PLC模拟控制技术：全面讲解与实践

PLC也可以采用模拟控制在传感器和输出装置之间传输信息，例如风速传感器和偏航电动机。模拟的意思是指过程变量，例如电动机位置，可以是0°～360°之间的任意值。低速轴的速度传感器可以测量0～100r/min之间的任何值，另外还有可以测量高速轴速度的传感器。举例来说明，假定一个转轴的最高速度是3600r/min，在任意时刻表示转轴速度的量值都应该在0～3600r/min之间，这两个值分别称作最大和最小模拟值，这种控制也叫作0～100%控制。实际上，风力发电机中的过程变量都可以由最小值和最大值之间的数值来表征。举一个日常生活中的例子，比如灯的开关：如果开关闭合，灯就会亮；如果开关断开，灯就会灭掉。这是一个通断控制的例子。如果这盏灯有一个调光开关，就可以把它当作模拟控制的例子：可以把调光器放在1/4的位置上，这样就有25%的亮度；还可以调节调光器使灯有50%的亮度。事实上，我们可以调节调光器使它在最大和最小值之间任意变化。模拟控制的另外一个例子就是厨房水槽上的水阀：可以把水阀稍微打开一点、半开或是全开，而这取决于想从水龙头里取得水量的多少。

在模拟系统里，可用百分数来描述控制行为，有时还可以使用实际数值，如转速值或液压值。在PLC系统中一般使用电压或电流来控制这些参数，因此有必要讨论一下模拟系统中常用的电压和电流范围。表5-1展示了风力发电系统中最常用的电压和电流信号，表中也说明了PLC的值是12bit的，也就是在0～4095之间。可以看到电压的范围在0～10V之间，电流的范围是4～20mA。在这些范围中，0～10V的范围使人们很容易利用最大值10来计算百分数。同时，注意到4～20mA的范围没有从0开始，但仍然可以把它视为一个最大-最小模拟系统。此处所述的4～20mA系统是测试仪器中最常用的，它从4mA开始，而不是从0开始，所以它可以指示系统发生断线或开路的故障。如果采用0值，当系统处于最小工作点和发生开路故障的时候都将表现为0值，这将很难决定是哪个条件引起了0值。当取4mA作为最小值时，工程师可以迅速地判断出究竟是由于系统处于最小工作点而指示的4mA，还是由于系统断线而指示的0mA。因为断线和开路是测量系统中最常见的问题，所以4～20mA在模拟控制系统中得到了广泛的应用。在本章的后面，可以看到模拟信号在液压系统中应用的例子。

表5-1 电流、电压和发电机转速的模拟值

PLC一般具有模拟量输入、输出模块。一个模拟输入模块允许各种模拟值来表示警报输入、从传感器传出的风速与风向、发电机产生的电压和电流等信号。这些模拟信号对应的电压、电流通常在最大和最小值之间变化。模拟电压信号一般为0～10V，模拟电流信号一般为4～20mA。PLC的模拟输入模块一般使用二、四、或八通道来读取信号，这也意味着从风速传感器和风向传感器传出的电压信号可以和不同的通道相连接。风速传感器和它能测量的最大值是匹配的，例如风速传感器可以这样标准化：当风速为100mile/h的时候，传感器送出10V的电压信号；当风速为50mile/h的时候，传感器送出5V的电压信号；当风速为25mile/h的时候，传感器送出2.5V的电压信号。模拟信号的主要特征是0～10V之间的电压信号可以和0～100mile/h之间的任一数值相对应。模拟系统的分辨率接近0.1V左右。(www.xing528.com)

风速传感器的模拟输入信号可以用来调整叶片节距，当叶片转速太快的时候，它还可以用来判断是否向低速和高速轴投入制动器。另外，当风速高于75mile/h或80mile/h的时候，传感器信号还可以用来指示报警情况。模拟输入信号有这样一个良好特性：一旦经过测量并被写入PLC模拟输入模块，就可以用作多种用途。

由于模拟值是一个数值，它适用大于、小于、等于这些比较功能，其他一些如计算平均值等数学函数功能可以使测量值更准确。

模拟信号可以用于闭环计算，最后得到一个模拟输出值。例如，如果转子或低速轴转动太快的话，模拟输出信号可以作用于液压系统使其起动制动器实现制动。模拟值变大时液压系统产生更大的作用力，从而快速降低转轴的速度。从PLC中送出的模拟信号可以是0～10V的电压信号或是4～20mA的电流信号。