PLC模擬量實(shí)驗(yàn)掛板原理設(shè)計(jì)

金光輝

（沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110045）

1 模擬量實(shí)驗(yàn)掛板的簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)板正面設(shè)有接線用的臺(tái)階插座、按鈕、開(kāi)關(guān)以及聲光顯示和運(yùn)動(dòng)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(gè)實(shí)驗(yàn)掛板為模擬量轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)板?？梢赃M(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)掛板上方有兩路0～5V模擬量電壓信號(hào)源，有兩路0～10V模擬量高精度三位半電壓指示儀表。還有一塊高精度三位半的計(jì)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(hào)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(hào)進(jìn)行控制，根據(jù)PLC的邏輯運(yùn)算結(jié)果來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)元件產(chǎn)生脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)可以接實(shí)驗(yàn)板上的高精度三位半的頻率、轉(zhuǎn)速、計(jì)數(shù)儀表，直接觀察圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。頻率、轉(zhuǎn)速、計(jì)數(shù)表的工作電源為5V。最好在PLC上運(yùn)行一個(gè)定時(shí)處理程序。以在數(shù)據(jù)溢出時(shí)，定時(shí)地經(jīng)過(guò)PLC的輸出點(diǎn)對(duì)其及時(shí)復(fù)位，使其能正常顯示。

該脈沖信號(hào)還可以接到PLC高速脈沖輸入端，通過(guò)PLC程序進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)頻率、轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。檢測(cè)信號(hào)與設(shè)定值相減，得到偏差信號(hào)。PLC再對(duì)這個(gè)偏差信號(hào)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(shí)需要測(cè)量輸出高速脈沖的頻率，應(yīng)該使用頻率、轉(zhuǎn)速、計(jì)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(jì)數(shù)表的接線圖如下，由于頻率、轉(zhuǎn)速、計(jì)數(shù)表的測(cè)量端與工作電源共地，負(fù)極相連接，只有采用圖1接線方法，而其他脈沖量的控制對(duì)象則不用受此限制。

圖1 晶體管PLC

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

1.2 模擬量的基本知識(shí)

在模擬量實(shí)驗(yàn)前，首先要了解模擬量輸入、輸出信號(hào)的接線，輸入、輸出電壓信號(hào)的性質(zhì)、范圍。接線要求要準(zhǔn)確無(wú)誤。接線時(shí)要注意電壓的極性和范圍，特別是0～5V還是0～10V，避免接錯(cuò)。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(hào)有六種，0～5V電壓信號(hào)、1～5V電壓信號(hào)、-10～+10V電壓信號(hào)、0～+10V電壓信號(hào)、4～20mA電流信號(hào)、0～20mA電流信號(hào)。

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

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

模擬量的輸入輸出信號(hào)的種類和數(shù)據(jù)范圍（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。而初始化程序要由用戶按對(duì)模擬量模塊工作要求設(shè)計(jì)。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)一這個(gè)模擬量認(rèn)識(shí)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(hào)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，配合其他一些開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出信號(hào)以及脈沖量的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，就可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬量基本實(shí)驗(yàn)。

1.3 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

1.4 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(kāi)發(fā)提供參考。

備注：內(nèi)置電位器地址SMB28及SMB29。

2 結(jié)語(yǔ)

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(chǎng)反復(fù)調(diào)試才能完成，調(diào)試時(shí)要耐心和細(xì)心。對(duì)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(chǎng)合，例如制藥過(guò)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(shí)間按曲線變化。因此，要在恒溫控制的基礎(chǔ)上增加改變?cè)O(shè)定值的相應(yīng)控制。這個(gè)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(gè)人計(jì)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(jì)算機(jī)屏幕上觀察和設(shè)定這個(gè)溫度曲線。這樣，會(huì)使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變得更加豐富。而且，必要時(shí)可以增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來(lái)完成這些實(shí)驗(yàn)。