在工业控制场景中，中型异步电机直接启动时会产生远超额定电流的冲击电流（通常为额定电流的 5-7 倍），不仅会影响电网稳定性，还可能对机械设备造成损伤。星三角（Y-Δ）降压启动是解决这一问题的经典方案，其通过改变电机绕组连接方式，将启动电流降低至直接启动的 1/3，广泛应用于 30kW 及以上的异步电机控制。本文将以西门子 S7-200 SMART PLC 为例，从原理、硬件配置、程序编写到调试，完整讲解星三角降压启动控制方案。
一、星三角降压启动核心原理
星三角启动的本质是通过阶段性改变电机绕组连接方式，实现 “降压启动→全压运行” 的切换，核心依赖电机绕组的两种接线模式：
1. 三个关键阶段
阶段 | 绕组连接方式 | 核心动作（接触器） | 目的与特点 |
启动阶段 | 星型（Y） | 主接触器 KM1 吸合 + 星型接触器 KM3 吸合 | 每相绕组承受电压为额定电压的 1/√3，启动电流降低 |
切换阶段 | 过渡（断开 Y） | KM3 断开，延时等待 | 确保 KM3 完全分断，避免后续短路 |
运行阶段 | 三角型（Δ） | KM1 保持吸合 + 三角型接触器 KM2 吸合 | 绕组承受额定电压，电机全功率运行 |
2. 安全红线
绝对禁止 KM2（三角）与 KM3（星型）同时吸合！二者同时动作会导致电源直接短路，引发接触器烧毁、电网跳闸甚至火灾，因此必须通过 “软件互锁 + 硬件互锁” 双重保障。
二、案例需求与硬件配置
本次案例以控制一台 30kW 三相异步电机为例，明确硬件设备、控制流程及安全要求。
1. 硬件设备清单
设备符号 | 设备名称 | 功能说明 | 数量 |
SB1 | 启动按钮 | 常开触点，触发电机启动 | 1 个 |
SB2 | 停止按钮 | 常闭触点，紧急停止或正常停机 | 1 个 |
FR | 热继电器 | 常闭触点，电机过载保护（过流时断开） | 1 个 |
KM1 | 主电源接触器 | 控制电机总电源通断，启动 / 运行阶段均吸合 | 1 个 |
KM2 | 三角型运行接触器 | 运行阶段吸合，使绕组呈 Δ 连接 | 1 个 |
KM3 | 星型启动接触器 | 启动阶段吸合，使绕组呈 Y 连接 | 1 个 |
S7-200 SMART | PLC 主机 | 核心控制单元（如 CPU ST30） | 1 台 |
2. 控制流程
按下启动按钮 SB1 → KM1、KM3 同时吸合，电机以星型方式降压启动；
启动同时触发定时器，开始 5 秒延时（可根据电机功率调整）；
5 秒后 → KM3 自动断开，星型启动结束；
KM3 完全断开后 → KM2 吸合，电机切换为三角型全压运行；
按下停止按钮 SB2 或 FR 过载动作 → KM1、KM2、KM3 全部断开，电机停止。
三、I/O 地址分配与 PLC 接线
1. I/O 地址分配表（关键！避免接线错误）
信号类型 | 设备符号 | 功能描述 | PLC 地址 | 接线备注 |
输入信号 | SB1 | 启动按钮（常开） | I0.0 | 一端接 PLC 输入端子 I0.0，另一端接 24V+ |
输入信号 | SB2 | 停止按钮（常闭） | I0.1 | 一端接 PLC 输入端子 I0.1，另一端接 24V+ |
输入信号 | FR | 过载保护（常闭） | I0.2 | 一端接 PLC 输入端子 I0.2，另一端接 24V+ |
输出信号 | KM1 | 主接触器线圈 | Q0.0 | PLC 输出端子 Q0.0 接接触器线圈，线圈另一端接 24V- |
输出信号 | KM2 | 三角接触器线圈 | Q0.1 | PLC 输出端子 Q0.1 接接触器线圈，线圈另一端接 24V- |
输出信号 | KM3 | 星型接触器线圈 | Q0.2 | PLC 输出端子 Q0.2 接接触器线圈，线圈另一端接 24V- |
内部定时器 | T37 | 星三角切换延时 | T37 | 100ms 基准定时器，预设值 50（对应 5 秒） |
2. 硬件接线关键注意事项
输入回路：所有输入设备（SB1、SB2、FR）均采用 “24V+→设备→PLC 输入端子→PLC 公共端（M）→24V-” 的回路，确保信号可靠触发；
输出回路：接触器线圈需串联浪涌抑制器（如续流二极管），防止线圈断电时产生的高压损坏 PLC 输出点；
硬件互锁（核心安全！）：在外部接线中，将 KM2 的常闭辅助触点串入 KM3 线圈回路，同时将 KM3 的常闭辅助触点串入 KM2 线圈回路 —— 即使 PLC 程序出错，也能物理阻断 KM2、KM3 同时吸合。
四、PLC 程序编写（STEP 7-Micro/WIN SMART）
采用梯形图（LAD）编写程序，逻辑清晰且符合电工习惯，共分为 5 个核心网络，每个网络均标注详细注释。
1. 程序整体逻辑框架
网络编号 | 功能描述 | 核心控制目标 |
网络 1 | 主接触器 KM1 的起保停控制 | 实现 KM1 的启动、自锁与停止（受 SB2、FR 保护） |
网络 2 | 星型接触器 KM3 的控制 | 启动阶段接通 KM3，定时器到时后断开 |
网络 3 | 切换延时定时器 T37 的触发 | KM1 吸合后开始计时，预设 5 秒 |
网络 4 | 三角型接触器 KM2 的控制 | 定时器到时且 KM3 断开后，接通 KM2 并自锁 |
网络 5 | 运行状态指示（可选） | 电机进入三角运行后，指示灯亮（如 Q0.3） |
2. 梯形图程序与逐句解释
网络 1：主接触器 KM1 的起保停控制
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解释：这是工业控制中经典的 “起保停” 电路。SB1 按下时，Q0.0（KM1）得电；SB1 松开后，Q0.0 的常开触点自锁，维持 KM1 吸合；当 SB2 按下（I0.1 断开）或 FR 过载（I0.2 断开）时，回路切断，KM1 失电。
网络 2：星型接触器 KM3 的控制
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解释：仅当主接触器 KM1 吸合（确保电机有电源）、KM2 未动作（防止短路）、定时器未到时（启动阶段）时，KM3 才会吸合；5 秒后 T37 常闭触点断开，KM3 自动失电。
网络 3：切换延时定时器 T37 的触发
// 定时器参数：基准100ms，预设值50（50×100ms=5000ms=5秒） T37: IN=1, PT=50 |
解释：采用 “定时器（TON）”，KM1 吸合后定时器开始计时，计时到 5 秒时，T37 的常开触点闭合、常闭触点断开，触发后续切换逻辑。
网络 4：三角型接触器 KM2 的控制
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解释：定时器到 5 秒后，T37 常开触点闭合；同时 Q0.2 常闭触点确保 KM3 已断开（避免短路），此时 KM2 得电并自锁，电机进入三角型运行。
网络 5：运行状态指示（可选）
解释：Q0.3 可接一个指示灯，用于现场指示电机是否处于正常运行状态，方便运维人员观察。
五、程序仿真与调试步骤
程序编写完成后，需通过 “软件仿真 + 硬件调试” 验证逻辑正确性，避免现场事故。
1. 软件仿真（STEP 7-Micro/WIN SMART 仿真功能）
编译程序：点击 “编译” 按钮，确保无语法错误；
启动仿真：打开 “仿真” 模式，创建 “强制表”；
模拟启动：强制 I0.0（SB1）为 “1”，观察 Q0.0（KM1）、Q0.2（KM3）是否立即置 1，T37 当前值是否从 0 开始递增；
模拟切换：等待 T37 当前值达到 50（5 秒），观察 Q0.2 是否置 0，Q0.1 是否置 1；
模拟停止：强制 I0.1（SB2）为 “0”，观察 Q0.0、Q0.1、Q0.2 是否全部置 0。
2. 硬件调试（现场接线后）
断电检查：接线完成后，断电检查输入 / 输出回路是否短路、接线是否松动；
空载测试：断开电机电源线，仅给 PLC 和接触器通电，重复软件仿真的操作步骤，观察接触器动作顺序是否正确（KM1→KM3→（5 秒后）KM3 断→KM2 合）；
带载测试：空载测试正常后，接好电机电源线，启动电机，监听电机运行声音是否正常，用万用表测量电机三相电流是否平衡；
故障测试：模拟 FR 过载（手动触发 FR），观察电机是否立即停止，验证保护逻辑。
六、核心安全与优化总结
1. 双重互锁保障（必须实现！）
互锁类型 | 实现方式 | 作用 |
软件互锁 | KM2 常闭触点串入 KM3 回路，KM3 常闭触点串入 KM2 回路 | 防止 PLC 程序逻辑错误导致 KM2、KM3 同时输出 |
硬件互锁 | KM2、KM3 辅助常闭触点在外部回路互串 | 即使 PLC 输出点故障（如 Q0.1、Q0.2 同时置 1），也能物理阻断接触器吸合 |
2. 程序优化建议
延时时间调整：根据电机功率调整 T37 的预设值（如 22kW 电机可设为 3 秒，55kW 电机可设为 8 秒），避免切换过早导致电流冲击；
故障报警：可增加 “KM2/KM3 故障报警” 逻辑（如 T37 到时后 KM2 未吸合，触发报警灯 Q0.4），方便故障排查；
急停扩展：若现场需紧急停机，可在输入回路增加急停按钮（如 I0.3，常闭），串入 KM1 控制回路。
结语
星三角降压启动是 PLC 控制中的经典应用，其核心在于 “安全切换” 与 “逻辑可靠”。本文基于西门子 S7-200 SMART PLC 的方案，从原理到调试全程覆盖，可直接应用于风机、水泵、压缩机等中型电机控制场景。实际项目中，务必优先保证硬件互锁的可靠性，再通过软件逻辑优化控制精度 —— 安全永远是工业控制的第一准则。
若在调试过程中遇到接触器动作异常、定时器不计时等问题，可通过 “程序状态监控” 功能观察各触点状态，逐步定位故障点。欢迎在评论区交流你的实践经验！
