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PLC输入/输出点的合理使用及扩展方法-自动化毕业

2013-05-18 01:51

 

摘要：本文叙述了作者在技工学校的PLC实训教学的教学实践过程中，因受学校所现有型号的PLC限制，造成了学生在进行PLC控制技术实操训练时，由于PLC的输入／输出（I/O）点数不够而无法实现一些较复杂的控制过程的设计，影响学生实训效果的现实情况，作者通过研读有关资料，结合本人的对可编程序控制器的使用经验，总结出几种常用的合理使用PLC输入/输出（I/O）点及扩展输入/输出（I/O）点的方法及其意义。
关键词：技工学校  实训教学  PLC  合理使用  扩展  输入/输出点
内容
 在PLC的教学实践中经常碰到I/O点数不够的问题，若通过增加扩展来解决，则需要较大的经济投入，甚至由于可扩展的I/O点数有限以及扩展单元无法安装等原因而无法通过增加扩展来解决。因此，在满足控制系统要求的前提下，合理使用I/O点，尽量减少所需的I/O点数，这不仅可以降低PLC控制系统的硬件成本，还可以解决PLC扩展I/O点数的问题，提高学生灵活应用PLC的I/O点数进行程序设计有很大的意义。
（一）节省输入点数的方法
 一般认为输入点数是按系统输入信号的数量来确定的。但在实际应用中，通过以下措施可达到节省PLC输入点数的目的，下面以FX1N系列PLC来介绍。
 （1）分组输入  如图1所示，系统有“手动”和“自动”两种工作方式。用X000来识别使用“自动”还是“手动”操作信号，“手动”时的输入信号为SB0～SB3，“自动”时的输入信号为S0～S3，如果按正常的设计思路，那么需要X000～X007一共8个输入点，若按图1的方法来设计，则只需X001～X004一共4个输入点。图中的二极管用来切断寄生电路。如果图中没有二极管，系统处于自动状态，SB0、SB1、S0闭合S1断开，这时电流从COM端子流出，经SB0、SB1、S0形成寄生回路流入X000端子，使输入位X002错误地变为ON。各开关串联了二极管后，切断了寄生回路，避免了错误的产生。但使用该方法应考虑输入信号强弱。

 图1  分组输入
 （2）矩阵输入  如图2所示为4×4矩阵输入电路，它使用PLC的四个输入点（X000～X003）和四个输出点（Y000～Y003）来实现16个输入点的功能，特别适合PLC输出点多而输入点不够的场合。当Y000导通时，X000～X003接受的是Q1～Q4送来的输入信号；当Y001导通时，X000～X003接受的是Q5～Q8送来的输入信号；当Y002导通时，X000～X003接受的是Q9～Q12送来的输入信号；当Y003 导通时，X000～X003接受的是Q13～Q16送来的输入信号。将Y000的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q1～Q4；将Y1的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q5～Q8；将Y002的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q9～Q12；将Y003的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q13～Q16。
图2  矩阵输入
 使用时应注意的是除按图2进行接线外，还必须有对应的软件来配合，以实现Y000～Y003轮流导通；同时还要保证输入信号的宽度应大于Y000～Y003轮流导通一遍的时间，否则可能丢失输入信号。该方法的缺点是使输入信号的采样频率降低为原来的三分之一，而且输出点Y000～Y003不能再使用。
 （3）组合输入  对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入。如图3所示，三个输入信号SB0～SB2只占用两个输入点，M0～M2图3  组合输入
分别代表SB0～SB2。
 （4）输入设备多功能化  在传统的继电控制系统中，一个主令（按钮、开关等）只产生一种功能的信号。在PLC控制系统中，一个输入设备在不同的条件下可产生不同的信号，如一个按钮既可用来产生启动信号，又可用来产生停止信号。如图4所示，只用一个按钮通过X000去控制Y000的“通”与“断”。即第一次接通X000时Y000“通”再次接通X000时Y000“断”。
 图4  用一个按钮控制的启动、保持、停止电路 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
 （5）输入触点的合并  将某些功能相同的开关量输入设备合并输入（常闭触点串联输入、常开触点并联输入）。一些保护电路和报警电路常常采用此法。
 如果外部某些输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中，可以将它们对应的某些触点在可编程序控制器外部串并联后作为一个整体输入可编程序控制器，只占可编程序控制器的一个输入点。
 例如某负载可在多处启动和停止，可以将多个启动信号并联，将多个停止信号串联，分别送给可编程序控制器的两个输入点，如图5所示。与每一个启动信号和停止信号占用一个输入点的方法相比，不仅节约了输入点，还简化了梯形图电路。
 
图5  输入触点的合并
 （6）某些输入信号不进入PLC  系统中有些信号功能简单、涉及面窄，如图6中的手动按钮、过载保护的热继电器触点等，有时就没有必要作为PLC的输入，将它们设计在PLC外围的硬件电路中同样可以满足控制要求。如果外部硬件电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送入可编程序控制器，图6  输入信号设在PLC外部
用梯形图来实现连锁。
 （7）利用RUN口  大多PLC有RUN口，而且只有该口接通（RUN到COM之间用导线短接）时，PLC才能运行，因此，可将某些输入信号送入RUN口。在进行电梯控制系统的设计时，曾将电梯牵引电动机进行过载保护的热继电器常闭触点、安全窗开关的常开触点、安全钳开关的常开触点、上下限位开关的常闭触点等串入到RUN口到COM之间的连线上。当出现牵引电动机过载、安全窗被打开、安全钳动作及冲顶和沉底等故障情况时，RUN口被切断，PLC停止运行，既保证了电梯和乘客的安全，又可以督促维修人员进行维修。这样做有以下两点好处，一是牵引电动机过载、安全窗被打开等故障信号不送到PLC内，也就不占用PLC的输入口；二是不通过软件实现保护，可以简化控制程序。 （转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网）
（二）节省输出点数的方法
 （1）分组输出  如图7所示，当两组负载不会同时工作时，可通过外部转换开关或受PLC控制的电器触点进行切换，使PLC的一个输出点可以控制两个不同时工作的负载。
图7  分组输出
 （2）矩阵输出  如图8所示为4×4矩阵输出电路，用8个输出点可控制16个负载。要使某个负载接通工作，只要它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。例如，当Y010与Y004同时接通时，KM1得电吸合。应当注意的是：当只有某一行对应的输出继电器接通，各列对应的输出继电器才可以任意接通；或者当只有某一列对应的输出继电器接通，各行对应的输出继电器才可以任意接通。否则将会错误接通负载。因此，采用矩阵输出时，必须将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则将无法控制。
 图8  矩阵输出
 （3）并联输出  通断状态完全相同的负载，可以并联后共用PLC的一个输出点（要考虑PLC输出点的负载驱动能力）。例如PLC控制的交通信灯，               
对应方向（东与西对应、南与北对应）的灯通断规律完全相同，将对应的灯并联后可以节省一半的输出点。
 （4）负载多功能化  一个负载实现多种用途。例如，在传统的继电控制系统中，一个指示灯只指示一种状态。在PLC控制系统中，利用PLC的软件很容易实现利用一个输出点控制指示灯的常亮和闪亮，这样就可以利用一个指示灯表示两种不同的信息，从而节省PLC的输出点。
 （5）某些输出信号不进入PLC  系统中某些相对独立、比较简单的部分可以考虑不用PLC来控制，直接采用继电器控制即可。
 （6）利用输出点扩展输出点  与利用输出点扩展输入点相似，也可以用输出点分时控制一组输出点的输出内容。例如：在输出端口上接有多位LED7段码显示器时，如果采用直接连接，所需的输出点是很多的。这时可使用图9的电路利用输出点的分时接通逐个点亮多位LED7段码显示器。
 在图9所示的电路中，CD4513是具有锁存、译码功能的专用共阴极7图9  输出口扩展输出口
段码显示器驱动电路，两只CD4513的数据输入端A～D共用可编程序控制
器的4个输入端，其中A为最低位，D为最高位。LE端是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端的BCD数据锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来，LE为低电平时，显示器的数不受数据输入信号的影响。显然，N位显示器所占用的输出点P=4+N。图9中Y004及YOO5分别接通时，输出的数据分别送到上下两片CD4513中。
（三）结束语
 上述合理使用PLC输入／输出点及扩展PLC输入／输出点的方法，应用于技工学校的教学实践中，可以有效的解决由于PLC的I/O点数不够，而无法实现一些较复杂的控制过程的程序设计，影响学生学习效果的问题，充实了电工、电气、自动化等专业的实训课题，提高了学生的逻辑思维能力和动手能力，收到较好的效果。但在应用时一定要对PLC控制系统进行具体的分析，选择其中最简单、最有效的方式，并注意有些方法要在软件上进行配合才能实现。

参考文献
李建兴.《可编程序控制器及其应用》.北京：机械工业出版社，2000