在工業控制場景中，中型異步電機直接啟動時會產生遠超額定電流的沖擊電流（通常為額定電流的 5-7 倍），不僅會影響電網穩定性，還可能對機械設備造成損傷。星三角（Y-Δ）降壓啟動是解決這一問題的經典方案，其通過改變電機繞組連接方式，將啟動電流降低至直接啟動的 1/3，廣泛應用于 30kW 及以上的異步電機控制。本文將以西門子 S7-200 SMART PLC 為例，從原理、硬件配置、程序編寫到調試，完整講解星三角降壓啟動控制方案。
一、星三角降壓啟動核心原理
星三角啟動的本質是通過階段性改變電機繞組連接方式，實現 “降壓啟動→全壓運行” 的切換，核心依賴電機繞組的兩種接線模式：
1. 三個關鍵階段
階段 | 繞組連接方式 | 核心動作（接觸器） | 目的與特點 |
啟動階段 | 星型（Y） | 主接觸器 KM1 吸合 + 星型接觸器 KM3 吸合 | 每相繞組承受電壓為額定電壓的 1/√3，啟動電流降低 |
切換階段 | 過渡（斷開 Y） | KM3 斷開，延時等待 | 確保 KM3 完全分斷，避免后續短路 |
運行階段 | 三角型（Δ） | KM1 保持吸合 + 三角型接觸器 KM2 吸合 | 繞組承受額定電壓，電機全功率運行 |
2. 安全紅線
絕對禁止 KM2（三角）與 KM3（星型）同時吸合！二者同時動作會導致電源直接短路，引發接觸器燒毀、電網跳閘甚至火災，因此必須通過 “軟件互鎖 + 硬件互鎖” 雙重保障。
二、案例需求與硬件配置
本次案例以控制一臺 30kW 三相異步電機為例，明確硬件設備、控制流程及安全要求。
1. 硬件設備清單
設備符號 | 設備名稱 | 功能說明 | 數量 |
SB1 | 啟動按鈕 | 常開觸點，觸發電機啟動 | 1 個 |
SB2 | 停止按鈕 | 常閉觸點，緊急停止或正常停機 | 1 個 |
FR | 熱繼電器 | 常閉觸點，電機過載保護（過流時斷開） | 1 個 |
KM1 | 主電源接觸器 | 控制電機總電源通斷，啟動 / 運行階段均吸合 | 1 個 |
KM2 | 三角型運行接觸器 | 運行階段吸合，使繞組呈 Δ 連接 | 1 個 |
KM3 | 星型啟動接觸器 | 啟動階段吸合，使繞組呈 Y 連接 | 1 個 |
S7-200 SMART | PLC 主機 | 核心控制單元（如 CPU ST30） | 1 臺 |
2. 控制流程
按下啟動按鈕 SB1 → KM1、KM3 同時吸合，電機以星型方式降壓啟動；
啟動同時觸發定時器，開始 5 秒延時（可根據電機功率調整）；
5 秒后 → KM3 自動斷開，星型啟動結束；
KM3 完全斷開后 → KM2 吸合，電機切換為三角型全壓運行；
按下停止按鈕 SB2 或 FR 過載動作 → KM1、KM2、KM3 全部斷開，電機停止。
三、I/O 地址分配與 PLC 接線
1. I/O 地址分配表（關鍵！避免接線錯誤）
信號類型 | 設備符號 | 功能描述 | PLC 地址 | 接線備注 |
輸入信號 | SB1 | 啟動按鈕（常開） | I0.0 | 一端接 PLC 輸入端子 I0.0，另一端接 24V+ |
輸入信號 | SB2 | 停止按鈕（常閉） | I0.1 | 一端接 PLC 輸入端子 I0.1，另一端接 24V+ |
輸入信號 | FR | 過載保護（常閉） | I0.2 | 一端接 PLC 輸入端子 I0.2，另一端接 24V+ |
輸出信號 | KM1 | 主接觸器線圈 | Q0.0 | PLC 輸出端子 Q0.0 接接觸器線圈，線圈另一端接 24V- |
輸出信號 | KM2 | 三角接觸器線圈 | Q0.1 | PLC 輸出端子 Q0.1 接接觸器線圈，線圈另一端接 24V- |
輸出信號 | KM3 | 星型接觸器線圈 | Q0.2 | PLC 輸出端子 Q0.2 接接觸器線圈，線圈另一端接 24V- |
內部定時器 | T37 | 星三角切換延時 | T37 | 100ms 基準定時器，預設值 50（對應 5 秒） |
2. 硬件接線關鍵注意事項
輸入回路：所有輸入設備（SB1、SB2、FR）均采用 “24V+→設備→PLC 輸入端子→PLC 公共端（M）→24V-” 的回路，確保信號可靠觸發；
輸出回路：接觸器線圈需串聯浪涌抑制器（如續流二極管），防止線圈斷電時產生的高壓損壞 PLC 輸出點；
硬件互鎖（核心安全！）：在外部接線中，將 KM2 的常閉輔助觸點串入 KM3 線圈回路，同時將 KM3 的常閉輔助觸點串入 KM2 線圈回路 —— 即使 PLC 程序出錯，也能物理阻斷 KM2、KM3 同時吸合。
四、PLC 程序編寫（STEP 7-Micro/WIN SMART）
采用梯形圖（LAD）編寫程序，邏輯清晰且符合電工習慣，共分為 5 個核心網絡，每個網絡均標注詳細注釋。
1. 程序整體邏輯框架
網絡編號 | 功能描述 | 核心控制目標 |
網絡 1 | 主接觸器 KM1 的起保停控制 | 實現 KM1 的啟動、自鎖與停止（受 SB2、FR 保護） |
網絡 2 | 星型接觸器 KM3 的控制 | 啟動階段接通 KM3，定時器到時后斷開 |
網絡 3 | 切換延時定時器 T37 的觸發 | KM1 吸合后開始計時，預設 5 秒 |
網絡 4 | 三角型接觸器 KM2 的控制 | 定時器到時且 KM3 斷開后，接通 KM2 并自鎖 |
網絡 5 | 運行狀態指示（可選） | 電機進入三角運行后，指示燈亮（如 Q0.3） |
2. 梯形圖程序與逐句解釋
網絡 1：主接觸器 KM1 的起保停控制
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解釋：這是工業控制中經典的 “起保停” 電路。SB1 按下時，Q0.0（KM1）得電；SB1 松開后，Q0.0 的常開觸點自鎖，維持 KM1 吸合；當 SB2 按下（I0.1 斷開）或 FR 過載（I0.2 斷開）時，回路切斷，KM1 失電。
網絡 2：星型接觸器 KM3 的控制
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解釋：僅當主接觸器 KM1 吸合（確保電機有電源）、KM2 未動作（防止短路）、定時器未到時（啟動階段）時，KM3 才會吸合；5 秒后 T37 常閉觸點斷開，KM3 自動失電。
網絡 3：切換延時定時器 T37 的觸發
// 定時器參數：基準100ms，預設值50（50×100ms=5000ms=5秒） T37: IN=1, PT=50 |
解釋：采用 “定時器（TON）”，KM1 吸合后定時器開始計時，計時到 5 秒時，T37 的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，觸發后續切換邏輯。
網絡 4：三角型接觸器 KM2 的控制
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解釋：定時器到 5 秒后，T37 常開觸點閉合；同時 Q0.2 常閉觸點確保 KM3 已斷開（避免短路），此時 KM2 得電并自鎖，電機進入三角型運行。
網絡 5：運行狀態指示（可選）
解釋：Q0.3 可接一個指示燈，用于現場指示電機是否處于正常運行狀態，方便運維人員觀察。
五、程序仿真與調試步驟
程序編寫完成后，需通過 “軟件仿真 + 硬件調試” 驗證邏輯正確性，避免現場事故。
1. 軟件仿真（STEP 7-Micro/WIN SMART 仿真功能）
編譯程序：點擊 “編譯” 按鈕，確保無語法錯誤；
啟動仿真：打開 “仿真” 模式，創建 “強制表”；
模擬啟動：強制 I0.0（SB1）為 “1”，觀察 Q0.0（KM1）、Q0.2（KM3）是否立即置 1，T37 當前值是否從 0 開始遞增；
模擬切換：等待 T37 當前值達到 50（5 秒），觀察 Q0.2 是否置 0，Q0.1 是否置 1；
模擬停止：強制 I0.1（SB2）為 “0”，觀察 Q0.0、Q0.1、Q0.2 是否全部置 0。
2. 硬件調試（現場接線后）
斷電檢查：接線完成后，斷電檢查輸入 / 輸出回路是否短路、接線是否松動；
空載測試：斷開電機電源線，僅給 PLC 和接觸器通電，重復軟件仿真的操作步驟，觀察接觸器動作順序是否正確（KM1→KM3→（5 秒后）KM3 斷→KM2 合）；
帶載測試：空載測試正常后，接好電機電源線，啟動電機，監聽電機運行聲音是否正常，用萬用表測量電機三相電流是否平衡；
故障測試：模擬 FR 過載（手動觸發 FR），觀察電機是否立即停止，驗證保護邏輯。
六、核心安全與優化總結
1. 雙重互鎖保障（必須實現！）
互鎖類型 | 實現方式 | 作用 |
軟件互鎖 | KM2 常閉觸點串入 KM3 回路，KM3 常閉觸點串入 KM2 回路 | 防止 PLC 程序邏輯錯誤導致 KM2、KM3 同時輸出 |
硬件互鎖 | KM2、KM3 輔助常閉觸點在外部回路互串 | 即使 PLC 輸出點故障（如 Q0.1、Q0.2 同時置 1），也能物理阻斷接觸器吸合 |
2. 程序優化建議
延時時間調整：根據電機功率調整 T37 的預設值（如 22kW 電機可設為 3 秒，55kW 電機可設為 8 秒），避免切換過早導致電流沖擊；
故障報警：可增加 “KM2/KM3 故障報警” 邏輯（如 T37 到時后 KM2 未吸合，觸發報警燈 Q0.4），方便故障排查；
急停擴展：若現場需緊急停機，可在輸入回路增加急停按鈕（如 I0.3，常閉），串入 KM1 控制回路。
結語
星三角降壓啟動是 PLC 控制中的經典應用，其核心在于 “安全切換” 與 “邏輯可靠”。本文基于西門子 S7-200 SMART PLC 的方案，從原理到調試全程覆蓋，可直接應用于風機、水泵、壓縮機等中型電機控制場景。實際項目中，務必優先保證硬件互鎖的可靠性，再通過軟件邏輯優化控制精度 —— 安全永遠是工業控制的第一準則。
若在調試過程中遇到接觸器動作異常、定時器不計時等問題，可通過 “程序狀態監控” 功能觀察各觸點狀態，逐步定位故障點。歡迎在評論區交流你的實踐經驗！
