“三台电机顺起逆停”在CoDeSys里用ST怎么写这是我经常被问到的问题尤其是一些刚接触PLC编程、之前一直画梯形图的朋友。顺起、逆停、定时器、按钮边沿、故障联锁这些元素单独拿出来都不难但组合在一起很多人就容易写乱。这篇是系列第28篇我打算从工艺需求开始到变量设计再到ST代码逐段拆解最后补充仿真和现场调试的经验完整走一遍三台电机顺起逆停的控制逻辑。适合有一定ST基础、想通过完整案例把语法点串起来的朋友参考。1. 顺起逆停的工艺逻辑先于代码说清楚1.1 我为什么要专门写这个三台电机案例前阵子有朋友在做一条输送线项目三段皮带分别由三台电机驱动甲方要求很明确开机时按1号、2号、3号的顺序启动中间间隔几秒停机时反过来先停3号隔几秒再停2号最后停1号。朋友说他在梯形图里画了几十个触点线圈眼睛都快看花了问我ST要怎么写才清晰。这件事给我触动挺大。很多教材讲ST都是讲语法什么IF、CASE、FOR但真正到了现场需求大家第一反应还是“梯形图能不能画出来”。其实ST的价值恰恰在这种带顺序、带延时、带联锁的逻辑上。三台电机顺起逆停就是ST入门中一个非常典型、又能完全练到核心功底的案例所以我专门把它单独拿出来写。这个案例的应用场景不止输送线。水处理泵站、空压机站、物料提升设备、风机群控都会遇到类似的顺起逆停需求。控制对象都是电机逻辑骨架却是通用的理解了一组就能套到N组上。1.2 启动要顺序停止为什么要逆序很多人能理解“顺起”的道理却想不通“逆停”意义在哪。这里必须把工艺逻辑讲透否则代码写得再漂亮现场也是白搭。拿三段皮带输送线举例。启动时如果先启动2号皮带后端皮带马上开始跑但1号皮带还没动物料从料斗落到1号皮带上堆积积到一定量就会堵料、压死电机。正确顺序是1号先跑物料到了1号和2号的交接点2号才开始接然后3号再接这样整条线是“前面送、后面接”的顺畅状态。停机时如果还按1、2、3的顺序来就出问题了1号皮带还在往前送料2号皮带已经停住料全部堆在1号尾部下次启动就是重载启动电机的启动电流会非常大还可能直接卡死。所以必须先停3号让皮带上的料全部走完或卸完再停2号最后才停1号保证每一段皮带上不留料、不堆料。再讲一个电网侧的原因。如果三台电机同时启动整个配电回路会瞬间出现极大的启动电流几十千瓦以上的电机还会造成母线电压明显跌落。错峰启动把三台电机的启动瞬间岔开对变压器和断路器都非常友好。这也是很多项目要求“顺起”的最大动机之一。1.3 为什么这个案例特别适合ST语言同一个控制需求梯形图当然也能实现但有个典型的头疼问题三台电机要画三套启保停回路再加上时间继电器延时的触点串联图纸会越来越庞大。尤其到了调试阶段想改某个延时值还要在图纸里翻半天找对应的定时器触点。ST的优势是控制逻辑以纵向文本呈现每个条件、每个定时器都是独立的行想改哪一个定位极其方便。而且ST里可以自由写注释别人接手程序时读代码就是在读你的设计思路亲和力远胜于迷宫一样的触点网络。还有一个现实原因很多项目发展到后来都不是单纯启停控制还要加故障计数、运行计时、能耗统计、参数配方。这些计算类的逻辑如果混在梯形图里会非常笨拙但在ST里就是几行赋值语句的事。从三台电机顺起逆停开始接触ST正好把“顺序控制”和“结构化表达”打通。2. 先设计信号和定时链再动手写ST2.1 数清楚输入输出先把I/O表列出来写程序之前必须先想清楚信号尤其是真实项目的硬件信号。这个案例里我做如下假设启动、停止、复位按钮各一个急停按钮一路三台电机各自有一路故障信号热继电器、变频器故障等输出三路分别控制三台电机的接触器或变频器启动端子。变量含义类型xStartBtn启动按钮BOOL输入xStopBtn正常停止按钮BOOL输入xResetBtn故障/停止链复位按钮BOOL输入xEStop急停信号BOOL输入xFault1 / xFault2 / xFault3三台电机故障反馈BOOL输入xRunCmd1 / xRunCmd2 / xRunCmd3三台电机运行输出BOOL输出注意这里故障信号我假设是长信号。如果硬件上故障是瞬时的比如几秒后自动消失那程序里要想办法锁存故障状态否则一眨眼PLC就继续往下启动了安全隐患很大。这一点我在后面会进一步提。另外真实项目里我会强烈建议增加三路“运行反馈”信号就是接触器辅助触点或者变频器运行中触点接到PLC输入端。它们的作用是告诉你电机是否真的转了而不是只看输出命令。这个反馈在顺起逻辑里也有用我放到扩展那一节分享。2.2 TON定时器是这个案例的主角顺起逆停的核心就是时间控制CoDeSys的TON定时器是绕不开的功能块。它的行为可以用一句话概括当IN输入为TRUE时开始计时计时到达PT设定时间后输出Q变为TRUE只要IN变回FALSEQ会立刻变成FALSE时间也清零。在ST里调用TON实例写法是tonStart2(IN : xRunCmd1, PT : T#5S);调用之后使用tonStart2.Q读取输出。这里的T#5S是TIME类型表示5秒。要注意不是写数字5。CoDeSys的时间字面量秒用T#5S毫秒用T#500MS两者可以混着写比如T#5S500MS。这个案例里我一共用了5个TON定时器。启动方向2个负责2号、3号的延时启动停止方向3个负责3号、2号、1号的延时停止。很多初学者觉得定时器一多就容易乱我的经验是给它们的命名直接体现用途tonStart2就是“启动2号电机的定时器”tonStop3就是“停止3号电机的定时器”。名字取清楚程序就不容易看岔。2.3 启动链和停止链分开写别搅在一起这是我给所有初学者的建议。一个程序如果能把“启动链”和“停止链”看成两套独立的逻辑分别写成两个段落调试的时候就会非常舒服。启动链的逻辑是“向前推进”按下启动按钮之后运行记忆置位1号电机的输出直接满足条件1号运行信号作为2号延时启动的输入条件2号延时到达后运行2号运行后再触达3号的延时实现3号的最后启动。停止链的逻辑是“往回拉”按下停止按钮之后停止记忆置位3号电机的输出先被切断可以理解为“让它走完最后一段物料”延时结束后再切2号最后切1号。为什么要拆开因为两条链的触发源、方向、复位方式完全不一样。如果把“启动停止”揉在一个复杂的IF条件里很容易出现“3号既要满足启动条件又要满足停止条件”的混乱局面。ST本身就是线性执行的分段落写条理自然就出来了。2.4 一个扫描周期带来的滞后怎么看待PLC程序是按扫描周期顺序执行的同一周期内后面的语句能读到前面的更新值但读不到后面还没执行到的更新值。所以ST代码的行顺序是有讲究的。我习惯的做法是把定时器的调用放在“读取它的Q之前”执行。就比如tonStart2要在读取tonStart2.Q之前调用这是保证同一周期内读取到的是“本次扫描更新后的Q”。至于xRunCmd1作为tonStart2的输入在代码里写在tonStart2调用之后才赋值那这一个扫描周期里tonStart2读到的就是上一周期的xRunCmd1这属于“一个扫描周期的滞后”对秒级的延时控制毫无实际影响。如果你是个强迫症希望启动条件在同一个扫描周期内绝对一致可以把输入条件展开不引用xRunCmd1这个后赋值的输出而是直接写成一串条件组合。不过对于咱们这个入门案例我建议先接受这个微小的滞后把精力放在理解逻辑链上。3. ST程序逐段拆解一台一台被点亮和熄灭3.1 变量声明哪些类型、为什么打开CoDeSys新建一个POU语言选ST。程序名我就叫PLC_PRG实际项目中你可以叫MotorSeq。首先要写变量声明。我完整贴出来PROGRAM PLC_PRG VAR // 输入信号 xStartBtn : BOOL; // 启动按钮 xStopBtn : BOOL; // 正常停止按钮 xResetBtn : BOOL; // 复位按钮 xEStop : BOOL; // 急停信号 xFault1 : BOOL; // 1号电机故障 xFault2 : BOOL; // 2号电机故障 xFault3 : BOOL; // 3号电机故障 // 输出信号 xRunCmd1 : BOOL; // 1号电机运行命令 xRunCmd2 : BOOL; // 2号电机运行命令 xRunCmd3 : BOOL; // 3号电机运行命令 // 按钮边沿检测 fbStartR : R_TRIG; // 启动按钮上升沿 fbStopR : R_TRIG; // 停止按钮上升沿 bStartP : BOOL; // 启动脉冲 bStopP : BOOL; // 停止脉冲 // 模式记忆 bRunMem : BOOL; // 运行模式记忆 bStopMem : BOOL; // 停止模式记忆 // 定时器实例 tonStart2 : TON; // 2号启动延时 tonStart3 : TON; // 3号启动延时 tonStop3 : TON; // 3号停止延时 tonStop2 : TON; // 2号停止延时 tonStop1 : TON; // 1号停止延时 END_VAR这里有个细节为什么用R_TRIG而不直接判断按钮值因为如果按钮持续按着不松开直接判断IF xStartBtn THEN的话运行记忆可能在一个扫描周期内反复被置位甚至如果不加互锁还会导致停止逻辑和启动逻辑打架。R_TRIG的输出Q只在一个扫描周期内为TRUE相当于把“按下按钮”变成了“按下按钮的瞬间”。3.2 按钮边沿和模式记忆先处理启动停止的“总开关”逻辑体第一部分处理按钮边沿并记忆运行和停止的模式。我写// 1. 按钮边沿只响应按下瞬间 fbStartR(CLK : xStartBtn); bStartP : fbStartR.Q; fbStopR(CLK : xStopBtn); bStopP : fbStopR.Q; // 2. 运行/停止模式记忆 bRunMem : (bRunMem OR bStartP) AND NOT bStopP AND NOT xEStop; bStopMem : (bStopMem OR bStopP) AND NOT xEStop AND NOT xResetBtn;解释一下bRunMem。刚按下启动的瞬间bStartP为TRUE所以bRunMem变成TRUE。此后bStartP消失但bRunMem OR bStartP维持住自锁所以bRunMem会一直保持。只有在停止脉冲来了、或者急停动作时AND NOT...把bRunMem拉成FALSE运行模式才结束。bStopMem的逻辑同理。按下停止按钮后bStopMem被置位并保持它负责驱动整个逆停链完整执行。只有按下复位按钮xResetBtn或者急停时bStopMem才会被清零。为什么要这样因为逆停必须是一个完整的“3停→2停→1停”过程不能让中间任何一个环节被打断。如果停止按钮是边沿信号那么等逆停链走到一半启动条件又开始生效系统就乱了。所以必须有一个停止模式记忆罩住整个逆停过程。有个细节我要提醒真实项目中xResetBtn可能同时也要清除故障锁存。我这里为了保持代码简洁只让它清除bStopMem项目里你可以扩展。3.3 顺启链代码前面的亮了后面的才跟着启动接下来就是本次案例的核心了——怎么把1号、2号、3号按顺序点亮。启动链的定时器我这样写// 3. 顺启链定时器 tonStart2(IN : xRunCmd1 AND NOT xFault2, PT : T#5S); tonStart3(IN : xRunCmd2 AND NOT xFault3, PT : T#5S);然后是三台电机输出的赋值// 5. 输出赋值 xRunCmd1 : bRunMem AND NOT xFault1 AND NOT tonStop1.Q; xRunCmd2 : tonStart2.Q AND NOT xFault2 AND NOT tonStop2.Q; xRunCmd3 : tonStart3.Q AND NOT xFault3 AND NOT tonStop3.Q;一行行读。xRunCmd1的条件运行模式为真1号没有故障并且逆停链还没把1号停掉tonStop1.Q为FALSE。这三个条件同时满足1号立即得电。因为它的启动条件里没有延时所以只要bRunMem置TRUE1号就是这个扫描周期里第一个启动的。xRunCmd2的条件tonStart2.Q已经变TRUE说明“延时5秒”已经走完。另外要求2号没有故障、逆停链还没停到2号。tonStart2的IN是什么是xRunCmd1。也就是说只有1号已经在运行tonStart2才开始计时。这保证了严格的顺启顺序1号必须亮2号的5秒才算数。xRunCmd3同理只有2号在运行了tonStart3才开始计时5秒之后3号才得电。这里我可以提一个现场升级点如果你硬件上有接触器运行反馈强烈建议把tonStart2的IN从xRunCmd1改为xRunFb1。因为xRunCmd1只是“你给了输出命令”但万一接触器没吸合或者电机因为堵转没真正转起来你觉得它启动了实际上它只是在命令上亮了。换成反馈信号后只有电机真的转起来下一台的延时才开始计时更可靠。3.4 逆停链代码从末端开始延时断开发令逆停链的代码放在顺启链之后但它的作用是“往后覆盖”启动状态。我把代码写成这样// 4. 逆停链定时器 tonStop3(IN : bStopMem, PT : T#5S); tonStop2(IN : tonStop3.Q, PT : T#5S); tonStop1(IN : tonStop2.Q, PT : T#5S);我们来推演时间轴。按下停止按钮后bStopMem变TRUE。tonStop3的IN变TRUE开始计时5秒。5秒后tonStop3.Q变TRUE。回到输出赋值那一段xRunCmd3的条件里带了一个NOT tonStop3.Q此时变成FALSE于是3号输出被切断。tonStop2的IN是tonStop3.Q。换句话说只有当“3号停车的定时器”已经完成tonStop2才开始计时。再等5秒tonStop2.Q变TRUE2号输出被切断。再往后tonStop1才开始计时5秒后1号输出被切断。所以停止时间轴是 按下停止按钮后的第0秒三台照常运行 第5秒3号断开 第10秒2号断开 第15秒1号断开。这就是标准的“逆停”而非“同时停”或“顺序停”。为什么停止链不用“启动链的反向条件”去控制而是专门开三个定时器因为要保证停机的节奏一定是从3到2到1不能出现“按下停止后因为启动链还在活跃某台又意外重新启动”的情况。停止定时器的IN是独立的bStopMem不依赖启动链状态所以停止链一旦开始就会稳定地按顺序往下执行。3.5 急停、故障和复位最高优先级的保护故障的处理其实已经在输出条件里体现了。比如xRunCmd2包含AND NOT xFault2如果2号电机的热继电器跳了它的输出立即断开。更关键的是连锁反应2号停止后xRunCmd2变成FALSEtonStart3的IN即xRunCmd2变成FALSEtonStart3.Q立即清零所以3号也立刻失去输出条件会在同一时间断开。也就是说中间某台电机故障会导致它后面的电机跟随停车而前面的电机因为不受这个故障条件限制会继续运行。这个逻辑符合一般工艺要求口诀是“故障机后面全停前面能扛就扛”。当然如果工艺要求“任何一台故障全线都停”那你需要把故障信号做一个全局汇总把它加进三台输出里我这里不做展开。急停是另一件事。我把它放在程序最末尾用最高优先级的方式单独处理// 6. 急停最高优先级直接切断所有输出 IF xEStop THEN xRunCmd1 : FALSE; xRunCmd2 : FALSE; xRunCmd3 : FALSE; END_IF;之所以放在最后是因为ST程序按行顺序执行最后赋值的语句等于覆盖前面所有赋值结果。这样无论前面的逻辑怎么把输出置成TRUE只要xEStop为TRUE执行到结尾时输出都会被强制拉成FALSE。这比前面的条件里到处挂“AND NOT xEStop”更干净也更不容易漏掉。急停同时也要清空bRunMem和bStopMem这个在前面的记忆逻辑里已经做了bRunMem的赋值带AND NOT xEStopbStopMem也带AND NOT xEStop。紧急情况下不给你走5秒逆停马上全切这才是急停该有的样子。现场硬接线安全回路也一定要有不能只依赖PLC软逻辑那是保命的东西。4. 仿真验证与现场调试的几个坑4.1 在CoDeSys仿真里怎么把时序跑通代码写完后不要急着直接灌到PLC里先在CoDeSys自带的仿真环境里跑一遍。仿真模式切换很简单工具栏里选“仿真启动”然后在登录模式下启动程序。我建议直接把按钮变量当作软变量用变量强制功能来模拟按钮动作。操作顺序我可以给你复现一遍将xStartBtn强制为TRUE然后立刻再强制回FALSE。这一步就是模拟“按一下启动按钮”触发R_TRIG的上升沿。观察bRunMem变为TRUE随后xRunCmd1变为TRUE。不再做任何操作等5秒观察xRunCmd2变为TRUE再等5秒xRunCmd3变为TRUE。至此顺启完成。将xStopBtn强制为TRUE再变回FALSE模拟按下停止按钮。观察xRunCmd3在5秒后断开再过5秒xRunCmd2断开再过5秒xRunCmd1断开。逆停完成。在仿真里CoDeSys还有一个非常好用的功能就是“跟踪”视图可以像示波器一样把xRunCmd1、xRunCmd2、xRunCmd3的变化曲线画出来。这样你就能直观地看到三台电机输出在时间轴上“阶梯式上升、阶梯式下降”的样子排查问题比肉眼盯变量快得多。有一点要注意仿真环境里的定时器精度依赖于任务周期。如果任务周期设置成10毫秒TON的精度也就是10毫秒的倍数。这种秒级延时的程序任务周期设置到10ms或者50ms都没问题但如果你改了任务周期定时器的实际延时可能和你设定值有偏差调试时心里要有数。4.2 定时时间不是拍脑袋要按工艺来整定我见过太多新手把5秒、10秒这些时间当成“大概差不多”就写进程序结果到了现场发现皮带上的物料跑不完或者管道压力还没建起来。延时时间必须有依据。以一个典型的三段皮带线为例 启动间隔要参考前一段皮带从启动到把料送到下一段接料点的时间一般观察正常给料下物料到达交接点的时间再留1到2秒的裕量。停止间隔要参考物料在本段皮带上完全卸完的时间也要留裕量。对于水泵组启动间隔可能取决于出口阀从全关到全开的动作时间对于空压机群控停止间隔可能取决于系统压力稳定时间。这些参数必须和工艺沟通从现场实测或设备资料中获取不能我在这里给你一个“默认5秒”就当万能答案。程序里我把所有PT都用T#5S只是为了演示真实项目你会看到启动和停止两套延时参数很可能不一样。这里有一张参考表是我在不同场景下的整定经验仅供参考应用场景启动间隔参考停止间隔参考皮带输送线5-10s视皮带速度与长度3-8s视物料卸空时间水泵组3-8s视出口阀动作时间1-5s注意水锤空压机群控5-15s视压力建立速度3-10s逐台卸载风机群控5-10s5-10s视风道压力4.3 现场最容易翻车的五个细节第一个坑停止按钮用常闭触点。有些安全电路里停止按钮是常闭串在回路里的接到PLC普通输入后按钮没按时输入是TRUE按下去反而是FALSE。如果你的程序里没有取反那按下停止时看到的就是“信号消失”而不是“信号到来”R_TRIG永远检不到上升沿系统根本不会进入逆停流程。解决方法是要么硬件改成常开输入要么程序里xStopBtn : NOT xStopBtnA;做一次取反然后再接R_TRIG。第二个坑双线圈输出。我见过有人在程序前半部分写xRunCmd1 : ...后半部分为了急停又写一次xRunCmd1 : FALSE;。这在ST里其实是允许的但后面的赋值会覆盖前面的容易造成代码里同一个输出有多处逻辑稍不留神就出现“明明条件满足了输出却还是断的”之类的怪问题。我的建议是一个物理输出在一个程序里最好只出现一次赋值急停这种例外也要放在最末尾并加注释说明。第三个坑启动前没有检查“停止链是否走完”。如果按下停止后在逆停链还没走到最后时有人又按了启动会发生什么bStopMem还在TRUE它的优先级高于bRunMem所以系统不会立刻启动必须等逆停链全部完成、bStopMem被xResetBtn清掉才能再启动。这是一个安全特性但如果你没有做任何状态提示操作员可能以为设备坏了。要么在HMI上做一个“正在停机请等待”的提示要么在启动条件里用bStopMem做明确互锁并告诉操作员原因。第四个坑急停只做软件处理没有硬接线安全回路。PLC程序再怎么可靠也扛不住CPU死机、通讯中断、接触器卡死。急停回路必须用硬接线直接切断接触器线圈或者变频器使能PLC程序里的急停逻辑只是第二道防线。这一点我在现场反复强调安全无小事。第五个坑把HMI的“保持型”按钮当成了“脉冲型”按钮。HMI里很多按钮控件有“置位”、“复位”、“切换”三种操作模式。如果你把启动按钮做成了切换模式按下后它一直为TRUE那R_TRIG只能检测到第一次的上升沿第二次再用可能就要先把按钮置FALSE再置TRUE才能触发。这个容易让操作员觉得“按钮不灵”其实是你变量属性选错了。5. 从三台到N台这套逻辑还能怎么扩张5.1 用数组和FOR循环批量管理三台电机手写还吃得消如果项目里是八台、十台、二十台风机再一行行复制就太蠢了。工程上处理批量设备的惯用手法是用数组加循环。声明一组定时器数组和BOOL数组VAR aRunCmd : ARRAY[1..10] OF BOOL; aRunMem : ARRAY[1..10] OF BOOL; aFault : ARRAY[1..10] OF BOOL; aTonStart : ARRAY[1..10] OF TON; aTonStop : ARRAY[1..10] OF TON; iMotor : INT; END_VAR启动逻辑就可以写成FOR iMotor : 2 TO 10 DO aTonStart[iMotor](IN : aRunCmd[iMotor - 1] AND NOT aFault[iMotor], PT : T#5S); aRunCmd[iMotor] : aTonStart[iMotor].Q AND NOT aFault[iMotor] AND NOT aTonStop[iMotor].Q; END_FOR;这里我还是要提醒CoDeSys里ARRAY[1..10] OF TON是允许的循环内使用数组下标访问不同实例也合法。不过FOR循环里的iMotor - 1要小心如果iMotor从1开始会发生下标0越界所以我从2开始。这种写法适合需要统一延时的批量设备。如果每台设备的延时时间不一样你还要再准备一个时间参数数组。5.2 用运行反馈替代输出命令可靠性差一个量级我再强调一次现场真实项目里如果条件允许优先用“运行反馈”去做下一级的启动条件。改造方法很简单加三个反馈输入变量xRunFb1、xRunFb2、xRunFb3然后把上一级输出条件换成反馈tonStart2(IN : xRunFb1 AND NOT xFault2, PT : T#5S); tonStart3(IN : xRunFb2 AND NOT xFault3, PT : T#5S);这样做的意义在于就算PLC已经输出xRunCmd1但接触器实际没吸合、或电机卡住没转下一台电机也不会盲目启动。尤其是那种“启动后必须确认上一台电机建立了流量或压力”的工艺比如泵组用一个压力开关或流量开关反馈比用接触器辅助触点还要更贴近工艺。5.3 和SFC顺序功能图的对比这里顺带聊一句SFC。三台电机顺起逆停也可以拆成SFC步进方式第一步启动1号切换条件为定时到进入第二步启动2号再切第三步启动3号停机时进入停止步逐级退出。SFC的好处是图形化状态切换一目了然适合纯顺序控制。我的个人倾向是步数少、状态切换明了的用SFC没问题但一旦控制对象是成组、成批的设备或者需要和大量数据运算、配方逻辑混编ST加数组的方式会更灵活。这套三台电机的ST案例练下来你就把变量声明、边沿检测、自锁记忆、TON定时器、联锁、急停、复位这些ST最核心的东西全串了一遍。后面再遇到更复杂的控制需求至少不会怵了。
“三台电机顺起逆停”在CoDeSys里用ST怎么写这是我经常被问到的问题尤其是一些刚接触PLC编程、之前一直画梯形图的朋友。顺起、逆停、定时器、按钮边沿、故障联锁这些元素单独拿出来都不难但组合在一起很多人就容易写乱。这篇是系列第28篇我打算从工艺需求开始到变量设计再到ST代码逐段拆解最后补充仿真和现场调试的经验完整走一遍三台电机顺起逆停的控制逻辑。适合有一定ST基础、想通过完整案例把语法点串起来的朋友参考。1. 顺起逆停的工艺逻辑先于代码说清楚1.1 我为什么要专门写这个三台电机案例前阵子有朋友在做一条输送线项目三段皮带分别由三台电机驱动甲方要求很明确开机时按1号、2号、3号的顺序启动中间间隔几秒停机时反过来先停3号隔几秒再停2号最后停1号。朋友说他在梯形图里画了几十个触点线圈眼睛都快看花了问我ST要怎么写才清晰。这件事给我触动挺大。很多教材讲ST都是讲语法什么IF、CASE、FOR但真正到了现场需求大家第一反应还是“梯形图能不能画出来”。其实ST的价值恰恰在这种带顺序、带延时、带联锁的逻辑上。三台电机顺起逆停就是ST入门中一个非常典型、又能完全练到核心功底的案例所以我专门把它单独拿出来写。这个案例的应用场景不止输送线。水处理泵站、空压机站、物料提升设备、风机群控都会遇到类似的顺起逆停需求。控制对象都是电机逻辑骨架却是通用的理解了一组就能套到N组上。1.2 启动要顺序停止为什么要逆序很多人能理解“顺起”的道理却想不通“逆停”意义在哪。这里必须把工艺逻辑讲透否则代码写得再漂亮现场也是白搭。拿三段皮带输送线举例。启动时如果先启动2号皮带后端皮带马上开始跑但1号皮带还没动物料从料斗落到1号皮带上堆积积到一定量就会堵料、压死电机。正确顺序是1号先跑物料到了1号和2号的交接点2号才开始接然后3号再接这样整条线是“前面送、后面接”的顺畅状态。停机时如果还按1、2、3的顺序来就出问题了1号皮带还在往前送料2号皮带已经停住料全部堆在1号尾部下次启动就是重载启动电机的启动电流会非常大还可能直接卡死。所以必须先停3号让皮带上的料全部走完或卸完再停2号最后才停1号保证每一段皮带上不留料、不堆料。再讲一个电网侧的原因。如果三台电机同时启动整个配电回路会瞬间出现极大的启动电流几十千瓦以上的电机还会造成母线电压明显跌落。错峰启动把三台电机的启动瞬间岔开对变压器和断路器都非常友好。这也是很多项目要求“顺起”的最大动机之一。1.3 为什么这个案例特别适合ST语言同一个控制需求梯形图当然也能实现但有个典型的头疼问题三台电机要画三套启保停回路再加上时间继电器延时的触点串联图纸会越来越庞大。尤其到了调试阶段想改某个延时值还要在图纸里翻半天找对应的定时器触点。ST的优势是控制逻辑以纵向文本呈现每个条件、每个定时器都是独立的行想改哪一个定位极其方便。而且ST里可以自由写注释别人接手程序时读代码就是在读你的设计思路亲和力远胜于迷宫一样的触点网络。还有一个现实原因很多项目发展到后来都不是单纯启停控制还要加故障计数、运行计时、能耗统计、参数配方。这些计算类的逻辑如果混在梯形图里会非常笨拙但在ST里就是几行赋值语句的事。从三台电机顺起逆停开始接触ST正好把“顺序控制”和“结构化表达”打通。2. 先设计信号和定时链再动手写ST2.1 数清楚输入输出先把I/O表列出来写程序之前必须先想清楚信号尤其是真实项目的硬件信号。这个案例里我做如下假设启动、停止、复位按钮各一个急停按钮一路三台电机各自有一路故障信号热继电器、变频器故障等输出三路分别控制三台电机的接触器或变频器启动端子。变量含义类型xStartBtn启动按钮BOOL输入xStopBtn正常停止按钮BOOL输入xResetBtn故障/停止链复位按钮BOOL输入xEStop急停信号BOOL输入xFault1 / xFault2 / xFault3三台电机故障反馈BOOL输入xRunCmd1 / xRunCmd2 / xRunCmd3三台电机运行输出BOOL输出注意这里故障信号我假设是长信号。如果硬件上故障是瞬时的比如几秒后自动消失那程序里要想办法锁存故障状态否则一眨眼PLC就继续往下启动了安全隐患很大。这一点我在后面会进一步提。另外真实项目里我会强烈建议增加三路“运行反馈”信号就是接触器辅助触点或者变频器运行中触点接到PLC输入端。它们的作用是告诉你电机是否真的转了而不是只看输出命令。这个反馈在顺起逻辑里也有用我放到扩展那一节分享。2.2 TON定时器是这个案例的主角顺起逆停的核心就是时间控制CoDeSys的TON定时器是绕不开的功能块。它的行为可以用一句话概括当IN输入为TRUE时开始计时计时到达PT设定时间后输出Q变为TRUE只要IN变回FALSEQ会立刻变成FALSE时间也清零。在ST里调用TON实例写法是tonStart2(IN : xRunCmd1, PT : T#5S);调用之后使用tonStart2.Q读取输出。这里的T#5S是TIME类型表示5秒。要注意不是写数字5。CoDeSys的时间字面量秒用T#5S毫秒用T#500MS两者可以混着写比如T#5S500MS。这个案例里我一共用了5个TON定时器。启动方向2个负责2号、3号的延时启动停止方向3个负责3号、2号、1号的延时停止。很多初学者觉得定时器一多就容易乱我的经验是给它们的命名直接体现用途tonStart2就是“启动2号电机的定时器”tonStop3就是“停止3号电机的定时器”。名字取清楚程序就不容易看岔。2.3 启动链和停止链分开写别搅在一起这是我给所有初学者的建议。一个程序如果能把“启动链”和“停止链”看成两套独立的逻辑分别写成两个段落调试的时候就会非常舒服。启动链的逻辑是“向前推进”按下启动按钮之后运行记忆置位1号电机的输出直接满足条件1号运行信号作为2号延时启动的输入条件2号延时到达后运行2号运行后再触达3号的延时实现3号的最后启动。停止链的逻辑是“往回拉”按下停止按钮之后停止记忆置位3号电机的输出先被切断可以理解为“让它走完最后一段物料”延时结束后再切2号最后切1号。为什么要拆开因为两条链的触发源、方向、复位方式完全不一样。如果把“启动停止”揉在一个复杂的IF条件里很容易出现“3号既要满足启动条件又要满足停止条件”的混乱局面。ST本身就是线性执行的分段落写条理自然就出来了。2.4 一个扫描周期带来的滞后怎么看待PLC程序是按扫描周期顺序执行的同一周期内后面的语句能读到前面的更新值但读不到后面还没执行到的更新值。所以ST代码的行顺序是有讲究的。我习惯的做法是把定时器的调用放在“读取它的Q之前”执行。就比如tonStart2要在读取tonStart2.Q之前调用这是保证同一周期内读取到的是“本次扫描更新后的Q”。至于xRunCmd1作为tonStart2的输入在代码里写在tonStart2调用之后才赋值那这一个扫描周期里tonStart2读到的就是上一周期的xRunCmd1这属于“一个扫描周期的滞后”对秒级的延时控制毫无实际影响。如果你是个强迫症希望启动条件在同一个扫描周期内绝对一致可以把输入条件展开不引用xRunCmd1这个后赋值的输出而是直接写成一串条件组合。不过对于咱们这个入门案例我建议先接受这个微小的滞后把精力放在理解逻辑链上。3. ST程序逐段拆解一台一台被点亮和熄灭3.1 变量声明哪些类型、为什么打开CoDeSys新建一个POU语言选ST。程序名我就叫PLC_PRG实际项目中你可以叫MotorSeq。首先要写变量声明。我完整贴出来PROGRAM PLC_PRG VAR // 输入信号 xStartBtn : BOOL; // 启动按钮 xStopBtn : BOOL; // 正常停止按钮 xResetBtn : BOOL; // 复位按钮 xEStop : BOOL; // 急停信号 xFault1 : BOOL; // 1号电机故障 xFault2 : BOOL; // 2号电机故障 xFault3 : BOOL; // 3号电机故障 // 输出信号 xRunCmd1 : BOOL; // 1号电机运行命令 xRunCmd2 : BOOL; // 2号电机运行命令 xRunCmd3 : BOOL; // 3号电机运行命令 // 按钮边沿检测 fbStartR : R_TRIG; // 启动按钮上升沿 fbStopR : R_TRIG; // 停止按钮上升沿 bStartP : BOOL; // 启动脉冲 bStopP : BOOL; // 停止脉冲 // 模式记忆 bRunMem : BOOL; // 运行模式记忆 bStopMem : BOOL; // 停止模式记忆 // 定时器实例 tonStart2 : TON; // 2号启动延时 tonStart3 : TON; // 3号启动延时 tonStop3 : TON; // 3号停止延时 tonStop2 : TON; // 2号停止延时 tonStop1 : TON; // 1号停止延时 END_VAR这里有个细节为什么用R_TRIG而不直接判断按钮值因为如果按钮持续按着不松开直接判断IF xStartBtn THEN的话运行记忆可能在一个扫描周期内反复被置位甚至如果不加互锁还会导致停止逻辑和启动逻辑打架。R_TRIG的输出Q只在一个扫描周期内为TRUE相当于把“按下按钮”变成了“按下按钮的瞬间”。3.2 按钮边沿和模式记忆先处理启动停止的“总开关”逻辑体第一部分处理按钮边沿并记忆运行和停止的模式。我写// 1. 按钮边沿只响应按下瞬间 fbStartR(CLK : xStartBtn); bStartP : fbStartR.Q; fbStopR(CLK : xStopBtn); bStopP : fbStopR.Q; // 2. 运行/停止模式记忆 bRunMem : (bRunMem OR bStartP) AND NOT bStopP AND NOT xEStop; bStopMem : (bStopMem OR bStopP) AND NOT xEStop AND NOT xResetBtn;解释一下bRunMem。刚按下启动的瞬间bStartP为TRUE所以bRunMem变成TRUE。此后bStartP消失但bRunMem OR bStartP维持住自锁所以bRunMem会一直保持。只有在停止脉冲来了、或者急停动作时AND NOT...把bRunMem拉成FALSE运行模式才结束。bStopMem的逻辑同理。按下停止按钮后bStopMem被置位并保持它负责驱动整个逆停链完整执行。只有按下复位按钮xResetBtn或者急停时bStopMem才会被清零。为什么要这样因为逆停必须是一个完整的“3停→2停→1停”过程不能让中间任何一个环节被打断。如果停止按钮是边沿信号那么等逆停链走到一半启动条件又开始生效系统就乱了。所以必须有一个停止模式记忆罩住整个逆停过程。有个细节我要提醒真实项目中xResetBtn可能同时也要清除故障锁存。我这里为了保持代码简洁只让它清除bStopMem项目里你可以扩展。3.3 顺启链代码前面的亮了后面的才跟着启动接下来就是本次案例的核心了——怎么把1号、2号、3号按顺序点亮。启动链的定时器我这样写// 3. 顺启链定时器 tonStart2(IN : xRunCmd1 AND NOT xFault2, PT : T#5S); tonStart3(IN : xRunCmd2 AND NOT xFault3, PT : T#5S);然后是三台电机输出的赋值// 5. 输出赋值 xRunCmd1 : bRunMem AND NOT xFault1 AND NOT tonStop1.Q; xRunCmd2 : tonStart2.Q AND NOT xFault2 AND NOT tonStop2.Q; xRunCmd3 : tonStart3.Q AND NOT xFault3 AND NOT tonStop3.Q;一行行读。xRunCmd1的条件运行模式为真1号没有故障并且逆停链还没把1号停掉tonStop1.Q为FALSE。这三个条件同时满足1号立即得电。因为它的启动条件里没有延时所以只要bRunMem置TRUE1号就是这个扫描周期里第一个启动的。xRunCmd2的条件tonStart2.Q已经变TRUE说明“延时5秒”已经走完。另外要求2号没有故障、逆停链还没停到2号。tonStart2的IN是什么是xRunCmd1。也就是说只有1号已经在运行tonStart2才开始计时。这保证了严格的顺启顺序1号必须亮2号的5秒才算数。xRunCmd3同理只有2号在运行了tonStart3才开始计时5秒之后3号才得电。这里我可以提一个现场升级点如果你硬件上有接触器运行反馈强烈建议把tonStart2的IN从xRunCmd1改为xRunFb1。因为xRunCmd1只是“你给了输出命令”但万一接触器没吸合或者电机因为堵转没真正转起来你觉得它启动了实际上它只是在命令上亮了。换成反馈信号后只有电机真的转起来下一台的延时才开始计时更可靠。3.4 逆停链代码从末端开始延时断开发令逆停链的代码放在顺启链之后但它的作用是“往后覆盖”启动状态。我把代码写成这样// 4. 逆停链定时器 tonStop3(IN : bStopMem, PT : T#5S); tonStop2(IN : tonStop3.Q, PT : T#5S); tonStop1(IN : tonStop2.Q, PT : T#5S);我们来推演时间轴。按下停止按钮后bStopMem变TRUE。tonStop3的IN变TRUE开始计时5秒。5秒后tonStop3.Q变TRUE。回到输出赋值那一段xRunCmd3的条件里带了一个NOT tonStop3.Q此时变成FALSE于是3号输出被切断。tonStop2的IN是tonStop3.Q。换句话说只有当“3号停车的定时器”已经完成tonStop2才开始计时。再等5秒tonStop2.Q变TRUE2号输出被切断。再往后tonStop1才开始计时5秒后1号输出被切断。所以停止时间轴是 按下停止按钮后的第0秒三台照常运行 第5秒3号断开 第10秒2号断开 第15秒1号断开。这就是标准的“逆停”而非“同时停”或“顺序停”。为什么停止链不用“启动链的反向条件”去控制而是专门开三个定时器因为要保证停机的节奏一定是从3到2到1不能出现“按下停止后因为启动链还在活跃某台又意外重新启动”的情况。停止定时器的IN是独立的bStopMem不依赖启动链状态所以停止链一旦开始就会稳定地按顺序往下执行。3.5 急停、故障和复位最高优先级的保护故障的处理其实已经在输出条件里体现了。比如xRunCmd2包含AND NOT xFault2如果2号电机的热继电器跳了它的输出立即断开。更关键的是连锁反应2号停止后xRunCmd2变成FALSEtonStart3的IN即xRunCmd2变成FALSEtonStart3.Q立即清零所以3号也立刻失去输出条件会在同一时间断开。也就是说中间某台电机故障会导致它后面的电机跟随停车而前面的电机因为不受这个故障条件限制会继续运行。这个逻辑符合一般工艺要求口诀是“故障机后面全停前面能扛就扛”。当然如果工艺要求“任何一台故障全线都停”那你需要把故障信号做一个全局汇总把它加进三台输出里我这里不做展开。急停是另一件事。我把它放在程序最末尾用最高优先级的方式单独处理// 6. 急停最高优先级直接切断所有输出 IF xEStop THEN xRunCmd1 : FALSE; xRunCmd2 : FALSE; xRunCmd3 : FALSE; END_IF;之所以放在最后是因为ST程序按行顺序执行最后赋值的语句等于覆盖前面所有赋值结果。这样无论前面的逻辑怎么把输出置成TRUE只要xEStop为TRUE执行到结尾时输出都会被强制拉成FALSE。这比前面的条件里到处挂“AND NOT xEStop”更干净也更不容易漏掉。急停同时也要清空bRunMem和bStopMem这个在前面的记忆逻辑里已经做了bRunMem的赋值带AND NOT xEStopbStopMem也带AND NOT xEStop。紧急情况下不给你走5秒逆停马上全切这才是急停该有的样子。现场硬接线安全回路也一定要有不能只依赖PLC软逻辑那是保命的东西。4. 仿真验证与现场调试的几个坑4.1 在CoDeSys仿真里怎么把时序跑通代码写完后不要急着直接灌到PLC里先在CoDeSys自带的仿真环境里跑一遍。仿真模式切换很简单工具栏里选“仿真启动”然后在登录模式下启动程序。我建议直接把按钮变量当作软变量用变量强制功能来模拟按钮动作。操作顺序我可以给你复现一遍将xStartBtn强制为TRUE然后立刻再强制回FALSE。这一步就是模拟“按一下启动按钮”触发R_TRIG的上升沿。观察bRunMem变为TRUE随后xRunCmd1变为TRUE。不再做任何操作等5秒观察xRunCmd2变为TRUE再等5秒xRunCmd3变为TRUE。至此顺启完成。将xStopBtn强制为TRUE再变回FALSE模拟按下停止按钮。观察xRunCmd3在5秒后断开再过5秒xRunCmd2断开再过5秒xRunCmd1断开。逆停完成。在仿真里CoDeSys还有一个非常好用的功能就是“跟踪”视图可以像示波器一样把xRunCmd1、xRunCmd2、xRunCmd3的变化曲线画出来。这样你就能直观地看到三台电机输出在时间轴上“阶梯式上升、阶梯式下降”的样子排查问题比肉眼盯变量快得多。有一点要注意仿真环境里的定时器精度依赖于任务周期。如果任务周期设置成10毫秒TON的精度也就是10毫秒的倍数。这种秒级延时的程序任务周期设置到10ms或者50ms都没问题但如果你改了任务周期定时器的实际延时可能和你设定值有偏差调试时心里要有数。4.2 定时时间不是拍脑袋要按工艺来整定我见过太多新手把5秒、10秒这些时间当成“大概差不多”就写进程序结果到了现场发现皮带上的物料跑不完或者管道压力还没建起来。延时时间必须有依据。以一个典型的三段皮带线为例 启动间隔要参考前一段皮带从启动到把料送到下一段接料点的时间一般观察正常给料下物料到达交接点的时间再留1到2秒的裕量。停止间隔要参考物料在本段皮带上完全卸完的时间也要留裕量。对于水泵组启动间隔可能取决于出口阀从全关到全开的动作时间对于空压机群控停止间隔可能取决于系统压力稳定时间。这些参数必须和工艺沟通从现场实测或设备资料中获取不能我在这里给你一个“默认5秒”就当万能答案。程序里我把所有PT都用T#5S只是为了演示真实项目你会看到启动和停止两套延时参数很可能不一样。这里有一张参考表是我在不同场景下的整定经验仅供参考应用场景启动间隔参考停止间隔参考皮带输送线5-10s视皮带速度与长度3-8s视物料卸空时间水泵组3-8s视出口阀动作时间1-5s注意水锤空压机群控5-15s视压力建立速度3-10s逐台卸载风机群控5-10s5-10s视风道压力4.3 现场最容易翻车的五个细节第一个坑停止按钮用常闭触点。有些安全电路里停止按钮是常闭串在回路里的接到PLC普通输入后按钮没按时输入是TRUE按下去反而是FALSE。如果你的程序里没有取反那按下停止时看到的就是“信号消失”而不是“信号到来”R_TRIG永远检不到上升沿系统根本不会进入逆停流程。解决方法是要么硬件改成常开输入要么程序里xStopBtn : NOT xStopBtnA;做一次取反然后再接R_TRIG。第二个坑双线圈输出。我见过有人在程序前半部分写xRunCmd1 : ...后半部分为了急停又写一次xRunCmd1 : FALSE;。这在ST里其实是允许的但后面的赋值会覆盖前面的容易造成代码里同一个输出有多处逻辑稍不留神就出现“明明条件满足了输出却还是断的”之类的怪问题。我的建议是一个物理输出在一个程序里最好只出现一次赋值急停这种例外也要放在最末尾并加注释说明。第三个坑启动前没有检查“停止链是否走完”。如果按下停止后在逆停链还没走到最后时有人又按了启动会发生什么bStopMem还在TRUE它的优先级高于bRunMem所以系统不会立刻启动必须等逆停链全部完成、bStopMem被xResetBtn清掉才能再启动。这是一个安全特性但如果你没有做任何状态提示操作员可能以为设备坏了。要么在HMI上做一个“正在停机请等待”的提示要么在启动条件里用bStopMem做明确互锁并告诉操作员原因。第四个坑急停只做软件处理没有硬接线安全回路。PLC程序再怎么可靠也扛不住CPU死机、通讯中断、接触器卡死。急停回路必须用硬接线直接切断接触器线圈或者变频器使能PLC程序里的急停逻辑只是第二道防线。这一点我在现场反复强调安全无小事。第五个坑把HMI的“保持型”按钮当成了“脉冲型”按钮。HMI里很多按钮控件有“置位”、“复位”、“切换”三种操作模式。如果你把启动按钮做成了切换模式按下后它一直为TRUE那R_TRIG只能检测到第一次的上升沿第二次再用可能就要先把按钮置FALSE再置TRUE才能触发。这个容易让操作员觉得“按钮不灵”其实是你变量属性选错了。5. 从三台到N台这套逻辑还能怎么扩张5.1 用数组和FOR循环批量管理三台电机手写还吃得消如果项目里是八台、十台、二十台风机再一行行复制就太蠢了。工程上处理批量设备的惯用手法是用数组加循环。声明一组定时器数组和BOOL数组VAR aRunCmd : ARRAY[1..10] OF BOOL; aRunMem : ARRAY[1..10] OF BOOL; aFault : ARRAY[1..10] OF BOOL; aTonStart : ARRAY[1..10] OF TON; aTonStop : ARRAY[1..10] OF TON; iMotor : INT; END_VAR启动逻辑就可以写成FOR iMotor : 2 TO 10 DO aTonStart[iMotor](IN : aRunCmd[iMotor - 1] AND NOT aFault[iMotor], PT : T#5S); aRunCmd[iMotor] : aTonStart[iMotor].Q AND NOT aFault[iMotor] AND NOT aTonStop[iMotor].Q; END_FOR;这里我还是要提醒CoDeSys里ARRAY[1..10] OF TON是允许的循环内使用数组下标访问不同实例也合法。不过FOR循环里的iMotor - 1要小心如果iMotor从1开始会发生下标0越界所以我从2开始。这种写法适合需要统一延时的批量设备。如果每台设备的延时时间不一样你还要再准备一个时间参数数组。5.2 用运行反馈替代输出命令可靠性差一个量级我再强调一次现场真实项目里如果条件允许优先用“运行反馈”去做下一级的启动条件。改造方法很简单加三个反馈输入变量xRunFb1、xRunFb2、xRunFb3然后把上一级输出条件换成反馈tonStart2(IN : xRunFb1 AND NOT xFault2, PT : T#5S); tonStart3(IN : xRunFb2 AND NOT xFault3, PT : T#5S);这样做的意义在于就算PLC已经输出xRunCmd1但接触器实际没吸合、或电机卡住没转下一台电机也不会盲目启动。尤其是那种“启动后必须确认上一台电机建立了流量或压力”的工艺比如泵组用一个压力开关或流量开关反馈比用接触器辅助触点还要更贴近工艺。5.3 和SFC顺序功能图的对比这里顺带聊一句SFC。三台电机顺起逆停也可以拆成SFC步进方式第一步启动1号切换条件为定时到进入第二步启动2号再切第三步启动3号停机时进入停止步逐级退出。SFC的好处是图形化状态切换一目了然适合纯顺序控制。我的个人倾向是步数少、状态切换明了的用SFC没问题但一旦控制对象是成组、成批的设备或者需要和大量数据运算、配方逻辑混编ST加数组的方式会更灵活。这套三台电机的ST案例练下来你就把变量声明、边沿检测、自锁记忆、TON定时器、联锁、急停、复位这些ST最核心的东西全串了一遍。后面再遇到更复杂的控制需求至少不会怵了。
