低成本的PLC输入点扩展方法研究
陈荣　王玉彬
图文混排，图片居右


表


图1


图2




陈荣　王玉彬



陈荣先生，华东石油大学工学硕士研究生、助教；王玉彬先生，助教。



关键词： PLC　输入点扩展方法　软件





PLC因体积小、功耗低、性价比高、抗干扰能力强、编程使用方便等优点被广泛应用于工业控制领域。但在实际应用过程中，往往是被控对象的输出点少于输入点，实现控制任务需检测的点较多，或操作按钮较多，这样选型时PLC的输出点数目可很容易满足要求，而对于输入点来说有可能不易满足。针对这种情况通常可采取如下措施：(1)选取输入点数目较多的PLC，这样在满足控制系统对输入点数目要求的同时，增加了输出点数目，使输出点产生冗余而闲置，造成了资源浪费。(2)选择输出点数目满足要求的PLC，通过配置专用输入模块来增加输入点数目，使其满足控制系统要求，这种方法增加了控制系统成本，降低了系统性价比。(3)仍选择输出点数目满足要求的PLC，但在扩展时增加部分外围电路，这部分电路主要由译码器构成，这样可大大降低系统初期投资。(4)采用PLC软件编程实现，其优点是在PLC输出点数目满足系统要求的前提下，选择输入点数目较少的PLC，不增加额外硬件，利用PLC自身固有资源，通过编码方法实现输入点数目的扩展。本文通过对PLC输入、输出点的组合，介绍两种基于软件编程方法的输入点扩充方法。



两种基于软件编程的输入点扩充方法



PLC的一个重要特点就是各组输入、输出点的独立性较强，主要表现在输入、输出点的公共端上。一方面，单独的输入、输出点可有自己的公共端；另一方面，多个输入、输出点可共用一个公共端，这样输入、输出点相互间的组合就较容易。通过这些组合，可借用矩阵键盘扫描原理和输入节点组合矩阵原理来增加输入点数目。



1. 利用矩阵键盘扫描原理扩展PLC输入点数目



取PLC的m个输入点作为输入节点矩阵的行回扫线输入端，取PLC的n个输出点作为输入节点矩阵的列选择线输出端，同时将所用输入、输出端的公共端COM相连，通过内部程序控制n条列选择线的状态，从而实现输入节点矩阵列扫描；通过检测m个输入点的状态，完成输入节点矩阵的行扫描；这样就可唯一确定输入节点矩阵中某一接点的闭合状态。利用节点矩阵，可以很方便地由m个输入点和n个输出点扩展成m×n个输入点。

图1为采用矩阵键盘扫描原理扩展4×2个输入点原理图。当PLC输入、输出动作时必须构成一个闭合回路。下面以输入节点S0和S1说明系统工作过程：

(1)当PLC输出点Y0、Y1断开时，输入点I0的回路不通，此时即使输入节点S1、S2闭合，PLC也无法检测到节点的闭合。

(2)当PLC输出点Y0闭合，Y1断开时，若输入节点S0闭合，可使PLC输入点I0有效；同时，因为Y1断开，S1闭合无效。

(3)当PLC输出点Y1闭合，Y0断开时，若输入节点S1闭合，可使PLC输入点I0有效；同时，因为Y0断开，S2闭合无效。

通过上述分析，可知道分时控制输出点Y0、Y1的状态，就可以唯一确定输入节点S1、S2的闭合状态，同理也可以将其推广到输入节点S2～S7。在使用这种方法时必须确定键盘的扫描时间，而扫描时间的长短取决于PLC的输出点形式。对于晶体管、晶闸管以及固态继电器输出的PLC，在满足控制要求的前提下，可将扫描时间取的短一些；对于继电器输出的PLC，考虑到触点的寿命，扫描时间应适当延长。



2. 利用输入点组合矩阵方法扩展PLC输入点数目



利用矩阵键盘扫描原理扩展PLC输入点数的前提是PLC必须有剩余的输出点。如果没有，这种方案就不可行，这时必须借助于输入点，下面介绍一种基于输入点组合矩阵的扩展方法。

取PLC的m个输入点构成m个输入节点组，取n个输入点构成n个输入节点状态检测端，即每个输入节点组包含有n个节点，这样就可以实现m×n个输入点的扩展。当某一节点闭合时，对应的输入节点组和输入节点检测端都有信号送入PLC，通过输入节点的判断就可唯一确定输入节点状态。

图2是利用输入节点组合矩阵扩展3×4个输入点的原理图。图中包含有3个输入节点组，4个输入状态检测端，即每组包含4个输入节点。图中二极管的作用是防止节点闭合时相互间的干扰。下面以输入节点S0说明各系统的工作过程。

(1)当输入节点S0断开时，对应的输入节点组输入端X0和输入状态检测端X6均无输入，表明S0断开。

(2)当输入节点S0闭合时，对应的输入节点组输入端X0和输入状态检测端X6均有信号进入PLC，表明S0闭合。

通过上述分析，可以得到如下结论：由输入端X0和输入状态检测端X6组合的唯一性就可以唯一确定输入节点S0的状态，从而达到扩展输入点数的目的，这一结论可从真值表中得出。

表中，1表示PLC输入点内部触点闭合，0表示断开。

这种方法可方便地扩展PLC输入点数目，与前一种方法相比，对PLC的适用性较强，扫描时间的选择取决于应用程序的扫描时间。



结语



利用PLC自身的输入、输出点扩展其实际输入点数目无需增加额外的硬件，提高了系统的性价比。对于上面提到的两种扩展PLC输入点数的方法，在实验室中进行了验证，简便易懂，运行可靠，具有一定的应用价值。



（全文完）



来源：《世界仪表与自动化》



出版日期：2004年3月

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