低成本的PLC輸入點擴展方法研究

1 引言
PLC因為體積小、功耗低、性價比高、抗干擾能力強、編程使用方便等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。但在實際應(yīng)用過程中，往往是被控對象的輸出點少于輸入點，實現(xiàn)控制任務(wù)需要檢測的點較多，或者操作按鈕比較多，這樣在選型時PLC的輸出點數(shù)目可以很容易的滿足要求，而對于輸入點來說有可能不易滿足，針對這樣情況通常可以采取如下措施:(1)選取輸入點數(shù)目比較多的PLC，這樣在滿足了控制系統(tǒng)對輸入點數(shù)目的要求同時，增加了輸出點數(shù)目，使輸出點產(chǎn)生冗余而閑置，造成了資源浪費。(2)選擇輸出點數(shù)目滿足要求的PLC，通過配置專用的輸入模塊來增加輸入點數(shù)目，使輸入點數(shù)目滿足控制系統(tǒng)的要求，這種方法增加了控制系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的性價比。(3)仍然是選擇輸出點數(shù)目滿足要求的PLC，但在擴展時增加部分外圍電路，這部分電路主要由譯碼器構(gòu)成，這樣可以大大降低系統(tǒng)的初期投資。(4)采用PLC的軟件編程實現(xiàn)，其優(yōu)點是在PLC輸出點數(shù)目滿足系統(tǒng)要求的前提下，選擇輸入點數(shù)目較少的PLC，不增加額外的硬件，利用這PLC自身固有的資源，通過編碼方法實現(xiàn)輸入點數(shù)目的擴展。本文通過對PLC輸入、輸出點的組合，介紹了兩種基于軟件編程方法的輸入點擴充方法。
2 基于軟件編程方法的輸入點擴充方法
PLC的一個重要的特點就是各組輸入、輸出點的獨立性較強，這一點主要表現(xiàn)在輸入、輸出點的公共端上。一方面，單獨的輸入、輸出點可以有自己的公共端另一方面，多個輸入、輸出點可以共用一個公共端，這樣輸入、輸出點相互間的組合就比較容易。通過這些組合，我們可以借用矩陣鍵盤掃描原理和輸入節(jié)點組合矩陣的原理來增加輸入點數(shù)目。
2.1 利用矩陣鍵盤掃描原理擴展PLC輸入點數(shù)目
取PLC的m個輸入點作為輸入節(jié)點矩陣的行回掃線輸入端，取PLC的n個輸出點作為輸入節(jié)點矩陣的列選擇線輸出端，同時將所用輸入端的公共端COM和輸出端的公共端COM相連，通過內(nèi)部程序控制n條列選擇線的狀態(tài)，從而實現(xiàn)輸入節(jié)點矩陣列掃描;通過檢測m個輸入點的狀態(tài)，完成輸入節(jié)點矩陣的行掃描;這樣就可以唯一確定輸入節(jié)點矩陣中某一接點的閉合狀態(tài)。利用節(jié)點矩陣，可以很方便地由m個輸入點和n個輸出點擴展成m×n個輸入點。

圖1為采用矩陣鍵盤掃描原理擴展4×2個輸入點的原理圖。當PLC的輸入、輸出動作時必須構(gòu)成一個閉合回路。下面以輸入節(jié)點S0和S1說明系統(tǒng)的工作過程:
(1) 當PLC輸出點Y0、Y1斷開時，輸入點I0的回路不通，此時即使輸入節(jié)點S1、S2閉合，PLC也無法檢測到節(jié)點的閉合。
(2) 當PLC輸出點Y0閉合，Y1斷開時，若輸入節(jié)點S0閉合，可使PLC輸入點I0有效;同時，因為Y1斷開，S1閉合無效。
(3) 當PLC的輸出點Y1閉合，Y0斷開時，若輸入節(jié)點S1閉合，可使PLC輸入點I0有效;同時，因為Y0斷開，S2閉合無效。
通過上述分析，可以知道分時控制輸出點Y0、Y1的狀態(tài)，就可以唯一確定輸入節(jié)點S1、S2的閉合狀態(tài)，同理也可以將推廣到輸入節(jié)點S2、S3、S4、S5、S6、S7。在使用這種方法時必須確定鍵盤的掃描時間，而掃描時間的長短取決于PLC的輸出點形式。對于晶體管、晶閘管以及固態(tài)繼電器輸出的PLC，在滿足控制要求的前提下，可將掃描時間取的短一些;對于繼電器輸出的PLC，考慮到觸點的壽命，掃描時間應(yīng)適當延長。

2.2 利用輸入點組合矩陣方法擴展PLC輸入點數(shù)目
利用矩陣鍵盤掃描原理擴展PLC輸入點數(shù)目的前提是PLC必須有剩余的輸出點。如果沒有，這種方案必然不可行，這時必須借助于輸入點，下面介紹一種基于輸入點組合矩陣的輸入點擴展方法。
取PLC的m個輸入點構(gòu)成m個輸入節(jié)點組，取PLC的n個輸入點構(gòu)成n個輸入節(jié)點狀態(tài)檢測端，即每個輸入節(jié)點組包含有n個節(jié)點，這樣就可以實現(xiàn)m×n個輸入點的擴展。當某一接點閉合時，對應(yīng)的輸入節(jié)點組和輸入節(jié)點檢測端都有信號送入PLC，通過輸入節(jié)點的判斷就可以唯一確定輸入節(jié)點狀態(tài)。
圖2是利用輸入節(jié)點組合矩陣擴展3×4個輸入點的原理圖。圖2中包含有3個輸入節(jié)點組，4個輸入狀態(tài)檢測端，即每組包含4個輸入節(jié)點。圖2中二極管的作用是防止節(jié)點閉合時相互間的干擾。下面以輸入節(jié)點S0說明系統(tǒng)的工作過程。
(1) 當輸入節(jié)點S0斷開時，對應(yīng)的輸入節(jié)點組輸入端X0和輸入狀態(tài)檢測端X6均無輸入，表明S0斷開。
(2) 當輸入節(jié)點S0閉合時，對應(yīng)的輸入節(jié)點組輸入端X0和輸入狀態(tài)檢測端X6均有信號進入PLC，表明S0閉合。
通過上述分析，可以得到如下結(jié)論:由輸入點X0和輸入點X6組合的唯一性就可以唯一確定輸入節(jié)點S0的狀態(tài)，從而達到擴展輸入點數(shù)的目的，這一結(jié)論可以從附表的真值表得出。附表1中，“1”表示PLC輸入點內(nèi)部觸點閉合，“0”表示斷開。
這種方法可方便的擴展PLC輸入點數(shù)目，與前一種方法相比，對PLC的適用性較強，掃描時間的選擇取決于應(yīng)用程序的掃描時間。
3 結(jié)束語
利用PLC自身的輸入點和輸出點擴展PLC實際的輸入點數(shù)目無需增加額外的硬件，提高了系統(tǒng)的性價比。對于上面提到的2種擴展PLC輸入點數(shù)的方法，在實驗室中進行了驗證，簡便易懂，運行可靠，具有一定的應(yīng)用價值。