

瞬時接通/延時斷開電路圖2-48瞬時接通/延時斷開電路的梯形圖及時序圖

a）梯形圖b）時序圖

延時接通/延時斷開電路圖2-49延時接通/延時斷開電路的梯形圖及時序圖

a）梯形圖b）時序圖

脈沖寬度可控制電路圖2-50脈沖寬度可控制電路的梯形圖及時序圖

a）梯形圖