每周一个编程小例子：主从电机的时序控制

剑指工控星期六, 08/02/2025 - 15:41 发表

引言

想象一下汽车启动：先通电自检（从设备），再点火引擎（主设备）；停车时先熄火（主设备），后断电（从设备）。这种精妙的时序控制，在工业自动化中同样至关重要，它能有效保护设备、提升系统寿命。今天了解的 PLC 功能块 StartFirstAndStopLater，正是实现这一智慧的微型引擎。

1 程序代码：时序逻辑的精密舞蹈

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK StartFirstAndStopLater
VAR_INPUT
startSignal: BOOL; // 启动按钮/信号 (上升沿有效)
stopSignal: BOOL; // 停止按钮/信号 (上升沿有效)
END_VAR

VAR_OUTPUT
mainMotorRunning: BOOL; // 主电机运行状态
slaveMotorRunning: BOOL; // 从电机运行状态
END_VAR
VAR
motorStartFlag : BOOL; // 内部启动标志 (锁存启动信号)
stopFlag : BOOL; // 内部停止标志 (锁存停止信号)
mainMotorTimer: TON; // 主电机启动延时定时器 (通电延时)
slaveMotorTimer: TON; // 从电机停止延时定时器 (通电延时)
END_VAR
// 核心逻辑开始
// 启动信号处理 - 锁存启动命令，直到停止信号到来
motorStartFlag := (startSignal OR motorStartFlag) AND NOT stopSignal;
// 从电机立即启动
IF motorStartFlag THEN
slaveMotorRunning := TRUE; // 启动标志有效，从电机直接运行
END_IF
// 主电机延时启动：等待从电机运行后开始3秒计时
mainMotorTimer(IN := motorStartFlag AND slaveMotorRunning, PT := T#3S);
// 主电机启动条件：启动标志有效 + 从电机已运行 + 3秒计时到
IF motorStartFlag AND slaveMotorRunning AND mainMotorTimer.Q THEN
mainMotorRunning := TRUE; // 满足条件，主电机运行
ELSE
mainMotorRunning := FALSE; // 否则主电机停止
END_IF
// 停止信号处理 - 锁存停止命令
IF stopSignal THEN
stopFlag := TRUE; // 检测到停止信号，置位停止标志
END_IF
// 从电机延时停止：停止标志有效时开始3秒计时
slaveMotorTimer(IN := stopFlag, PT := T#3S);
// 从电机停止条件：停止标志有效 + 3秒计时到
IF stopFlag AND slaveMotorTimer.Q THEN
slaveMotorRunning := FALSE; // 满足条件，从电机停止
stopFlag := FALSE; // 复位停止标志，为下次启动做准备
END_IF

2 代码解析

2.1 变量定义

输入与输出变量：

startSignal 和 stopSignal 是控制电机启动与停止的布尔输入信号。
mainMotorRunning 和 slaveMotorRunning 分别表示主电机和从电机的运行状态，是输出信号。

内部变量：

motorStartFlag 用于记录电机启动的标志位。
stopFlag 用于记录停止信号的状态。
mainMotorTimer 和 slaveMotorTimer 是分别用于延时启动和延时停止的定时器。

2.2 关键时序解析：

启动阶段：

按下startSignal，motorStartFlag置位并保持。
slaveMotorRunning立即变为 TRUE（从电机启动）。
mainMotorTimer 开始 3 秒 计时（条件：motorStartFlag AND slaveMotorRunning）。
3 秒后，mainMotorTimer.Q 为 TRUE → mainMotorRunning 变为 TRUE（主电机启动）。

停止阶段：

按下stopSignal，stopFlag 置位。
mainMotorRunning立即变为 FALSE（主电机停止）。
slaveMotorTimer 开始 3 秒 计时（条件：stopFlag）。
3 秒后，slaveMotorTimer.Q 为 TRUE → slaveMotorRunning 变为 FALSE（从电机停止），同时 stopFlag 复位。

3 核心应用场景：保护设备的安全卫士

带预润滑的系统：

从电机： 润滑泵电机。
主电机： 主驱动电机（如大型风机、压缩机、泵）。
意义： 启动时先开润滑（从），确保轴承充分润滑后再启动主机（主），防止干磨；停止时主机先停，润滑延时关闭（从），带走残余热量。

传送带系统：

从电机： 上游（进料端）传送带电机。
主电机： 下游（出料端）传送带电机或加工设备。
意义： 启动时先启动上游传送带（从），确保有物料供应再启动下游（主），避免空转或加工设备空载；停止时先停下游/加工设备（主），再停上游传送带（从），清空线上物料。

冷却/通风系统：

从电机： 冷却风扇或水泵。
主电机： 发热设备（如大功率变频器、电机、熔炉）。
意义： 启动时先开冷却（从），再启动主设备（主），防止过热；停止时主设备先停（主），冷却延时关闭（从），带走余热。

4 拓展思考：让程序更强大、更智能

参数化延时时间：

将 T#3S 改为输入变量 tMainStartDelay 和 tSlaveStopDelay。
优点： 无需修改程序即可灵活调整延时，适应不同设备需求。

增加急停功能：

添加 VAR_INPUT emergencyStop: BOOL;。
在逻辑中加入 IF emergencyStop THEN mainMotorRunning := FALSE; slaveMotorRunning := FALSE; motorStartFlag := FALSE; stopFlag := FALSE; END_IF。
优点： 紧急情况下立即停止所有设备，保障安全。

加入运行反馈与互锁：

为 mainMotorRunning 和 slaveMotorRunning 增加实际接触器反馈信号作为互锁。
优点： 防止输出命令与设备实际状态不符导致的逻辑错误，提高可靠性。

状态指示与报警：

增加输出变量指示状态（如 starting, running, stopping, fault）。
添加定时器监控从电机启动后主电机是否正常启动，或主电机停止后从电机是否正常停止，超时则报警。
优点： 提升系统可观测性，便于故障诊断。

总结：小功能块，大价值

StartFirstAndStopLater 功能块虽小，却体现了工业自动化中 时序控制 的价值。它通过简单的 标志位锁存 和精确的 定时器调度，确保了主从设备启停的安全顺序：

启动： 从设备先行 → 主设备延时跟进。
停止： 主设备先行 → 从设备延时收尾。

这种“几秒秒之差”的智慧，有效避免了设备因不当启停顺序而造成的 机械冲击、润滑不良、物料堆积、过热损坏 等问题，显著提升了系统的 可靠性、安全性 和 设备寿命。掌握此类基础时序逻辑的构建与优化，是每一位 PLC 工程师迈向更高水平的关键一步。将其部署到需要顺序控制的场景中，让您的自动化系统运行如精密的瑞士钟表！