PLC模拟量实验挂板原理设计

金光辉

（沈阳职业技术学院，辽宁 沈阳 110045）

1 模拟量实验挂板的简介

实验板正面设有接线用的台阶插座、按钮、开关以及声光显示和运动机构等器件。背面设为单面印刷电路板,装有实验所需的电气元件。这个实验挂板为模拟量转速控制实验板。可以进行模拟量的基本实验和转速实验。

1.1 实验挂板

实验挂板上方有两路0～5V模拟量电压信号源，有两路0～10V模拟量高精度三位半电压指示仪表。还有一块高精度三位半的计数、频率、转速仪表。实验挂板下方有直流微电机调速实验区，该电机可以直接接0～5V模拟量电压信号源进行调速（生产调试和设备验收的检验方法），也可以由PLC模拟量输出信号进行控制，根据PLC的逻辑运算结果来控制电机的转速。此电机带动圆盘旋转，通过光电开关检测元件产生脉冲信号。该脉冲信号可以接实验板上的高精度三位半的频率、转速、计数仪表，直接观察圆盘转动运行数据。频率、转速、计数表的工作电源为5V。最好在PLC上运行一个定时处理程序。以在数据溢出时，定时地经过PLC的输出点对其及时复位，使其能正常显示。

该脉冲信号还可以接到PLC高速脉冲输入端，通过PLC程序进行高速计数，以实现频率、转速的检测。检测信号与设定值相减，得到偏差信号。PLC再对这个偏差信号进行处理，转换为模拟量输出，再加载给电机，这样即构成了电机转速的闭环调节系统。这能提高电机机械特性的硬度，扩大调速范围。

使用实验板做晶体管可编程序控制器高速脉冲脉冲量输出实验时需要测量输出高速脉冲的频率，应该使用频率、转速、计数表，以便与PLC所设定输出脉冲频率数据值比较，判断实验结果。

使用频率、转速、计数表的接线图如下，由于频率、转速、计数表的测量端与工作电源共地，负极相连接，只有采用图1接线方法，而其他脉冲量的控制对象则不用受此限制。

图1 晶体管PLC

图1实验接线原理图，适合脉冲量控制对象有实验板上的频率、转速、计数表。

1.2 模拟量的基本知识

在模拟量实验前，首先要了解模拟量输入、输出信号的接线，输入、输出电压信号的性质、范围。接线要求要准确无误。接线时要注意电压的极性和范围，特别是0～5V还是0～10V，避免接错。不得将直流24V电压接到模拟量输出端口，以免将模拟量模块损坏。

模拟量信号有六种，0～5V电压信号、1～5V电压信号、-10～+10V电压信号、0～+10V电压信号、4～20mA电流信号、0～20mA电流信号。

模拟量4～20mA电流信号在工程中最为常用，其主要优点是抗干扰能力强。一般来讲，学生对电流源的理解、测量和使用，不如对电压源熟悉。所以，要在实验中对此予以训练。

模拟量4～20mA电流信号可以转换成1～5V电压信号，实现的方法很简单，用电流信号源带动一个250Ω的电阻就可以了。

模拟量的输入输出信号的种类和数据范围（图2）。

图2

要使模拟量模块正常工作，首先要求PLC运行相关的初始化程序。而初始化程序要由用户按对模拟量模块工作要求设计。另外，还要了解模拟量的数据格式及相应转换。做完实验一这个模拟量认识实验，将为后面其它的实验，打基础，做准备。将模拟量电压信号接PLC模拟量扩展单元输入端，将PLC模拟量扩展单元的输出端接上模拟量电压指示仪表，配合其他一些开关量的输入和输出信号以及脉冲量的输入信号和输出信号，就可以进行简单的模拟量基本实验。

1.3 模拟量实验的接线方法

模拟量入、模拟量出的接线示意图如图3。

图3 实验接线原理图

1.4 温度、转速的断续控制与脉冲控制

本实验板的温度与转速控制还可采用晶体管输出点控制，即采用脉冲量的PWM（也叫脉宽量占空比调节）控制技术实现，这是另一种常用的控制方式，属于脉冲量控制范畴。由于硬件上已经具备脉冲量的实验条件，我们也将这些技术收编在这里，并提供实验程序，为用户实验开发提供参考。

备注：内置电位器地址SMB28及SMB29。

2 结语

PID控制也是模拟量控制的一种方法，参数要根据经验在现场反复调试才能完成，调试时要耐心和细心。对应PID控制方法也提供了实验参考程序。温度控制的要求是多种多样的，恒温控制仅是其中的一种。许多场合，例如制药过程的温度控制，是由生物繁殖工艺要求所决定的。其温度的设定值随时间按曲线变化。因此，要在恒温控制的基础上增加改变设定值的相应控制。这个控制可用PLC程序实现，但最好还是用人机界面（触摸屏）或个人计算机加组态监控软件配合实现。因后者可在触摸屏或计算机屏幕上观察和设定这个温度曲线。这样，会使实验内容变得更加丰富。而且，必要时可以增加课程设计环节来完成这些实验。