PLC模擬量實驗掛板原理設計

金光輝

（沈陽職業技術學院，遼寧 沈陽 110045）

1 模擬量實驗掛板的簡介

實驗板正面設有接線用的臺階插座、按鈕、開關以及聲光顯示和運動機構等器件。背面設為單面印刷電路板,裝有實驗所需的電氣元件。這個實驗掛板為模擬量轉速控制實驗板，可以進行模擬量的基本實驗和轉速實驗。

1．1 實驗掛板

實驗掛板上方有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、頻率、轉速儀表。

實驗掛板下方有直流微電機調速實驗區，該電機可以直接接0～5V模擬量電壓信號源進行調速（生產調試和設備驗收的檢驗方法），也可以由PLC模擬量輸出信號進行控制，根據PLC的邏輯運算結果來控制電機的轉速。

此電機帶動圓盤旋轉，通過光電開關檢測元件產生脈沖信號。該脈沖信號可以接實驗板上的高精度三位半的頻率、轉速、計數儀表，直接觀察圓盤轉動運行數據。頻率、轉速、計數表的工作電源為5V。最好在PLC上運行一個定時處理程序，以在數據溢出時，定時地經過PLC的輸出點對其及時復位，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程序進行高速計數，以實現頻率、轉速的檢測。檢測信號與設定值相減，得到偏差信號。PLC再對這個偏差信號進行處理，轉換為模擬量輸出，再加載給電機，這樣即構成了電機轉速的閉環調節系統。這能提高電機機械特性的硬度擴大調速范圍。使用實驗板做晶體管可編程序控制器高速脈沖脈沖量輸出實驗時，需要測量輸出高速脈沖的頻率，應該使用頻率、轉速、計數表，以便與PLC所設定輸出脈沖頻率數據值比較，判斷實驗結果。使用頻率、轉速、計數表的接線圖如圖1，由于頻率、轉速、計數表的測量端與工作電源共地，負極相連接，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實驗接線原理圖，適合脈沖量控制對象有實驗板上的頻率、轉速、計數表。

1．2 模擬量的基本知識

在模擬量實驗前，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、范圍。接線要求要準確無誤。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，其主要優點是抗干擾能力強。而一般講，學生對電流源的理解、測量和使用，不如對電壓源熟悉。所以，要在實驗中對此予以訓練。

模擬量4～20mA電流信號可以轉換成1～5V電壓信號，實現的方法很簡單，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據范圍，如圖2。

圖2

要使模擬量模塊正常工作，首先要求PLC運行相關的初始化程序。而這初始化程序要由用戶按對模擬量模塊工作要求設計。另外，還要了解模擬量的數據格式及相應轉換。做完實驗一模擬量認識實驗，將為后面其它的實驗，打基礎，做準備。將模擬量電壓信號接PLC模擬量擴展單元輸入端，將PLC模擬量擴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行簡單的模擬量基本實驗。

2 模擬量實驗的接線方法

模擬量入、模擬量出的接線示意圖如圖3。

圖3 實驗接線原理圖

3 溫度、轉速的斷續控制與脈沖控制

本實驗板的溫度與轉速控制還可采用晶體管輸出點控制，即采用脈沖量的PWM（也叫脈寬量占空比調節）控制技術實現，這是另一種常用的控制方式，屬于脈沖量控制范疇。由于硬件上已經具備脈沖量的實驗條件，我們也將這些技術收編在這里，并提供實驗程序，為用戶實驗開發提供參考。

其中，內置電位器地址SMB28及SMB29。

4 結語

PID控制也是模擬量控制的一種方法，參數要根據經驗在現場反復調試才能完成，調試時要耐心和細心。對應PID控制方法也提供了實驗參考程序。

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。

其溫度的設定值隨時間按曲線變化。因此，要在恒溫控制的基礎上增加改變設定值的相應控制。這個控制可用PLC程序實現，但最好還是用人機界面（觸摸屏）或個人計算機加組態監控軟件配合實現。因后者可在觸摸屏或計算機屏幕上觀察和設定這個溫度曲線。這樣，會使實驗內容變得更加豐富。而且，必要時可以通過增加課程設計環節來完成這些實驗。