PLC模擬量實(shí)驗(yàn)掛板原理設(shè)計

金光輝

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110045）

1 模擬量實(shí)驗(yàn)掛板的簡介

實(shí)驗(yàn)板正面設(shè)有接線用的臺階插座、按鈕、開關(guān)以及聲光顯示和運(yùn)動機(jī)構(gòu)等器件。背面設(shè)為單面印刷電路板,裝有實(shí)驗(yàn)所需的電氣元件。這個實(shí)驗(yàn)掛板為模擬量轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)板，可以進(jìn)行模擬量的基本實(shí)驗(yàn)和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)。

1．1 實(shí)驗(yàn)掛板

實(shí)驗(yàn)掛板上方有2路0～5V模擬量電壓信號源，有2路0～10V模擬量高精度三位半電壓指示儀表。還有1塊高精度三位半的計數(shù)、頻率、轉(zhuǎn)速儀表。

實(shí)驗(yàn)掛板下方有直流微電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)區(qū)，該電機(jī)可以直接接0～5V模擬量電壓信號源進(jìn)行調(diào)速（生產(chǎn)調(diào)試和設(shè)備驗(yàn)收的檢驗(yàn)方法），也可以由PLC模擬量輸出信號進(jìn)行控制，根據(jù)PLC的邏輯運(yùn)算結(jié)果來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

此電機(jī)帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，通過光電開關(guān)檢測元件產(chǎn)生脈沖信號。該脈沖信號可以接實(shí)驗(yàn)板上的高精度三位半的頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)儀表，直接觀察圓盤轉(zhuǎn)動運(yùn)行數(shù)據(jù)。頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的工作電源為5V。最好在PLC上運(yùn)行一個定時處理程序，以在數(shù)據(jù)溢出時，定時地經(jīng)過PLC的輸出點(diǎn)對其及時復(fù)位，使其能正常顯示。

該脈沖信號還可以接到PLC高速脈沖輸入端，通過PLC程序進(jìn)行高速計數(shù)，以實(shí)現(xiàn)頻率、轉(zhuǎn)速的檢測。檢測信號與設(shè)定值相減，得到偏差信號。PLC再對這個偏差信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，再加載給電機(jī)，這樣即構(gòu)成了電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這能提高電機(jī)機(jī)械特性的硬度擴(kuò)大調(diào)速范圍。使用實(shí)驗(yàn)板做晶體管可編程序控制器高速脈沖脈沖量輸出實(shí)驗(yàn)時，需要測量輸出高速脈沖的頻率，應(yīng)該使用頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表，以便與PLC所設(shè)定輸出脈沖頻率數(shù)據(jù)值比較，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果。使用頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的接線圖如圖1，由于頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的測量端與工作電源共地，負(fù)極相連接，只有采用圖一接線方法，而其它脈沖量的控制對象則不用受此限制。

圖1實(shí)驗(yàn)接線原理圖，適合脈沖量控制對象有實(shí)驗(yàn)板上的頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表。

1．2 模擬量的基本知識

在模擬量實(shí)驗(yàn)前，首先要了解模擬量輸入、輸出信號的接線，輸入、輸出電壓信號的性質(zhì)、范圍。接線要求要準(zhǔn)確無誤。接線時要注意電壓的極性和范圍，是0～5V還是0～10V，避免接錯。不得將直流24V電壓接到模擬量輸出端口，以免將模擬量模塊損壞。

模擬量信號有6種，0～5V電壓信號、1～5V電壓信號、-10～+10V電壓信號、0～+10V電壓信號、4～20mA電流信號、0～20mA電流信號。

模擬量4～20mA電流信號在工程中最為常用，其主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。而一般講，學(xué)生對電流源的理解、測量和使用，不如對電壓源熟悉。所以，要在實(shí)驗(yàn)中對此予以訓(xùn)練。

模擬量4～20mA電流信號可以轉(zhuǎn)換成1～5V電壓信號，實(shí)現(xiàn)的方法很簡單，用電流信號源帶動一個250Ω的電阻就可以了。

模擬量的輸入輸出信號的種類和數(shù)據(jù)范圍，如圖2。

圖2

要使模擬量模塊正常工作，首先要求PLC運(yùn)行相關(guān)的初始化程序。而這初始化程序要由用戶按對模擬量模塊工作要求設(shè)計。另外，還要了解模擬量的數(shù)據(jù)格式及相應(yīng)轉(zhuǎn)換。做完實(shí)驗(yàn)一模擬量認(rèn)識實(shí)驗(yàn)，將為后面其它的實(shí)驗(yàn)，打基礎(chǔ)，做準(zhǔn)備。將模擬量電壓信號接PLC模擬量擴(kuò)展單元輸入端，將PLC模擬量擴(kuò)展單元的輸出端接上模擬量電壓指示儀表，配合其它一些開關(guān)量的輸入和輸出信號，以及脈沖量的輸入信號和輸出信號就可以進(jìn)行簡單的模擬量基本實(shí)驗(yàn)。

2 模擬量實(shí)驗(yàn)的接線方法

模擬量入、模擬量出的接線示意圖如圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)接線原理圖

3 溫度、轉(zhuǎn)速的斷續(xù)控制與脈沖控制

本實(shí)驗(yàn)板的溫度與轉(zhuǎn)速控制還可采用晶體管輸出點(diǎn)控制，即采用脈沖量的PWM（也叫脈寬量占空比調(diào)節(jié)）控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這是另一種常用的控制方式，屬于脈沖量控制范疇。由于硬件上已經(jīng)具備脈沖量的實(shí)驗(yàn)條件，我們也將這些技術(shù)收編在這里，并提供實(shí)驗(yàn)程序，為用戶實(shí)驗(yàn)開發(fā)提供參考。

其中，內(nèi)置電位器地址SMB28及SMB29。

4 結(jié)語

PID控制也是模擬量控制的一種方法，參數(shù)要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試才能完成，調(diào)試時要耐心和細(xì)心。對應(yīng)PID控制方法也提供了實(shí)驗(yàn)參考程序。

溫度控制的要求是多種多樣的，恒溫控制僅是其中的一種。許多場合，例如制藥過程的溫度控制，是由生物繁殖工藝要求所決定的。

其溫度的設(shè)定值隨時間按曲線變化。因此，要在恒溫控制的基礎(chǔ)上增加改變設(shè)定值的相應(yīng)控制。這個控制可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)，但最好還是用人機(jī)界面（觸摸屏）或個人計算機(jī)加組態(tài)監(jiān)控軟件配合實(shí)現(xiàn)。因后者可在觸摸屏或計算機(jī)屏幕上觀察和設(shè)定這個溫度曲線。這樣，會使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變得更加豐富。而且，必要時可以通過增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)來完成這些實(shí)驗(yàn)。