电机控制与可编程技术西门子模块四可编程控制器在三相异步电动机控制中的应用

模块四 可编程控制器在三相异步电动机控制中的应用在模块二我们学习了三相异步电动机的起保停控制、正反转控制、顺序控制、降压起动控制等，这种传统的继电器控制系统使用大量的硬件控制电路，设计、安装、接线的工作量较大，触点接触不良导致的系统故障较高，方案更改非常麻烦。可编程控制器（PLC）于本世纪60年代末在继电器控制系统的基础上发展起来，它将程序化的手段应用于电气控制，用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，省去了接线和拆线的麻烦，大大降低了故障率，维护工作量小，并具有在线修改功能，性价比非常高。上述电气常规控制都可由PLC更加简便地实现和修改。图41和图42分别为PLC对传送带生产线和木材加工电机的控制。 图41 传送带生产线控制 图42 木材加工控制任务一电动机起保停控制 知识点 PLC的硬件结构CPU的存储区PLC的工作模式和工作过程 技能点 学会PLC输入输出口的外部接线方法学会梯形图的输入方法学会PLC的基本操作流程任务导入如图43是三相异步电动机起保停运行电路，KM为交流接触器，SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，FR为过载保护热继电器。当按下SB1时，KM的线圈通电吸合，KM主触点闭合，电动机开始运行，同时KM的辅助常开触点闭合而使KM线圈保持吸合，实现了电机的连续运行直到按下停止按钮SB2。本任务研究用PLC来实现起保停控制电路，达到掌握S7-200系列PLC的基本特性和操作方法的目的。图43 三相异步电动机连续运行电路相关知识一、可编程控制器的分类、特点、应用领域根据硬件结构的不同，可编程控制器可分为整体式、模块式和混合式。从规模上，根据输入输出点数，可分为小型、中型和大型可编程控制器。本书重点介绍的S7-200系列PLC就属于小型可编程控制器。可编程控制器具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单，使用方便；功能完善，扩充方便；易于安装，便于维护等特点。近年来，可编程控制器的应用越来越广泛，大致可分成以下五种类型：开关量的逻辑控制；运动控制；过程控制；数据处理；通信联网。一、可编程控制器的硬件结构和CPU的存储区1硬件结构图44是S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形图。 图44 CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形可编程控制器主要由CPU、存储器、输入输出接口和电源组成。S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC。以S7-226为例，简单介绍其主要技术指标：（1）外形尺寸190*80*62；（2）程序存储器大小：16384字节（可在运行模式下编辑）+ 24576字节（不可在运行模式下编辑）；（3）数据存储区大小10240字节；（4）掉电保持时间100小时；（5）本机数字量I/O口有24个输入点和16个输出点；（6）扩展模块数量7个；（7）通信口2个（RS-485）。为了更好地满足应用要求，S7-200系列还提供多种类型的扩展模块来完善CPU的功能。现有的扩展模块包括：（1）数字量输入、输出、输入/输出混合模块；（2）模拟量输入、输出、输入/输出混合模块；（3）调制解调器、PRPFIBUS-DP、以太网红色字体的英文字母要给出中文含义。等智能模块；（4）ASI模块。2数据的存取方式S7-200将信息存于不同的存储器单元，每个单元都有唯一的地址，允许用户程序直接存取这个信息。若要存取存储区的某一位，则必须指定地址，包括存储器标识符、字节地址和位号。S7-200提供了十多种类型的存储器数据类型，本任务所涉及的是最常见的输入过程映像寄存器（I）和输出过程映像寄存器（Q）。（1）输入过程映像寄存器：I在每次扫描周期的开始，CPU对物理输入点进行采样，并将采样值写入输入过程映像寄存器中。可以按位、字节、字或双字来存取输入过程映像寄存器中的数据，格式分别为：位： I字节地址.位地址 如I0.1字节、字或双字： I长度起始字节地址 如IB4（2）输出过程映像寄存器：Q在每次扫描周期的结尾，CPU将输出过程映像寄存器中的数值复制到物理输出点上。可以按位、字节、字或双字来存取输出过程映像寄存器，格式分别为：位： Q字节地址.位地址 如Q1.1字节、字或双字： Q长度起始字节地址 如QW4二、可编程控制器的工作过程1输入、输出的控制如图45所示，各种输入输出元件通过输入输出接口与PLC相连。按钮开关、光电开关和限位开关等元件连到输入端子，提供PLC的外部输入信号；电磁接触器、LED灯、指示灯、蜂鸣器和电磁阀等元件连到输入端子，接受PLC的输出驱动信号。这样就将程序和物理输入输出点联系起来。图45 PLC的输入、输出元件当输入元件的状态发生变化时，PLC内部的输入过程映像寄存器对应值也会发生变化，PLC根据内部程序进行判断、运算后得出输出映像寄存器的数值，决定驱动哪一个输出元件。2工作模式S7-200有两种工作模式：RUN（运行）和STOP（停止），可由CPU模块的面板上不同LED灯显示。这两种工作模式的切换既能通过LED灯旁边的钮子开关，也能点击与PLC有通信连接的编程软件STEP7-Micro/WIN32界面上的按钮来完成。如果主机上的模式开关已经拨在STOP位置，就无法用编程软件改成RUN模式。编辑用户程序、设置PLC硬件功能和下载信息到PLC应在STOP模式下完成，而执行用户程序应在RUN模式下完成。如果有致命错误，在消除之前不允许从STOP模式进入RUN模式。发生非致命错误时，操作系统会纪录错误，但不会自动从RUN模式切换到STOP模式。3扫描工作过程S7200周而复始地执行一系列任务，这种循环工作模式称为扫描工作模式。一个扫描周期包括读取输入、执行用户程序、处理通信请求、执行CPU自诊断和改写输出五个步骤。用户程序的执行取决于PLC的工作模式，在STOP模式下，CPU不执行用户程序，扫描周期由其他四个部分组成。（1）读输入：S7-200将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。（2）执行用户程序：S7-200执行程序指令并将数据存储在各种存储区中。（3）处理通信请求：S7-200执行通讯任务。（4）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。（5）写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。任务实施一、工具、器材准备S7-200主机、直流电源模块、输入模块、电机控制模拟实验板、计算机和导线若干。技能训练使用的设备、工具、材料参照第26页表14，给出设备规格。序号名 称 及 说 明数量1PLC主机板模块（S7-226）12电源模块13电机控制模拟实验板14计算机（编程/监控）15PC/PPI下载电缆16实验连接导线若干 二、任务分析1输入输出点分配从起保停控制电路所实现的功能可以看出，系统由起动按钮SB1和停止按钮SB2提供PLC的输入信号，将PLC的运算结果输出到电动机M的交流接触器KM1，因此PLC需要2个输入点和1个输出点，输入输出点分配如表4-1。输入输出输入映像寄存器输入元件作用输出映像寄存器输出元件作用I0.1SB1起动按钮Q0.0KM1运行用交流接触器I0.2SB2停止按钮表4-1 输入输出点分配表2控制要求当按下SB1时，I0.0置1且对应常开触点接通，使Q0.0线圈通电，从而交流接触器KM的主触点接通，电机起动并连续运行。当按下SB2时, I0.1置1且对应常闭触点断开，使Q0.0线圈断电，从而交流接触器KM的主触点断开，电机停止运行。3程序实现该控制要求的PLC程序实现与电气控制方法类似，如图46所示为起保停控制电路的梯形图程序。Q0.0的常开触点和I0.0的常开触电并联实现自锁，再与I0.1的常闭触点串联，该逻辑结果控制电机的运行状态。图46 起保停控制电路的梯形图三、操作方法 1. 接线（1）根据I/O点的分配情况，绘制如图47所示的系统接线图，画好S-200主机I/O口与外部输入输出信号的连线和供电部分连线。图47 起保停控制电路系统接线图（2）根据系统接线图进行如48所示的外部接线，完成电机控制模拟实验板、主机板模块和电源模块之间的信号线、电源线连接。首先将电机控制模拟实验板上的按钮SB1和SB2分别连到PLC主机板模块上的输入端子I 0.0和I0.1；然后将模拟实验板上的电机交流接触器KM连到主机输出点Q0.0；最后进行电源部分连接，将模拟实验板上的24V和0V锁孔分别连接到电源板的DC +24V和DC 0V端，将PLC主机板模块上数字量输入公共端1M和数字量输出口公共端1L+连到电源板的DC +24V和 DC 0V端。图48 起保停控制电路外部接线图2. 输入如图46所示的梯形图程序。 （1）打开STEP7-Micro/WIN32编程软件，界面如图49所示。图49 STEP7-Micro/WIN32的编程界面 （2）用菜单命令“PLC+类型”，选择可编程序控制器的型号为“CPU 226”。（3）单击导引条中的“通信”图标，在弹出的通信对话框中双击“设置PC/PPI参数”，检查通信参数（PC/PPI电缆的通讯地址设为0，接口使用COM1，传输波特率用9.6Kbps）。（4）用菜单命令“文件+新建”，生成一个新的项目，保存为“起保停电路.mwp”文件。（5）单击导引条中的“程序块”图标，打开程序编辑器，再选择菜单命令“检视+梯形图”。（6）打开指令树 “指令+位逻辑指令”菜单，用拖拽或双击的方式将常开触点“| |”、常闭触点“|”和线圈“( )”这三种梯形图指令插入到程序编辑器“网络1”下的指定位置。单击触点和线圈上方的“?.?”，分别输入地址I0.1、I0.2和Q0.0，每次输入按回车键确认。将光标移到常开触点Q0.0处，单击工具栏图标中的右上折箭头，使触点Q0.0和I0.1并联起来。（7）用菜单命令“PLC+编译（全部编译）”或单击工具栏中的相应按钮来编译这段梯形图程序。如果程序有错误，编译后在输出窗口显示与错误有关的信息。必须改正程序中所有的错误，编译成功后，才能下载程序。3. 下载并运行程序（1）通电：将电源钥匙开关右旋，合上电源模块的断路器QF和DC24V开关SA2，打开PLC主机板模块的电源开关。此时相应电源指示灯亮。（2）下载程序：将PLC主机右侧盖板打开，钮子开关下拨至“STOP”位。若主机上的模式开关放在非STOP位置，单击工具栏的“停止”按钮，也可进入STOP状态。打开菜单命令“文件+下载”或单击工具栏的“下载”按钮，在下载对话框中选择下载“程序块”，然后单击“确认”按钮，即开始将程序从计算机下载到PLC主机的过程。（3）运行程序：成功下载后，确保PLC右侧盖板下的钮子开关在“RUN”位，再单击工具栏的“运行”按钮，开始运行用户程序。此时“RUN”位旁边的LED显示绿光。按下启动按钮SB1和停止按钮SB2，观察Q0.0对应的LED状态和模拟实验板上电动机指示灯的状态。四、注意事项1. PLC主机板上的1M、2M、3M分别是I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7这三组数字量输入点的公共端，接电源的DC +24V端；1L+、2L+分别是Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7这两组数字量输出点的公共端，接电源的DC 0V端。不能接错，以免发生短路！2. 程序梯形图以网络分段，每个网络只允许有一个输出线圈（并联的除外），否则编译不成功。3. 下载程序时，确保主机板模块电源已打开；运行程序时，确保相关I/O口公共端、按钮、开关、模拟实验板等部分与电源连接良好。4. 下载时，若S7 -200处于RUN模式，将会跳出对话框提示CPU将进入STOP模式，单击“是”即可自动转换为STOP模式。157任务二异步电动机的降压起动控制 知识点 梯形图的特点和编程规则基本位逻辑指令接通延时定时器指令 常闭触点输入信号的处理 技能点 学会PLC程序的写入与读出方法学会编制基本的梯形图程序学会基本的软件调试和模拟运行方法任务导入 如410是用Y方式实现的三相异步电动机降压起动的主电路和控制电路，其中SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，KM1用于接通三相电源，KM2将定子绕组接成接法，KM3将定子绕组接成Y接法。当按下SB1时，电动机以Y接法起动，经过设定时间的延时，变为接法运行，并保持下去。当按下SB2时，电动机停止运行。KM2、KM3线圈互锁确保不同时通电，串联热继电器KH确保电流超限时电动机停止运行。图410 三相异步电动机Y降压起动电路相关知识一、PLC的指令系统和编程语言1PLC的指令系统S7-200系列PLC主机中有两类指令集：IEC 1131-3指令集和SIMATIC指令集。IEC 1131-3指令集是国际电工委员会（IEC）制定的PLC国际标准I131-3编程语言中推荐的标准语言，可用顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）、指令表（IL）和结构文本（ST）语言进行编程，通常指令执行时间较长。SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200 PLC设计的编程语言，该指令通常执行时间短，而且可以用梯形图（LAD）、功能块图（FBD）和语句表（STL）3种编程语言。2SIMATIC指令集的三种编程语言SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200 PLC设计的编程语言，大多数指令也符合IEC1131-3标准。梯形图（LAD）和功能块图（FBD）是图形语言，语句表（STL）是类似于汇编语言的文本型语言。本教材所讲到的是梯形图（LAD）和语句表（STL）两种编程语言。（1）梯形图（LAD）编程语言梯形图（LAD）是与电气控制电路相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触头、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言。如图411所示，梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，从最左边的竖线（即母线）开始，然后按照一定的控制要求和规则连接各个节点，最后以继电器线圈结束，称为一个网络，通常一个梯形图中有若干逻辑行（梯级），形似梯子，梯形图由此得名。图411 梯形图（LAD）梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。梯形图在PLC中用得非常普遍，通常各厂家、各型号PLC 都把它作为第一用户语言。（2）功能块图（FBD）编程语言功能块图（FBD）类似于普通逻辑功能图，沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图的表达方式。一般用一种功能方框表示一种特定的功能，框图内的符号表达了该功能块图的功能，通过软连接的方式把所需的功能块图连接起来，用于实现系统的控制。图412 功能块图（FBD）如图412所示，功能块图(FBD)没有触头和线圈，也没有母线的概念，但“能流”的术语仍适用于功能块图。功能块图通常有若干个输入端和若干个输出端，输入端是功能块图的条件，输出端是功能块图的运算结果。功能块图(FBD)与梯形图(LAD)可以相互转换，有时功能块图(FBD)和梯形图(LAD)的指令是一样的。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的技术人员来说，使用功能块图(FBD)编程是非常方便的。（3）语句表（STL）编程语言语句表(STL)是用助记符来表达PLC的各种控制功能的。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂，编程简单，因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能，但各厂家生产的PLC语句表(STL)所用的助记符互不相同，不能兼容。STEP7-Micro/WIN32的语句表如图413所示。图413 语句表（STL）通常梯形图(LAD)程序、功能块图(FBD)程序、语句表(STL)程序可有条件地互相转换。但是，语句表(STL)可以编写梯形图(LAD)或功能块图(FBD)无法实现的程序。熟悉PLC和逻辑编程的有经验的程序员，最适合使用语句表(STL)语言编程。3梯形图编程的一般规则在梯形图（LAD）中，程序被分成网络的一些程序段。每个梯形图网络是由一个或多个梯级组成。梯形图中左侧垂直线称为母线，其右是由触点、线圈或功能框组合的有序排列。触点代表逻辑输入条件，例如：开关、按钮或者内部条件等。线圈通常表示逻辑输出结果，例如：灯负载、电机启动器、中间继电器或者内部输出条件。梯形图的输入总是在图形的左边，输出总是在图形的右边，因而触点与左母线相连，线圈或功能框在最右侧，从而构成一个梯级。在一个梯级中，左、右母线之间是一个完整的“电路”，不允许“短路”、“开路”，也不允许“能流”反向流动。二、基本位逻辑指令位逻辑指令在梯形图中是指对触点的简单连接和对标准线圈的输出，在语句表语言中是指对位存储单元的简单逻辑运算。基本位逻辑指令主要包括标准触点指令、正负跳变指令、置位和复位指令等，主要是与位相关的输入输出及触点的简单连接。本任务主要涉及标准触点指令和输出指令。1标准触点指令语句描述语句描述LD Bit装载，电路开始的常开触点LDN Bit非装载，电路开始的常闭触点A Bit与，串联的常开触点AN Bit非与，串联的常闭触点O Bit或，并联的常开触点ON Bit非或，并联的常闭触点表42 标准触点指令（1）常开触点如图414所示，梯形图中I0.0、I0.1和I0.2三个常开触点分别反映了开始、串联和并联的关系，将它转换成语句表，可以看出LD（Load，装载）、A（And，与）和0（Or，或）指令分别表示开始、串联和并联的常开触点关系。常开触点对应的存储器地址位为1状态时，该触点闭合，有能流通过；反之，对应存储器地址位为0时，触点断开，无能流通过。 图414 基本位逻辑指令程序片断（2）常闭触点若要表示常闭触点的开始、串联和并联关系，只需将梯形图触点符号中间加上表示常闭“”，或将语句表指令加上“N”,变成LDN（Load Not，非装载）、AN（And Not，非与）和0N（Or Not，非或）即可。常闭触点对应的存储器地址位为O状态时，该触点闭合，有能流通过；反之，对应存储器地址位为1时，触点断开，无能流通过。2输出指令梯形图语句描述( )= Bit输出表43 输出指令输出指令与梯形图中的线圈相对应。如图414所示，当I0.0与I0.1串联、再与I0.2并联的触点电路接通时，有“能流”流过线圈Q0.2，对应的输出映像寄存器位的值为l，反之则为0。三、定时器存储区和接通延时定时器指令1定时器存储区：TS7-200中，定时器可用于时间累计，实际包含了两个变量：- 当前值：16位有符号整数，存储定时器所累计的时间。- 定时器位：按照当前值和设定值的比较结果置位或者复位。设定值是定时器指令的一部分。可以用定时器地址（T定时器号）来存取这两种形式的定时器数据。究竟使用哪种形式取决于所使用的指令：如果使用位操作指令则是存取定时器位；如果使用字操作指令，则是存取定时器当前值。存取格式为C计数器号，如C24。2定时器指令定时器对时间间隔计数，计数当前值和设定值（PT）之间的关系决定了该定时器位为0或1的状态。如图415所示，输入端（IN）的接通情况作为定时器开始计时和停止计时的触发信号，定时器当前值和定时器位随计时情况发生改变。定时器当前值是整型数值，而定时器位是布尔型数值，因此也可将定时器作为程序中的常开或常闭触点。图415 定时器一般形式S7200 CPU提供了256个定时器（T0T255），分为三种类型：接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）和保持型接通延时定时器（TONR）。定时器所计数的时间间隔称为分辨率，即定时长度是分辨率和设定值的乘积。分辨率有1 ms、10 ms和100 ms三种，设定值（PT）可为132767的任意整数。本任务所使用的是TON定时器，其余内容将在下个任务中进行详尽的讨论。接通延时定时器（TON）的输入端接通时开始定时，当前值线性增大。当前值大于等于设定值（PT）端指定的设定值时，定时器位变为ON，梯形图对应的定时器常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍继续增加，直到最大值32767。接通延时定时器输入端断开时，定时器自动复位，当前值清零，定时器位变为OFF。任务实施一、工具、器材准备S7-200主机、直流电源模块、输入模块、电机控制模拟实验板、计算机和导线若干。技能训练使用的设备、工具、材料序号名 称 及 说 明数量1PLC主机板模块（S7-226）12电源模块13输入模块（有按钮元件）14电机控制模拟实验板15计算机（编程/监控）16PC/PPI下载电缆17实验连接导线若干二、任务分析1输入输出点分配从Y起动控制电路所实现的功能可以看出，系统由起动按钮SB1、停止按钮SB2和过载保护热继电器FR提供PLC的输入信号，将PLC的运算结果输出到电动机M分别用于接通三相电源、将定子绕组接成接法和将定子绕组接成Y接法的交流接触器KM1、KM2和KM3，因此PLC共需要3个输入点和3个输出点，输入输出点分配如表4-4。输入输出输入映像寄存器输入元件作用输出映像寄存器输出元件作用I0.0SB1起动按钮Q0.0KM1接通电源用交流接触器I1.0SB2停止按钮Q0.1KM2接法交流接触器I0.1FR过载保护Q0.2KM3Y接法交流接触器表4-4 输入输出点分配表 2控制要求当按下SB1时，I0.0变为ON且对应常开触点接通，使线圈Q0.0通电，从而交流接触器KM1的主触点接通，电动机接通电源。一方面，线圈Q0.2立即通电，交流接触器KM3的主触点接通，电动机以Y接线方式运行；另一方面，定时器立即开始计时，直到3s，线圈Q0.2断电，线圈Q0.1通电，即交流接触器KM3的主触点断开，KM2的主触点接通，电动机以接线方式运行下去。当按下SB2时，线圈Q1.0变为OFF且对应常闭触点断开，使线圈Q0.0断电，电动机三个交流接触器的主触点全部断开。输入信号采用FR的常闭触点，当FR过流断开时，I0.1变为OFF且对应常开触点断开。3程序实现该控制要求的PLC程序实现与电气控制方法类似，根据Q0.0、Q0.1和Q0.2的通断条件可以方便地写出梯形图程序，起保停电路是最基本也最常采用的结构形式。KM2和KM3的互锁不用在编程时考虑，直接用硬件来实现。时间继电器的功能由TON定时器指令完成。对Q0.0采用起保停电路，I0.0是起动信号，直接装载；I1.0是停止信号，串联它的常闭触点；I0.1反映热继电器FR的状态，也应该串联在其后，考虑到连接的是FR的常闭触点，所以梯形图中应该连接I0.1的常开触点，与I1.0的情况相反；Q0.0的自锁是用它的常开触点并联到起动信号I0.0上。Y转换的延时时间用接通延时定时器T37实现，它的分辨率是100ms，若需要延时3s，则将设定值输为30即可。第一次扫描时，T37的当前值和位都是0， Q0.0的常开触点和Q0.1的常闭触点串联后作为T37的输入信号，当有能流通过，T37开始计时，直到当前值达到设定值，T37位发生翻转。T37的常开触点是Q0.1的起动信号，它的常闭触点与Q0.2的停止信号有关。注意自锁和互锁的问题，这里互锁已由硬件实现，即可忽略。三、操作方法 1. 绘制如图416所示的系统接线图，再据此进行主机板模块、输入模块、电机控制模拟实验板的外部连线，实现输入输出信号的外部接线和电源，连线情况如图417所示。图416 异步电动机Y起动控制的系统接线图图417 异步电动机Y起动控制的外部接线图2. 编辑梯形图程序根据前面的分析，使用STEP7-Micro/WIN32编程软件编译梯形图程序，参考梯形图如图418所示。图418 异步电动机Y起动控制的参考梯形图输入梯形图程序指令的方法很多，有鼠标拖放、鼠标双击、点击指令工具栏按钮、特殊功能键等。STEP7-Micro/WIN32支持与常用文档编辑软件具有类似功能的两种编辑模式：插入和改写，也采用键盘上的“Insert”键切换。单击梯形图中某一元件，即可在此进行各种插入、复制、剪切等编辑。对于网络级的复制、剪切、删除等，可在编辑器母线左侧用鼠标单击，选取整个网络；按住鼠标的左侧拖动，可以选取多个网络。梯形图（LAD）程序可以用菜单命令“视图+语句表”转换成语句表（STL）程序，反之亦可。3. 编译和下载编译成功后，将程序块下载到PLC主机。4. 运行程序按照前面所学的方法将S7-200的CPU置为“RUN”状态。打开菜单命令“编译+程序状态”或单击工具栏上的按钮，可以监视程序的运行情况，包括触点、线圈状态和能流通过情况等，如图419所示。图419 程序状态监控改变各输入点的状态，观察线圈Q0.1、Q0.2、Q0.3的状态是否符合图418给出的逻辑关系，并观察T37的状态和参数变化。四、注意事项1. 语句表程序不要求分网络输入，此时可以成功进行编译下载。但若要在编程软件中转换成梯形图程序，必须用网络对语句进行正确分段。2. 通常情况下，外部输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但有些输入信号只能由外部常闭触点提供，如热继电器FR，此时要注意程序中对该触点进行装载、与、或等操作时，正确选择其常开、常闭状态。3. 程序编辑过程中，可能出现指令显示不整齐的现象，这种情况不用特别处理，执行一次“编译”命令后就会自动排列整齐。任务三异步电动机的顺序控制 知识点 定时器指令PLC系统和继电器控制系统的关联 技能点 学会PLC程序的写入与读出方法软件调试和模拟运行方法定时器的使用方法任务导入如图420是两台三相异步电动机M1和M2的顺序运行电路，按下启动按钮SB1，KM1接通，第一台电机M1运行。5s后KM2接通，第二台电机M2运行，即完成顺序启动过程。按下停止按钮SB2，第二台电机M2停止运行，10s后第一台电机M1停止运行，完成顺序停止过程。KH1、KH2为过流保护继电器。图420 三相异步电动机顺序控制电路相关知识一、数据类型（位存储区：M）用位存储区作为控制继电器来存储中间操作状态和控制信息。可以按位、字节、字或双字来存取M存储区中的数据，格式分别为：位： M字节地址.位地址 如M26.2字节、字或双字： M长度起始字节地址 如MB20二、定时器指令前面的任务中已经使用过通电延时定时器（TON），了解了它的概念、工作特点和使用方法，这里更加全面地介绍三种定时器。1. 分类和规格S7200 CPU提供了256个定时器（T0T255），分为三种类型：接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）和保持型接通延时定时器（TONR），如表45所示。定时器所计数的时间间隔称为分辨率，即定时长度是分辨率和设定值的乘积。分辨率有1 ms、10 ms和100 ms三种，具体取决于定时器号，对应关系见表46。设定值（PT）可为132767的任意整数，数据类型除了常数外，还可以用VW、IW等类型。类型分辨率（ms）最长定时值（s）定时器号TONF132.767T0和6410327.67T1T4和T 65T681003276.7T5T31和T 69T95TONTOF132.767T32和9610327.67T33T36和T 97T1001003276.7T37T63和T 101T255表45 定时器号与分辨率类型梯形图符号语句描述接通延时定时器（TON）TON Txxx，PT输入端接通后，定时器位延时置1断开延时定时器（TOF）TOF Txxx，PT输入端接通时定时器位置1；输入端断开时，定时器位延迟复位保持型接通延时定时器（TONR）TONR Txxx，PT输入端接通时定时器计时，断开时计时停止；除非执行复位指令，当前值累计。表46 定时器的分类 2. 定时器的工作特性如图421和422所示，分别为三种定时器的程序片断和工作时序图，可以十分清楚地了解它们的工作特性。图421 三种定时器的程序片断 图422 定时器工作时序图任务实施一、工具、器材准备S7-200主机、直流电源模块、输入模块、电机控制模拟实验板、计算机和导线若干。技能训练使用的设备、工具、材料序号名 称 及 说 明数量1PLC主机板模块（S7-226）12电源模块13电机控制模拟实验板14计算机（编程/监控）15PC/PPI下载电缆16实验连接导线若干二、任务分析1输入输出点分配从顺序起停控制电路所实现的功能可以看出，系统由起动按钮SB1和停止按钮SB2提供PLC的输入信号，将PLC的运算结果输出到电动机M1和M2的交流接触器KM1和KM2，因此PLC共需要2个输入点和2个输出点，输入输出点分配如表4-7。输入输出输入映像寄存器输入元件作用输出映像寄存器输出元件作用I0.0SB1起动按钮Q0.0KM1M1的交流接触器I0.1SB2停止按钮Q0.1KM2M2的交流接触器表4-7 输入输出点分配表 2控制要求当按下SB1时，I0.0变为1且对应常开触点接通，使Q0.0线圈通电，从而交流接触器KM1的主触点接通，电机M1起动并连续运行。经过5s延时，Q0.1线圈通电，从而交流接触器KM2的主触点接通，电机M2起动并连续运行。当按下SB2时, I0.1变为1且对应常闭触点断开，使Q0.1线圈断电，从而交流接触器KM2的主触点断开，电机M2停止运行。经过10s延时，Q0.0线圈断电，从而交流接触器KM1的主触点，电机M1停止运行。3程序实现该控制电路的基本思路还是起保停电路，延时功能可由定时器来实现，定时器T37和T38分别实现10m的启动延时和15m的停止延时时间。M1起动时，定时器T37开始计时，直到当前值从0累计到设定值50时，T37位翻转变为1。M2停止时，定时器T38开始计时，直到当前值从0累计到设定值100时，T38位翻转变为1。Q0.0的起动信号由I0.0的常开触点提供，停止信号由T38的常闭触点提供；Q0.1的起动信号由T37的常开触点提供，停止信号由I0.1的常闭触点提供。考虑到两台电机的互锁，需要互相串联输出线圈的常开触点，从而梯形图程序变得更加复杂，此时使用M0.0这个中间继电器，可以代替没有输出量的中间结果。三、操作方法 1. 绘制如图423所示的系统接线图，再据此进行主机板模块、电机控制模拟实验板、电源模块的外部连线，实现输入输出信号的外部接线和电源，连线情况如图424所示。图423 异步电动机顺序控制的系统接线图图424 异步电动机顺序控制的外部接线图2. 编辑梯形图程序使用STEP7-Micro/WIN32编程软件编译梯形图程序，参考梯形图如图425所示。图425 异步电动机顺序控制的参考梯形图3. 编译和下载编译成功后，将程序块下载到PLC主机。4. 运行程序按照前面所学的方法将S7-200的CPU置为“RUN”状态。改变各输入点的状态，观察线圈Q0.0和Q0.1的状态是否符合图425给出的逻辑关系。四、注意事项1. 建议在一个项目中，一个定时器号只使用一次。2. TON和TOF不能共享相同的定时器号，即不能对同一个定时器号使用指令TON和TOF。3. 第一次扫描时，定时器位和当前值都为零。任务四异步电动机的正反转控制 知识点 计数器指令PLC系统和继电器控制系统的关联 技能点 学会PLC程序的写入与读出方法软件调试和模拟运行方法计数器的使用方法任务导入如图426是三相异步电动机正反转运行电路，KM1为电机正向运行交流接触器，KM2为电机反向运行交流接触器，SB1为正向起动按钮，SB2为反向起动按钮，SB3为停止按钮，FR为过载保护热继电器。当按下SB1时，KM1的线圈通电吸合，KM1主触点闭合，电动机开始正向运行，同时KM1的辅助常开触点闭合而使KM1线圈保持吸合，实现了电机的正向连续运行直到按下停止按钮SB2为止；反之，当按下SB2时，KM2的线圈通电吸合，KM2主触点闭合，电动机开始反向运行，同时KM2的辅助常开触点闭合而使KM2线圈保持吸合，实现了电机的反击向连续运行直到按下停止按钮SB3；KM1、KM2线圈互锁确保不同时通电。若进一步扩展该电路的功能，使电动机以一定的时间间隔进行正反转运行，达到规定次数后自动停止运行，传统的继电器控制电路就很难解决，而用PLC编程可以轻松完成。图426 三相异步电动机正反转运行电路相关知识一、数据类型（计数器存储区：C）在S7-200中，计数器可以用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。CPU提供了三种类型的计数器：加计数器、减计数器和加减计数器。计数器有两种形式：- 当前值：16位有符号整数，存储累计值。- 计数器位：按照当前值和设定值的比较结果置位或者复位。设定值是计数器指令的一部分。可以用计数器地址（C计数器号）来存取这两种形式的计数器数据。究竟使用哪种形式取决于所使用的指令：如果使用位操作指令则是存取计数器位；如果使用字操作指令，则是存取计数器当前值。存取格式为C计数器号，如C24。二、计数器指令1. 定义和分类计数器用来累计脉冲的次数。计数器与定时器的结构和使用相似。S7-200提供了256个计数器，大致分为三种类型：加计数器（CTU）、减计数器（CTD）和加减计数器（CTUD），如表48所示。如图427所示为计数器指令的梯形图格式，从左到右分别是减计数器、加减计数器和加计数器。图427 计数器一般形式 CU：加计数信号输入端； CD：减计数信号输入端； R：复位输入；LD：装载预留值； PV：预置值类型语句描述加计数器（CTU）CTU Cxxx，PT输入端接通后，定时器位延时置1减计数器（CTD）CTD Txxx，PT输入端接通时定时器位置1；输入端断开时，定时器位延迟复位加减计数器（CTUD）CTUD Txxx，PT输入端接通时定时器计时，断开时计时停止；除非执行复位指令，当前值累计。表48 计数器的分类 2. 计数器的工作特性 首次扫描时，三种计数器的位都为0，其他规律如表表49所示。类型当前值计数器位加计数器（CTU）CU端置1使当前值递增，当前值持续递增直至32767，当R端置1时当前值清零。当当前值设定值PV时，计数器位置1减计数器（CTD）CD端置1使当前值递减，直至当前值为0，当LD端置1时当前值为设定值。当当前值=0时，计数器位置1加减计数器（CTUD）CU端置1使当前值递增， CD端置1使当前值递减，R端置1使当前值清零。当当前值设定值PV时，计数器位置1表49 计数器工作规律（1）加计数器图428 加计数器的程序片断和工作时序图（2）减计数器图429 减计数器的程序片断和工作时序图（3）加减计数器图430 加减计数器的程序片断和工作时序图任务实施一、工具、器材准备S7-200主机、直流电源模块、输入模块、电机控制模拟实验板、计算机和导线若干。技能训练使用的设备、工具、材料参照第26页表14，给出设备规格。序号名 称 及 说 明数量1PLC主机板模块（S7-226）12电源模块13电机控制模拟实验板14计算机（编程/监控）15PC/PPI下载电缆16实验连接导线若干二、任务分析1输入输出点的分配本任务要实现电动机正反转20次的控制，系统由起动按钮SB1、停止按钮SB2和复位按钮SB3提供PLC的输入信号，将PLC的运算结果输出到电动机M的正转交流接触器KM1和反转交流接触器KM2，因此PLC共需要3个输入点和2个输出点，输入输出点分配如表4-10。输入输出输入映像寄存器输入元件作用输出映像寄存器输出元件作用I0.0SB1起动按钮Q0.0KM1正转的交流接触器I0.1SB2停止按钮Q0.1KM2反转的交流接触器I0.2SB3复位按钮表4-10 输入输出点分配表 2控制要求当按下SB1，Q0.0线圈通电，KM1的主触点接通，电机正转；经过5s延时, Q0.0线圈断电，KM1的主触点断开，同时Q0.1线圈通电，KM2的主触点接通；再经过3 s延时, Q0.1线圈断电，KM1的主触点断开，同时Q0.0线圈通电，KM1的主触点接通。这样反复20次后电机停止运行。3程序实现除了计数20次，该任务的基本思路和前面的顺序控制非常类似，延时功能可由定时器来实现，定时器T37和T38分别实现5m的正转延时和3m的反转时间，20次的计数由加计数器C10实现。同样，这里需要中间继电器M0.0表示没有输出的中间结果。三、操作方法 1. 绘制如图431所示的系统接线图，再据此进行主机板模块、电机控制模拟实验板、电源模块的外部连线，实现输入输出信号的外部接线和电源，连线情况如图432所示。图431 异步电动机正反转控制的系统接线图图432 异步电动机正反转控制的外部接线图2. 编辑梯形图程序使用STEP7-Micro/WIN32编程软件编译梯形图程序，参考梯形图如图433所示。图433 异步电动机正反转控制的参考梯形图3. 编译和下载编译成功后，将程序块下载到PLC主机。4. 运行程序按照前面所学的方法将S7-200的CPU置为“RUN”状态。改变各输入点的状态，观察线圈Q0.0和Q0.1的状态是否符合图433给出的逻辑关系。四、注意事项1. 计数器号不能重复使用。2. 计数器不仅可以用来简单计数，还可以用来使定时器定时时间成倍增长。思考与练习1. PLC由哪几部分组成? 输入电源为多少伏？2. PLC的输入输出点和PLC内部信号的关系是什么？3. PLC的扫描周期包括哪几个部分？4. 如何进行程序的写入、读出、删除、插入、监控和测试？5. 画出通电延时定时器的位和当前值随输入信号而变化的时序图。6. 若为M1、M2和M3三台电动机的顺序起停控制，请编写梯形图程序。7. 试用TOF指令代替TON指令编写梯形图程序，实现该任务。8. 试用定时器指令编程，产生周期为3s，占空比为2：1的连续方波信号输出。9. 试用计数器指令编程：用一个按钮开关 (I0.2)控制三个灯 (Q0.1、Q0.2、Q0.3)，按钮按三下1#灯亮，再按三下2#灯亮，再按三下3#灯亮，再按一下全灭。以此反复。