一種可攜式PLC實驗儀及系統的製作方法

2023-04-26 13:55:01

本實用新型涉及實驗設備技術領域，具體而言，涉及一種可攜式PLC實驗儀及系統。

背景技術：

可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)的引進、應用、研製、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了PLC，接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。當前我國自己已可以生產中小型的PLC設備。

目前高校內使用的PLC實驗儀的電源需求為1.5kVA，設備體積大而笨重，價格昂貴，所佔空間大，只能安放在實驗室內，師生完成實驗局限於實驗室內，不能攜帶PLC實驗儀隨時隨地進行實驗。PLC實驗儀I/O接口少，不能滿足實驗需求。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種可攜式PLC實驗儀。所述攜式PLC實驗儀擴展了I/O接口，增加了電源模塊，以改善上述問題。

本實用新型的另一目的在於提供一種所述可攜式PLC實驗儀的系統。所述系統功能多，安全性高，可靠性強。

本實用新型較佳實施例提供一種可攜式PLC實驗儀。所述可攜式PLC實驗儀包括：

實驗儀本體。

設置在所述實驗儀本體上的功能面板。

設置在所述實驗儀本體內的PLC單元。

設置在所述功能面板上的基本指令顯示單元、數碼顯示單元、基本指令輸入單元和功能擴展單元。其中，所述基本指令輸入單元與所述PLC單元連接，用於生成輸入開關量，作為所述PLC單元的輸入信號。所述PLC單元根據所述輸入信號輸出包含高電平或低電平的輸出信號。所述基本指令顯示單元與所述PLC單元連接，用於根據所述輸出信號點亮或熄滅。所述數碼顯示單元與所述PLC單元相連接，用於根據所述輸出信號顯示對應的數值。所述功能擴展單元與所述PLC單元相連接，包括用於為外部設備提供電源的直流電源插孔和接地插孔。

所述功能面板上設置有多個用於將所述基本指令顯示單元、數碼顯示單元、基本指令輸入單元、功能擴展單元與所述PLC單元連接起來的連接端子。

為所述可攜式PLC實驗儀提供電能的電源模塊，所述電源模塊包括電源接口和充電電池。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述基本指令輸入單元包括自復位按鈕和鈕子開關，所述自復位按鈕和鈕子開關與電源連接，所述自復位按鈕和鈕子開關用於接收用戶開關輸入生成模擬信號，作為所述輸入信號輸送至所述PLC單元。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述自復位按鈕、鈕子開關與所述電源模塊之間串聯有防過流電阻。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述基本指令顯示單元包括多個根據所述輸出信號點亮或熄滅的發光二極體。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述數碼顯示單元包括根據所述輸出信號顯示數碼信息的數碼管。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述PLC單元包括：

用於將所述輸入信號中的高電平轉換為低電平的輸入電平轉換子單元。

與所述輸入電平轉換子單元相連接，用於分析所述輸入信號並生成所述輸出信號的處理子單元。

與所述處理子單元相連接，用於將所述輸出信號中的低電平轉換為高電平的輸出電平轉換子單元。

進一步地，上述PLC單元在所述輸出信號滿足預設報警條件時生成報警信號，所述數碼顯示單元還包括：

用於根據所述報警信號發出聲音提醒的蜂鳴器。

用於根據所述報警信號閃爍的報警閃爍燈。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述功能擴展單元包括電源開關、USB通訊口、電壓表。

進一步地，上述可攜式PLC實驗儀中的所述連接端子為香蕉插座。

本實用新型的較佳實施例還提供一種可攜式PLC實驗儀系統，所述可攜式PLC實驗儀系統包括上述可攜式PLC實驗儀。

本實用新型提供的可攜式PLC實驗儀與現有的PLC實驗儀相比，所述可攜式PLC實驗儀方便攜帶、造價低廉。所述可攜式PLC實驗儀自帶直流電源，一次充電可以長時間使用。所述可攜式PLC實驗儀適用範圍廣泛，既可以適合各類中高職院校的實訓教學、也可以適合各類師生的工程實踐教學、同時更適合各類技能競賽或技能考核。師生可以人手一臺，打破以往實驗時必須固定在實驗室進行操作的局限，師生可以攜帶所述可攜式PLC實驗儀隨時隨地的進行實驗操作。所述可攜式PLC實驗儀擴展I/O接口，加強了PLC課程的實踐教學效果；增加了功能擴展單元，可以通過插接不同功能的實驗單元，擴展實驗儀的功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種可攜式PLC實驗儀的模塊示意圖。

圖2為本實用新型實施例提供的一種可攜式PLC實驗儀的功能面板示意圖。

圖3為本實用新型實施例提供的一種可攜式PLC實驗儀的電平轉化電路連接示意圖。

圖4為本實用新型實施例提供的一種可攜式PLC實驗儀的基本指令顯示單元電路連接示意圖。

圖5為本實用新型實施例提供的一種可攜式PLC實驗儀的基本指令輸入單元電路連接示意圖。

圖標：100-可攜式PLC實驗儀；110-功能面板；111-基本指令顯示單元；112-數碼顯示單元；1121-蜂鳴器；1122-報警閃爍燈；113-基本指令輸入單元；1131-自復位按鈕；1132-鈕子開關；114-功能擴展單元；1141-電源開關；1142-USB通訊口；1143-電壓表；115-連接端子；120-PLC單元；121-輸入電平轉換子單元；122-處理子單元；123-輸出電平轉換子單元；130-電源模塊。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

請參照圖1，本實用新型的實施例提供一種可攜式PLC實驗儀100。所述可攜式PLC實驗儀100包括實驗儀本體。在所述實驗儀本體上設置有功能面板110。在所述實驗儀本體內設置有PLC單元120。

在所述功能面板110上設置有基本指令顯示單元111、數碼顯示單元112、基本指令輸入單元113和功能擴展單元114。

為所述可攜式PLC實驗儀100提供電能的電源模塊130，所述電源模塊130包括電源接口和充電電池。

具體地，所述基本指令輸入單元113與所述PLC單元120連接，用於生成輸入開關量，作為所述PLC單元120的輸入信號。所述PLC單元120根據所述輸入信號輸出包含高電平或低電平的輸出信號。所述基本指令顯示單元111與所述PLC單元120連接，用於根據所述輸出信號點亮或熄滅。所述數碼顯示單元112與所述PLC單元120相連接，用於根據所述輸出信號顯示對應的數值。所述數碼顯示單元112可以設計成兩路數碼顯示器，兩路數碼顯示器可以獨立顯示不同的數據信息。所述功能擴展單元114與所述PLC單元120相連接，包括用於為外部設備提供電源的直流電源插孔和接地插孔。若需做擴展實驗時，只需將實驗模塊插入已設計好的插孔內就可進行實驗。

在本具體實施例中，所述可攜式PLC實驗儀100是基於PLC單板機而設計的，該設計減小了實驗儀本體體積，減輕了所述可攜式PLC實驗儀100的重量，也減少了製作成本。為方便攜帶，本申請實施例中的實驗儀本體可以製成箱式，具體尺寸可以根據實際情況確定。電源模塊130中的充電電池可以提供24V直流電源，使所述可攜式PLC實驗儀100可以在沒有外部電源供應的情況下使用。並可以在使用完畢後進行充電，以方便下次實驗使用。

請參照圖1，在本具體實施例中，所述可攜式PLC實驗儀100中的所述PLC單元120包括：用於將所述輸入信號中的高電平轉換為低電平的輸入電平轉換子單元121；與所述輸入電平轉換子單元121相連接，用於分析所述輸入信號並生成所述輸出信號的輸入電平轉換子單元121；與所述輸入電平轉換子單元121相連接，用於將所述輸出信號中的低電平轉換為高電平的輸出電平轉換子單元123。

請參照圖2，在本具體實施例中，輸入電平轉換子單元121可以是隔離型20路繼電器控制模塊，輸入電平轉換子單元121可以是型號為STLK-CPU226的PLC單板機，輸出電平轉換子單元123可以是隔離型16路繼電器控制模塊。可以以一路高-低-高電平信號轉化為例，進行詳細說明：將隔離型20路繼電器控制模塊的光電離晶片公共端XM接地，DC+接電源正極，DC-接地，常開觸頭斷開觸頭接地，公共觸頭與PLC單元120的輸入口I0.0連接，當基本指令輸入單元113的I0.0輸入一個高電平信號時，所對應的K1繼電器吸合，此時輸入電平轉換子單元121將輸出一個低電平，信號送達PLC單板機的I0.0輸入口，通過PLC單板機，在PLC單板機I0.0所對應的Q0.0輸出一個低電平信號，將該低電平信號送至隔離型16路繼電器控制模塊的X1輸入口(此時所述隔離型16路繼電器控制模塊的光電隔離晶片公共端XM接電源正極、DC+接電源正極、DC-接電源負極，常開觸頭接實驗儀電源正極，公共觸頭與PLC單元120的輸出口Q0.0連接)此時16路繼電器控制模塊所對應的繼電路K1吸合，輸出端輸出一個高電平信號。經過以上過程完成高低高電平的轉換。

請參照圖3，在本具體實施例中，所述功能面板110上設置有多個用於將所述基本指令顯示單元111、數碼顯示單元112、基本指令輸入單元113、功能擴展單元114與所述PLC單元120連接起來的連接端子115。所述功能面板110上的連接端子115較多，為了更好的區分各個模塊的功能，可以在功能面板110上印上一些對應功能的字樣，例如「數碼顯示單元」、「基本指令顯示單元」等字樣，還可以對連接端子115進行標號或標註，方便識別與連接。

本具體實施例中的連接端子115可以是香蕉插座，利用連接導線可以將不同的單元連接起來。

基本指令輸入單元113可以包括自復位按鈕1131和鈕子開關1132，所述自復位按鈕1131和鈕子開關1132與電源連接，所述自復位按鈕1131和鈕子開關1132用於接收用戶開關輸入生成模擬信號，作為所述輸入信號輸送至所述PLC單元120。

自復位按鈕1131和鈕子開關1132的數量可以根據實際情況確定，每個自復位按鈕1131和鈕子開關1132可以對應一個香蕉插座，通過連接相應的香蕉插座可以將自復位按鈕1131或鈕子開關1132接入到電路中。香蕉插座的型號可以根據具體情況而定，例如可以用插孔內徑為2毫米的香蕉插座。

通過對自復位按鈕1131或鈕子開關1132的開關量來模擬現場信號，將輸入的開關量經PLC單元120計算分析輸出相應的信號。以鈕子開關1132輸入為例說明其功能：將基本指令輸入單元113的某一連接端子115通過導線與PLC單元120的輸入口連接，通過控制鈕子開關1132輸入一個電平信號，經PLC分析計算即可輸出相應的電平信號。

請參照圖4，在本具體實施例中，為了防止電路中的過電流造成器件損壞，在所述自復位按鈕1131、鈕子開關1132與所述電源之間串聯有防過流電阻。防過流電阻阻值可以是2kΩ，在每一個自復位按鈕1131與電源模塊130之間、每個鈕子開關1132和電源模塊130之間均可以設置防過流電阻。

請參照圖5，在本具體實施例中，所述基本指令顯示單元111可以包括多個根據所述輸出信號點亮或熄滅的發光二極體。發光二極體的數量可以根據實際需要確定，每個發光二極體都連接有一個連接端子115，通過連接對應的連接端子115，可以將發光二極體接入到電路中。通過發光二極體的亮滅表示輸出信號中的高電平或低電平。在輸出信號是高電平時，發光二極體發光，在輸出信號是低電平時不發光。

具體地，發光二極體內阻很小，需要外加限流電阻用來防止過電壓、過電流、過熱對發光二級管帶來的損害。發光二級管限流電阻R的可以通過限流公式計算：

R＝(Vcc-Vp×N)÷I

例如，普通紅色發光二級管壓降為2.0-2.2V，工作時通過的最大電流一般為10-20mA。PLC單元120輸出端電壓為Vcc為24V、發光二級管的壓降Vp取2.2V、通過的最大電流I取10mA，串聯發光二級的個數N取1，可以計算出所需要的限流電阻為2.2kΩ。可以根據計算結果在每個二級管電路上串聯一個2.2kΩ的限流電阻，其限流電阻的阻值也可以是滿足上述條件的其他阻值。

在本具體實施例中，所述數碼顯示單元112包括根據所述輸出信號顯示數碼信息的數碼管。通過數碼管可以直接顯示相應數值。所述數碼管可以是型號為1106AS的LED數碼管。

具體地，所述LED數碼管的電路由顯示解碼單元、電源轉化單元、數碼管顯示輸出單元和輸入單元四部分構成。所述顯示解碼單元可以是CD4511顯示解碼器。因所述可攜式PLC實驗儀100的電源電壓為24V，CD4511顯示解碼器的工作電壓為3-18V，需要加一個電源轉化單元，將24V降為12V為CD4511顯示解碼器供電。電源轉化單元可以採用型號為LM2576-12的降壓型開關穩壓電源控制器。

電源轉化單元需要四個外圍元件。第一外圍元件：為了減少輸入瞬態電壓、為LM2576-12在每次開關時提供瞬態電流，在1引腳上接入一個旁路電容，電容值一般可以大於或等於100μF。第二外圍元件：為對輸出進行濾波以及提高環路的穩定性，可以在LM2576-12的輸出端連接一個輸出電容，該電容的耐壓值一般為大於額定輸出電壓的1.5-2倍。

第三外圍元件：為關斷時的電感電流提供迴路，在輸出端可以連接一個續流二極體，二極體的額定電流值一般大於最大負載電流的1.2倍，考慮到短路問題，二極體的額定電流值還應大於LM2576-12最大電流的限制值。二極體的反向電壓一般應大於最大輸入電壓的1.25倍，所述二極體可以為肖特基1N5822二極體(具有開關速度快、正向壓降小的特點)。第四外圍元件：開關調節器都有兩種基本的工作方式，即連續型和非連續型。兩者之間的區別主要在於流過電感的電流不同，即電感電流若是連續的則稱為連續型，若電感電流在一個開關周期內降到零則為非連續型。每一種工作模式都可以影響開關調節器的性能和要求。當負載電流下，連續型工作模式具有好的工作特性且能提供較大的輸出功率、較小的峰峰值電流和較小的紋波電壓。可以根據電壓微妙常數和負載電流曲線來確定具體的電感值。

以一個LED數碼管的電路原理做一舉例說明。CD4511顯示解碼器具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段解碼及驅動功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅動LED顯示器，接線簡單等優點。CD4511顯示解碼器的四個輸入端(D、C、B、A)與板面上的輸入端(D1、C1、B1、A1)對應連接，CD4511顯示解碼器輸出端(a1-g1)經限流電阻與數碼管的輸入端(a-g)對應連接，LT、BI引腳接高電平，LE引腳接地。數碼管所能通過的電流可以為10-20mA，實驗表明，10mA的電流通過時數碼管的亮度以滿足我們的要求，由於CD4511顯示解碼器輸出電壓是12V，所以得需用一個限流電阻，根據上述限流公式計算。其中Vcc表示CD4511輸出電壓，Vf表示每一段數碼管的壓降，N表示數碼管的個數，I表示能通過的電流，經計算需要1kΩ的限流電阻。實驗表明，CD4511的四位輸入端在懸空時顯示為高電平，數碼管顯示「日」；連接接地分壓電阻，以在輸入端DCBA懸空的情況下為低電平，數碼管顯示「0」。

所述LED數碼管的電路的輸入單元可以採用兩種輸入方式，一種是上述利用CD4511顯示解碼器的8421BCD碼的輸入方式；另外一種是直接控制方式，七段數碼管的七個輸入端(a-g)對應連接板面上的輸入端(a1-g1)，可以加上一個2.2K的限流電阻(以免電流過大對數碼管產生損壞)，當輸入端(a1-g1)中有埠通電，那麼與通電的埠對應的LED數碼管就被點亮。

在本具體實施例中，所述可攜式PLC實驗儀100中的所述基本指令顯示單元111包括多個根據所述輸出信號點亮或熄滅的發光二極體。

具體地，所述基本指令顯示單元111的功能是將經PLC單元120計算分析後的結果通過發光二級管的亮滅直觀地表示出來。例如：PLC單元120的輸出口Q0.0經導線連接至所述基本指令顯示單元111的Q0.0，PLC單元120將基本指令輸入單元113輸入的開關量加以計算分析，通過PLC單元120的輸出口Q0.0輸出相應的電平信號傳至基本指令顯示單元111的Q0.0，通過發光二極體的亮滅體現結果(輸出電平信號為高電平二極體發光、低電平時不發光)。

請參照圖1，在本具體實施例中，所述PLC單元120在所述輸出信號滿足預設報警條件時生成報警信號，所述數碼顯示單元112還包括：用於根據所述報警信號發出聲音提醒的蜂鳴器1121；用於根據所述報警信號閃爍的報警閃爍燈1122。

具體的，通過聲音和閃爍光提醒師生實驗出現故障，其故障可以是外接的實驗連接電路的故障，也可以是所述可攜式PLC實驗儀100內部故障，其主要原因為一般為過電流、過電壓。PLC單元120可以擴展並接上用於檢測電路中的過電流或過電壓的互感器。當電路產生過電流或過電壓時，發出警報信號，並使蜂鳴器1121發聲與報警閃爍燈1122閃爍中至少出現一種報警提示。

請參照圖1，在本具體實施例中，所述可攜式PLC實驗儀100中的所述功能擴展單元114包括電源開關1141、USB通訊口1142、電壓表1143。

具體地，所述電源開關1141可以為電源雙擲開關。例如，將雙擲開關按至放電側，即對可攜式PLC實驗儀100供電；將雙擲開關按至充電側時，即對直流電源充電；當雙擲開關置於中間位置時既不充電也不放電。USB通訊口1142，通過數據線與USB通訊口1142連接，可以對PLC單板機進行程序下載。電壓表1143可以是雙路電壓表1143，用於監視逆變電源輸出電壓和實驗儀配備的可充電電池電壓。

綜上所述，本實用新型提供的可攜式PLC實驗儀與傳統的PLC實驗儀相比，所述可攜式PLC實驗儀體積小、重量輕方便攜帶、造價低廉。所述可攜式PLC實驗儀自帶直流電源，一次充電可以長時間使用。所述可攜式PLC實驗儀適用範圍廣泛，既可以適合各類中高職院校的實訓教學、也可以適合各類師生的工程實踐教學、同時更適合各類技能競賽或技能考核。師生可以人手一臺，打破以往實驗時必須固定在實驗室進行操作的局限，師生可以攜帶所述可攜式PLC實驗儀隨時隨地的進行實驗操作。所述可攜式PLC實驗儀擴展I/O接口，加強了PLC課程的實踐教學效果；增加了功能擴展單元，通過插接不同功能的實驗單元，擴展實驗儀的功能。增加的用於報警的閃爍燈和蜂鳴器，提高了所述可攜式PLC實驗儀及其系統的安全性和可靠性。

另外，在本實用新型各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨立的部分，也可以是各個模塊單獨存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨立的部分。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。