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PLC輸入/輸出點(diǎn)的合理使用及擴展方法
在設計一個(gè)PLC控制系統時(shí)，可能會(huì )遇到PLC輸入輸出點(diǎn)數不足的問(wèn)題，在不增加PLC配置的情況下，除利用外部資源通過(guò)硬件實(shí)現PLC點(diǎn)數的擴展，還可利用PLC的內部資源通過(guò)編程即軟件來(lái)實(shí)現PLC點(diǎn)數的擴展。下面是小編收集整理的PLC輸入/輸出點(diǎn)的合理使用及擴展方法，希望大家喜歡。
PLC輸入/輸出點(diǎn)的合理使用及擴展方法 篇1
摘要：本文敘述了作者在技工學(xué)校的PLC實(shí)訓教學(xué)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，因受學(xué)校所現有型號的PLC限制，造成了學(xué)生在進(jìn)行PLC控制技術(shù)實(shí)操訓練時(shí)，由于PLC的輸入／輸出（I/O）點(diǎn)數不夠而無(wú)法實(shí)現一些較復雜的控制過(guò)程的設計，影響學(xué)生實(shí)訓效果的現實(shí)情況，作者通過(guò)研讀有關(guān)資料，結合本人的對可編程序控制器的使用經(jīng)驗，總結出幾種常用的合理使用PLC輸入/輸出（I/O）點(diǎn)及擴展輸入/輸出（I/O）點(diǎn)的方法及其意義。
關(guān)鍵詞：技工學(xué)校 實(shí)訓教學(xué) PLC 合理使用 擴展 輸入/輸出點(diǎn)
論文內容
在PLC的教學(xué)實(shí)踐中經(jīng)常碰到I/O點(diǎn)數不夠的問(wèn)題，若通過(guò)增加擴展來(lái)解決，則需要較大的經(jīng)濟投入，甚至由于可擴展的I/O點(diǎn)數有限以及擴展單元無(wú)法安裝等原因而無(wú)法通過(guò)增加擴展來(lái)解決。因此，在滿(mǎn)足控制系統要求的前提下，合理使用I/O點(diǎn)，盡量減少所需的I/O點(diǎn)數，這不僅可以降低PLC控制系統的硬件成本，還可以解決PLC擴展I/O點(diǎn)數的問(wèn)題，提高學(xué)生靈活應用PLC的I/O點(diǎn)數進(jìn)行程序設計有很大的意義。
�。ㄒ唬┕澥≥斎朦c(diǎn)數的方法
一般認為輸入點(diǎn)數是按系統輸入信號的數量來(lái)確定的。但在實(shí)際應用中，通過(guò)以下措施可達到節省PLC輸入點(diǎn)數的目的，下面以FX1N系列PLC來(lái)介紹。
�。�1）分組輸入 如圖1所示，系統有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種工作方式。用X000來(lái)識別使用“自動(dòng)”還是“手動(dòng)”操作信號，“手動(dòng)”時(shí)的輸入信號為SB0～SB3，“自動(dòng)”時(shí)的輸入信號為S0～S3，如果按正常的設計思路，那么需要X000～X007一共8個(gè)輸入點(diǎn)，若按圖1的方法來(lái)設計，則只需X001～X004一共4個(gè)輸入點(diǎn)。圖中的二極管用來(lái)切斷寄生電路。如果圖中沒(méi)有二極管，系統處于自動(dòng)狀態(tài)，SB0、SB1、S0閉合S1斷開(kāi)，這時(shí)電流從COM端子流出，經(jīng)SB0、SB1、S0形成寄生回路流入X000端子，使輸入位X002錯誤地變?yōu)镺N。各開(kāi)關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯誤的產(chǎn)生。但使用該方法應考慮輸入信號強弱。
圖1 分組輸入
�。�2）矩陣輸入 如圖2所示為4×4矩陣輸入電路，它使用PLC的四個(gè)輸入點(diǎn)（X000～X003）和四個(gè)輸出點(diǎn)（Y000～Y003）來(lái)實(shí)現16個(gè)輸入點(diǎn)的功能，特別適合PLC輸出點(diǎn)多而輸入點(diǎn)不夠的場(chǎng)合。當Y000導通時(shí)，X000～X003接受的是Q1～Q4送來(lái)的輸入信號；當Y001導通時(shí)，X000～X003接受的是Q5～Q8送來(lái)的輸入信號；當Y002導通時(shí)，X000～X003接受的是Q9～Q12送來(lái)的輸入信號；當Y003 導通時(shí)，X000～X003接受的是Q13～Q16送來(lái)的輸入信號。將Y000的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號Q1～Q4；將Y1的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號Q5～Q8；將Y002的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號Q9～Q12；將Y003的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號Q13～Q16。
圖2 矩陣輸入
使用時(shí)應注意的是除按圖2進(jìn)行接線(xiàn)外，還必須有對應的軟件來(lái)配合，以實(shí)現Y000～Y003輪流導通；同時(shí)還要保證輸入信號的寬度應大于Y000～Y003輪流導通一遍的時(shí)間，否則可能丟失輸入信號。該方法的缺點(diǎn)是使輸入信號的采樣頻率降低為原來(lái)的三分之一，而且輸出點(diǎn)Y000～Y003不能再使用。
�。�3）組合輸入 對于不會(huì )同時(shí)接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。如圖3所示，三個(gè)輸入信號SB0～SB2只占用兩個(gè)輸入點(diǎn)，M0～M2圖3 組合輸入
分別代表SB0～SB2。
�。�4）輸入設備多功能化 在傳統的繼電控制系統中，一個(gè)主令（按鈕、開(kāi)關(guān)等）只產(chǎn)生一種功能的信號。在PLC控制系統中，一個(gè)輸入設備在不同的條件下可產(chǎn)生不同的信號，如一個(gè)按鈕既可用來(lái)產(chǎn)生啟動(dòng)信號，又可用來(lái)產(chǎn)生停止信號。如圖4所示，只用一個(gè)按鈕通過(guò)X000去控制Y000的“通”與“斷”。即第一次接通X000時(shí)Y000“通”再次接通X000時(shí)Y000“斷”。
圖4 用一個(gè)按鈕控制的啟動(dòng)、保持、停止電路
�。�5）輸入觸點(diǎn)的合并 將某些功能相同的開(kāi)關(guān)量輸入設備合并輸入（常閉觸點(diǎn)串聯(lián)輸入、常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)輸入）。一些保護電路和報警電路常常采用此法。
如果外部某些輸入信號總是以某種“與或非”組合的整體形式出現在梯形圖中，可以將它們對應的某些觸點(diǎn)在可編程序控制器外部串并聯(lián)后作為一個(gè)整體輸入可編程序控制器，只占可編程序控制器的一個(gè)輸入點(diǎn)。
例如某負載可在多處啟動(dòng)和停止，可以將多個(gè)啟動(dòng)信號并聯(lián)，將多個(gè)停止信號串聯(lián)，分別送給可編程序控制器的兩個(gè)輸入點(diǎn)，如圖5所示。與每一個(gè)啟動(dòng)信號和停止信號占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方法相比，不僅節約了輸入點(diǎn)，還簡(jiǎn)化了梯形圖電路。
圖5 輸入觸點(diǎn)的合并
�。�6）某些輸入信號不進(jìn)入PLC 系統中有些信號功能簡(jiǎn)單、涉及面窄，如圖6中的手動(dòng)按鈕、過(guò)載保護的熱繼電器觸點(diǎn)等，有時(shí)就沒(méi)有必要作為PLC的輸入，將它們設計在PLC外圍的硬件電路中同樣可以滿(mǎn)足控制要求。如果外部硬件電路過(guò)于復雜，則應考慮仍將有關(guān)信號送入可編程序控制器，圖6 輸入信號設在PLC外部
用梯形圖來(lái)實(shí)現連鎖。
�。�7）利用RUN口 大多PLC有RUN口，而且只有該口接通（RUN到COM之間用導線(xiàn)短接）時(shí)，PLC才能運行，因此，可將某些輸入信號送入RUN口。在進(jìn)行電梯控制系統的設計時(shí)，曾將電梯牽引電動(dòng)機進(jìn)行過(guò)載保護的熱繼電器常閉觸點(diǎn)、安全窗開(kāi)關(guān)的'常開(kāi)觸點(diǎn)、安全鉗開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)、上下限位開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)等串入到RUN口到COM之間的連線(xiàn)上。當出現牽引電動(dòng)機過(guò)載、安全窗被打開(kāi)、安全鉗動(dòng)作及沖頂和沉底等故障情況時(shí)，RUN口被切斷，PLC停止運行，既保證了電梯和乘客的安全，又可以督促維修人員進(jìn)行維修。這樣做有以下兩點(diǎn)好處，一是牽引電動(dòng)機過(guò)載、安全窗被打開(kāi)等故障信號不送到PLC內，也就不占用PLC的輸入口；二是不通過(guò)軟件實(shí)現保護，可以簡(jiǎn)化控制程序。
�。ǘ┕澥≥敵鳇c(diǎn)數的方法
�。�1）分組輸出 如圖7所示，當兩組負載不會(huì )同時(shí)工作時(shí)，可通過(guò)外部轉換開(kāi)關(guān)或受PLC控制的電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換，使PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)不同時(shí)工作的負載。
圖7 分組輸出
�。�2）矩陣輸出 如圖8所示為4×4矩陣輸出電路，用8個(gè)輸出點(diǎn)可控制16個(gè)負載。要使某個(gè)負載接通工作，只要它所在的行與列對應的輸出繼電器接通即可。例如，當Y010與Y004同時(shí)接通時(shí)，KM1得電吸合。應當注意的是：當只有某一行對應的輸出繼電器接通，各列對應的輸出繼電器才可以任意接通；或者當只有某一列對應的輸出繼電器接通，各行對應的輸出繼電器才可以任意接通。否則將會(huì )錯誤接通負載。因此，采用矩陣輸出時(shí)，必須將同一時(shí)間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否則將無(wú)法控制。
圖8 矩陣輸出
�。�3）并聯(lián)輸出 通斷狀態(tài)完全相同的負載，可以并聯(lián)后共用PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)（要考慮PLC輸出點(diǎn)的負載驅動(dòng)能力）。例如PLC控制的交通信燈，
對應方向（東與西對應、南與北對應）的燈通斷規律完全相同，將對應的燈并聯(lián)后可以節省一半的輸出點(diǎn)。
�。�4）負載多功能化 一個(gè)負載實(shí)現多種用途。例如，在傳統的繼電控制系統中，一個(gè)指示燈只指示一種狀態(tài)。在PLC控制系統中，利用PLC的軟件很容易實(shí)現利用一個(gè)輸出點(diǎn)控制指示燈的常亮和閃亮，這樣就可以利用一個(gè)指示燈表示兩種不同的信息，從而節省PLC的輸出點(diǎn)。
�。�5）某些輸出信號不進(jìn)入PLC 系統中某些相對獨立、比較簡(jiǎn)單的部分可以考慮不用PLC來(lái)控制，直接采用繼電器控制即可。
�。�6）利用輸出點(diǎn)擴展輸出點(diǎn) 與利用輸出點(diǎn)擴展輸入點(diǎn)相似，也可以用輸出點(diǎn)分時(shí)控制一組輸出點(diǎn)的輸出內容。例如：在輸出端口上接有多位LED7段碼顯示器時(shí)，如果采用直接連接，所需的輸出點(diǎn)是很多的。這時(shí)可使用圖9的電路利用輸出點(diǎn)的分時(shí)接通逐個(gè)點(diǎn)亮多位LED7段碼顯示器。
在圖9所示的電路中，CD4513是具有鎖存、譯碼功能的專(zhuān)用共陰極7圖9 輸出口擴展輸出口
段碼顯示器驅動(dòng)電路，兩只CD4513的數據輸入端A～D共用可編程序控制
器的4個(gè)輸入端，其中A為最低位，D為最高位。LE端是鎖存使能輸入端，在LE信號的上升沿將數據輸入端的BCD數據鎖存在片內的寄存器中，并將該數譯碼后顯示出來(lái)，LE為低電平時(shí)，顯示器的數不受數據輸入信號的影響。顯然，N位顯示器所占用的輸出點(diǎn)P=4+N。圖9中Y004及YOO5分別接通時(shí)，輸出的數據分別送到上下兩片CD4513中。
�。ㄈ┙Y束語(yǔ)
上述合理使用PLC輸入／輸出點(diǎn)及擴展PLC輸入／輸出點(diǎn)的方法，應用于技工學(xué)校的實(shí)習教學(xué)實(shí)踐中，可以有效的解決由于PLC的I/O點(diǎn)數不夠，而無(wú)法實(shí)現一些較復雜的控制過(guò)程的程序設計，影響學(xué)生學(xué)習效果的問(wèn)題，充實(shí)了電工、電氣、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓課題，提高了學(xué)生的邏輯思維能力和動(dòng)手能力，收到較好的效果。但在應用時(shí)一定要對PLC控制系統進(jìn)行具體的分析，選擇其中最簡(jiǎn)單、最有效的方式，并注意有些方法要在軟件上進(jìn)行配合才能實(shí)現。
PLC輸入/輸出點(diǎn)的合理使用及擴展方法 篇2
在可編程控制系統的實(shí)際應用中，為了提高PLC系統的可靠性，減少PLC控制系統的造價(jià)在設計PLC控制系統或對老的設備進(jìn)行改造時(shí)，經(jīng)常會(huì )遇到輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)數量不夠而需要擴展的問(wèn)題，可以增加I/O擴展單元或I/O擴展模塊這種增加硬件配置的方法來(lái)解決。但這樣會(huì )提高成本、增大安裝體積，在需要增加點(diǎn)不多的情況下，可以通過(guò)對輸入輸出信號的處理來(lái)節省PLC的輸入輸出點(diǎn)數，使問(wèn)題得以解決。
減少輸入點(diǎn)數的方法
1、觸點(diǎn)合并輸入擴展法
通過(guò)修改外部的電路先將具有相同功能的幾個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)，用合并的輸入方法與PLC相連，作為PLC的輸入信號，這樣可以有效地減少占用PLC的輸入點(diǎn)數。在串聯(lián)時(shí)，任意一個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)都有效，串聯(lián)時(shí)幾個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)同時(shí)閉合有效。
一般情況下對設備進(jìn)行控制時(shí)都有很多保護開(kāi)關(guān)，任何一個(gè)觸點(diǎn)動(dòng)作設備都要停止運行，因此在設計時(shí)將這些開(kāi)關(guān)串聯(lián)在一起，只用PLC的一個(gè)輸入點(diǎn)。如圖1所示。若對輸入的不采用任何合并措施將會(huì )占用PLC的6個(gè)輸入點(diǎn)，通過(guò)觸點(diǎn)合并輸入擴展法處理后將只占用2個(gè)輸入點(diǎn)，減少了4個(gè)，而且梯形圖程序也得到了簡(jiǎn)化。
2、分頻電路擴展法
通過(guò)PLC的編程，可以達到用單按鈕來(lái)控制程序，如電動(dòng)機的起�？刂�，是電動(dòng)機只通過(guò)一個(gè)按鈕來(lái)實(shí)現，節省PLC的點(diǎn)數，而且減少了外部按鈕極其接線(xiàn)。
如圖2所示，將單按鈕接入PLC的X0端，在第一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，M0產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖輸出，使M0的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作接通，Y0線(xiàn)圈接通并保持，是電動(dòng)機起動(dòng)并運行，當第二個(gè)脈沖到來(lái)，M0的'常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)一個(gè)掃描周期，Y0線(xiàn)圈斷開(kāi)，電動(dòng)機停止工作，以后循環(huán)往復。實(shí)現單按鈕對電動(dòng)機的起�？刂�。通過(guò)梯形圖程序的分析出圖2實(shí)現的是一個(gè)二分頻電路。
3、計數器指令擴展法
如圖3所示，圖中X0接外部的按鈕，當第一次按下，M0產(chǎn)生微分脈沖，Y0接通并自鎖，電機起動(dòng)運行，同時(shí)M0的另一對動(dòng)合觸點(diǎn)接通是計數器C0接通一次，當第二次按下按鈕時(shí)，M0有產(chǎn)生一個(gè)脈沖，使C0計數到2次，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)使Y0斷開(kāi)，電機停止，同時(shí)Y0線(xiàn)圈的斷開(kāi)使得C0復位為下一次做準備。就利用了PLC內部的編程元件M0、C0通過(guò)編程節省了一個(gè)輸入點(diǎn)。
4、移位指令擴展法
如圖4所示，梯形圖中Y0用來(lái)驅動(dòng)輸出設備，X0外接按鈕，當第一次按下按鈕，X0的兩對觸點(diǎn)分別接通位移位寄存器的數據輸入端和移位輸入端，M0的數據為“1”并移位到M1中使Y0接通，同時(shí)M1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使M0變?yōu)椤?”。
再次按下按鈕，因M0數據為“0”移位時(shí)將M0的數據移至M1中使Y0斷開(kāi)從而使設備停止工作。此時(shí)電路恢復到初始狀態(tài)重復循環(huán)。這樣通過(guò)為移位指令實(shí)現節省PLC輸入點(diǎn)數的目的。
5、跳轉指令輸入擴展法
為便于單機就地的操作和調試，增加系統的可靠性，PLC控制系統的很多設備都有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種狀態(tài)，自動(dòng)程序和手動(dòng)程序不會(huì )同時(shí)執行，把自動(dòng)和手動(dòng)信號疊加起來(lái)，利用PLC的COM端，按不同的控制狀態(tài)要求進(jìn)行分組后輸入到PLC，由自動(dòng)、手動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)及及條件跳轉指令進(jìn)行切換，分組輸入電路如圖5所示。
SB1與SB3按鈕都使用X1輸入端，但實(shí)際代表不同的邏輯意義。在圖5中設置二極管用來(lái)切斷寄生電路，防止因寄生電路而使PLC出現錯誤的輸入信號。X1輸入端也可反映兩個(gè)輸入信號的狀態(tài)，利用跳轉指令達到兩種工作方式的選擇如圖6所示。當X1置1時(shí)，執行自動(dòng)工作方式，當X1置0時(shí)，執行手動(dòng)工作方式。
7、KEY、DSW指令擴展法
使用KEY指令，只需4個(gè)輸入點(diǎn)，4個(gè)輸出點(diǎn)就可以輸入10個(gè)數字鍵和6個(gè)功能鍵；使用DSW指令，只需4個(gè)或8個(gè)輸入點(diǎn)，4個(gè)輸出點(diǎn)就可以讀入一個(gè)或兩個(gè)4位BCD碼數字開(kāi)關(guān)信息。
8、 矩陣輸入擴展法
此方法是將二極管開(kāi)關(guān)矩陣的行、列引線(xiàn)分別接到PLC的I／O端點(diǎn)上。將n個(gè)輸入點(diǎn)作為行線(xiàn)，將m個(gè)輸出點(diǎn)作為列線(xiàn)。這樣，當矩陣為n行m列時(shí)，可以得到n×m個(gè)輸入信號供可編程控制器組成的控制系統使用。對于FX2N系列，使用矩陣輸入指令MTR，只用8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，就可以輸入64個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)。
節省輸出點(diǎn)數的方法
1、輸出負載并聯(lián)擴展法
對于通斷狀態(tài)完全相同的負載可以采用并聯(lián)后，共用PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)，即一個(gè)輸出點(diǎn)帶多個(gè)負載，如果多個(gè)負載的總電流超出輸出點(diǎn)的容量，可以用一個(gè)中間繼電器在控制其它負載。在一些系統中可能有多種故障顯示或報警，如過(guò)壓、過(guò)流、越位、失磁等顯示或報
警，如果條件允許可將部分或全部報警電路并聯(lián)連接用一個(gè)或少用幾個(gè)輸出驅動(dòng)來(lái)減少PLC的輸出點(diǎn)數。此方法的缺點(diǎn)是難以判斷故障的原因。
2、接觸器輔助觸點(diǎn)擴展法
在許多大功率的控制系統中，通常含接觸器，在PLC地輸入輸出點(diǎn)不夠時(shí)課考慮利用接觸器的輔助觸點(diǎn)進(jìn)行電氣連鎖或控制指示燈等，可節省PLC的輸出點(diǎn)。
3、數字顯示器擴展法
當負載為信號燈時(shí)，用數碼管采用數字顯示擴展法可減少占用PLC輸出點(diǎn)的個(gè)數。在電梯控制系統中對電梯樓層的指示可采用數字顯示器來(lái)顯示，如用BCD碼輸出，僅需用4個(gè)輸出點(diǎn)就可以實(shí)現9層站以下電梯的樓層的顯示，10到19層僅需用5個(gè)輸出點(diǎn)。
而使用信號燈指示，有幾層就要占用幾個(gè)輸出點(diǎn)，樓層越高占用的輸出點(diǎn)越多。FX2N系列PLC的7段譯碼指令SEGD可將十六進(jìn)制數譯為七段顯示器所需的代碼，直接控制一只七段顯示器，用7個(gè)輸出點(diǎn)；還有一些數字顯示的指令，都可以減少輸出點(diǎn)的數量。
如圖7為一4位帶譯碼器顯示，Y0~Y3為BCD碼，Y4~Y7為片選信號，在圖8編制的數字現在控制程序中，顯示的數據分別存放與數據寄存器D0~D3中，D0、D1、D2、D3分別為千位、百位、十位及個(gè)位，X5為控制運行與停止的開(kāi)關(guān)。原來(lái)需要16個(gè)輸出，采用圖8的編程方法只需8個(gè)，大大節省了PLC的輸出點(diǎn)數，而達到多位顯示的目的。
在PLC控制系統中，PLC的輸入輸出口、PLC內部的編程元件都是工程的資源，擴展輸入輸出點(diǎn)的方法很多，在實(shí)際的應用中，使用者應從設計出發(fā)，靈活應用PLC的指令編程，將軟件與硬件相結合，選用或設計切實(shí)有效地方案以達到充分利用有限的資源的目的。
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