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引言 

可编程控制器（PLC）是一种以计算机技术为基础、专为工业环境而设计的数字运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，可以用软件来改变控制过程，同时又具有体积小、功能强、速度快、可靠性高，以及很大的灵活性和可扩展性，现以广泛应用于机械制造、冶金、化工、电子、纺织、印刷等工业控制的各个领域。

在现在生产条件下，当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是需要采用PLC和变频器相配合使用，例如轴承清洗、包装纸印刷、 PCB板制作等。PLC可通过输出点或由通讯提供各种控制信号和指令的通断信号。一个PLC系统主要由三部分组成，即中央处理单元、输入输出模块和编程部分。本文介绍我公司生产的台安系列变频器和TP03系列PLC进行配合时所需注意的事项。

1、开关指令信号的输入 

变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、段速、点动等运行状态进行控制的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC相连，得到运行状态指令，如图1（A）、（B）所示。 

图1 A 继电器型PLC输出与变频器连接的运行方式

图1 B 晶体管型PLC输出与变频器连接的运行方式

在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，以保证系统的可靠性。 

在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流有可能引起变频器内部元器件的损坏或失效进而导致变频器误动作，因此应尽量避免这种情况的发生。图2与图3给出了正确与错误的接线例子。 

图2 变频器输入信号连接方式

图3 变频器输入信号的错误接法

当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。如图4所示。 

图4 输入信号的防干扰接法

2、数值信号的输入 

变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为模拟输入和模拟输出两种。模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过 0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。 

当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需要用并、串联的方式接入电阻，以次来限制电流或分去部分电压，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将控制电路和主电路分开，控制电路采用屏蔽线，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。

本公司的变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，如输出电压、转速等。信号的范围为0～10V的直流电压信号。根据用户的需要可以连接电压表或转速表，来显示变频器在运行时输出的电压或转速，但无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。

另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于进行数据处理需要时间，以及程序编写时排列的顺序不同和指令的使用不同等都会导致系统在运行时存在一定的时间延迟，故在较的控制时应予以考虑以上因素。 

因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，故将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点： 

（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。 

（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器、电抗器和能降低噪音用的器件等，另外，若有必要，在变频器输入一侧也应采取相应的措施。 

（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。 

（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。

3、结束语 

PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。

　1 引言

　　随着社会生产和发展的需要，无缝钢管广泛地应用在化工、电力、机械液压等行业。人们对无缝钢管的质量要求很高，除了满足材料性能外，对无缝钢管的表面及内部质量均有较高的要求。然而，在无缝钢管的制造过程中，往往由于钢管材料中夹渣与材料疏松，使成型后的钢管表面与内部出现裂纹或折叠等缺陷，从而形成安全隐患。为此，提出了无缝钢管超声波探伤的方法。本文将重点介绍超声波探伤中PLC 控制系统的应用，并深入探讨PLC 和上位机的通讯。

　　该PLC 控制系统是将工控机作为上位机，PLC 作为下位机，控制探伤主机，采用四象限可逆制动调速器，控制钢管螺旋送进速度和方向。上位机和下位机通过CP5611 卡进行串口通讯。经实际生产运行证明，该超声波探伤系统中的PLC 控制方案运行稳定，满足要求。

　　2 系统硬件设计

　　厚壁钢管超声波探伤系统由上料单元、探伤主机、下料分选单元、超声波检测单元、控制单元五部分组成。探伤主机由探头、位置调整装置、定心装置、压紧装置、水耦合装置等组成。

　　一般采用探头静止、钢管螺旋前进，水耦合的方式对钢管进行探伤。探头发射的脉冲纵波，经水耦合，在管内产生折射横波，遇缺陷返回到探头。经超声波检测单元判别比较，钢管送入区(下料)，否则送入次品区(分选)。

　　根据超声波探伤系统的功能、I/O 点数、存储容量、输出负载的特点，选用西门子S7-224(AC/DC/继电器)。总体结构控制图，如图1 所示。

　　PLC 是整个控制系统的核心部件，它主要接受外部传感器和按钮信号、执行用户程序和实时检测运行状态，并将运行运行状态反馈给工控机;当钢管有缺陷时，工控机反馈给PLC，驱动声光报警和喷标程序。

　　3 系统软件设计

　　控制部分程序主要包括上料、压轮、滚道、检测、下料和分选各段程序。软件控制流程图，如图2 所示。

　　(1)上料功能程序当整个超声波探伤系统启动时，程序控制上料机构拨动一根钢管到上料滚道内，实现自动上料。上料时，超声波系统处于自动探伤，并且滚道正向转动。

　　(2)下料、分选功能程序当一根钢管探伤结束后，根据工控机反馈回的信号，将有伤的钢管进行分选处理，无伤的钢管进行下料处理。当钢管处于下料或分选状态时，系统处于自动探伤状态，滚道正向转动。钢管下料或分选后，若所有接近开关没有感应信号，则滚道电机停止，否则，进行下一根钢管的检测。

　　(3)检测处理程序钢管进入检测区时，水耦合泵喷水，超声波探伤开始。经超声波检测系统对探头反馈回的波形进行比较，若超过标准，则工控机反馈给PLC，启动声光报警程序，且对钢管有伤部位进行标伤，同时在工控机内进行数据保存和生成报表。

　　(4)滚道控制程序超声波系统处于自动检测状态时，滚道只能正向转动。当超声波探伤系统处于调试时，钢管可以反向转动，也可以点动，即按点动按钮时，实验中设定钢管前进或后退2 个毫米。

　　本控制系统主要实现全自动功能，钢管检测、监控、数据保存和报表输出一体化操作。当PLC 调试检修时，可以通过工控机远程控制PLC 动作，也可以进行手动操作。

　　4 PLC 和上位机的通讯

　　工控机和PLC 通讯有两种方式，一种是由上位机向PLC 发送指令，另外一种是PLC 向上位机发送初始化指令。为保证超声波探伤系统探伤时PLC 与工控机之间数据传递的实时性和效率，在该超声波探伤系统中采用第一种方式，即工控机为主机，PLC 为从站，只有主机才有权主动发送请求报文，从站收到后返回响应的报文。

　　本系统选用研祥的工控机，通过西门子S7-200 PLC 自带的RS485 串行通讯端口采用MPI 电缆与装有CP5611 通信卡的工控机连接实现与V4.0 STEP 7 MicroWIN 之间的PROFIBUS/MPI通讯连接，这样可以大大提高工控机与PLC 得通讯速度。

　　工控机采用Microsoft 公司的VC++6.0 作为编程语言，VC++6.0 和PLC 通讯主要完成的功能有建立通讯的连接、数据的采集和读取。

　　西门子公司提供了PRODAVE S7 软件包帮助用户开发，软件包提供了大量的通讯函数，利用它们可以方便地解决了PC 与PLC 之间的通讯问题。采用PRODAVE 编程有如下优点：

　　(1)使用简单方便，编程人员不需要熟悉复杂的通讯协议，通过调用PRODAVE 提供的动态链接库(DLL)中的函数就可以实现通讯;

　　(2)上位机用通讯函数直接读写PLC 中的数据，用户不用编写PLC 一侧的通信程序;

　　(3) 如果使用PC/MPI 适配器或用于PC 的通讯处理器做通讯接口，它们同时还可以兼做编程软件和PLC 的通讯接口。

　　在系统运行过程中，系统首先通过调用PRODAVE 工具箱的函数，建立与PLC 的通讯连接，然后调用PRODAVE 工具箱的函数向下位机发送数据命令，通讯处理器CP5611 将读取的数据命令转发至PLC，CPU 响应将反馈回数据，数据通过CP5611 传送至上位机的存储器中。

　　上位机通过VC++6.0 调用PRODAVE 函数和PLC 建立连接的过程为：

　　① 动态链接库(DLL)的调用

　　PRODAVE 的动态链接库提供了大量的基于bbbbbbs 操作系统的DLL 函数，用于解决PLC 与PC 之间的数据交换和数据处理问题。PRODAVE 工具箱包含的两个动态链接库：w95_s7.dll 和Konfort.dll。将这两个函数拷贝到VC++编程所在的工作目录下。 

　　② PC 对PLC 数据采集

　　PC 对下位机的数据采集主要分三步进行：通过load_tool 函数建立与PLC 的连接;传输数据：通过函数as200_e_field_read、as200_a_field_read、as200_m_field_read、as200_sm_field_read、as200_vs_field_read 分别对PLC 程序的输入、输出、标志位、特殊标志位、变量进行读操作，也可以通过函数as200_e_field_write、as200_a_field_write、as200_m_field_write、as200_sm_field_write、as200_vs_field_write 分别对PLC 程序的输入、输出、标志位、特殊标志位、变量进行写操作;unload_tool 命令关闭与PLC 的连接。数据读取流程图，如图3 所示。

　　通讯结束后，必须将上位机和PLC 的连接断开，否则将会引起上位机死机，或者造成上位机系统的异常。　超声波探伤系统的界面，如图4 所示。

　　超声波探伤程序与PLC 通信采用的是直接调用dll 动态链接库的方法，所以其接口访问点与PLC 程序上传与下载时的情况不同，应单独设置。步骤如下：

　　(1)“开始”—“控制面板”—“设置PG/PC 接口”—“设置PG/PC 接口”对话框;

　　(2)“应用程序访问点”下拉列表中选择“Micro/WIN—PC/PPIcable(PPI)”，“已使用的接口参数分配”中选择“CP5611 PPI”，如图5 所示。设置“属性”时要注意接口的通信速率要与PLC 上的硬件通信速率保持一致。

　　5 结束语

　　本项目具有连续厚壁管探伤的功能。系统电气部分采用PLC 控制电机，操作简单，调节方便;该系统有良好的人机交互界面，可靠性好，检测效率高。该系统还具有声光报警和喷标标伤系统，便于用户识别。经过现场调试，各项功能基本能达到用户的要求，设备现已投入现场使用。