低成本的PLC輸入點(diǎn)擴(kuò)展方法研究

1 引言
PLC因?yàn)轶w積小、功耗低、性價(jià)比高、抗干擾能力強(qiáng)、編程使用方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，往往是被控對(duì)象的輸出點(diǎn)少于輸入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)需要檢測(cè)的點(diǎn)較多，或者操作按鈕比較多，這樣在選型時(shí)PLC的輸出點(diǎn)數(shù)目可以很容易的滿足要求，而對(duì)于輸入點(diǎn)來說有可能不易滿足，針對(duì)這樣情況通常可以采取如下措施:(1)選取輸入點(diǎn)數(shù)目比較多的PLC，這樣在滿足了控制系統(tǒng)對(duì)輸入點(diǎn)數(shù)目的要求同時(shí)，增加了輸出點(diǎn)數(shù)目，使輸出點(diǎn)產(chǎn)生冗余而閑置，造成了資源浪費(fèi)。(2)選擇輸出點(diǎn)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(diǎn)數(shù)目，使輸入點(diǎn)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(jià)比。(3)仍然是選擇輸出點(diǎn)數(shù)目滿足要求的PLC，但在擴(kuò)展時(shí)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(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是在PLC輸出點(diǎn)數(shù)目滿足系統(tǒng)要求的前提下，選擇輸入點(diǎn)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(shí)現(xiàn)輸入點(diǎn)數(shù)目的擴(kuò)展。本文通過對(duì)PLC輸入、輸出點(diǎn)的組合，介紹了兩種基于軟件編程方法的輸入點(diǎn)擴(kuò)充方法。
2 基于軟件編程方法的輸入點(diǎn)擴(kuò)充方法
PLC的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是各組輸入、輸出點(diǎn)的獨(dú)立性較強(qiáng)，這一點(diǎn)主要表現(xiàn)在輸入、輸出點(diǎn)的公共端上。一方面，單獨(dú)的輸入、輸出點(diǎn)可以有自己的公共端另一方面，多個(gè)輸入、輸出點(diǎn)可以共用一個(gè)公共端，這樣輸入、輸出點(diǎn)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(diǎn)組合矩陣的原理來增加輸入點(diǎn)數(shù)目。
2.1 利用矩陣鍵盤掃描原理擴(kuò)展PLC輸入點(diǎn)數(shù)目
取PLC的m個(gè)輸入點(diǎn)作為輸入節(jié)點(diǎn)矩陣的行回掃線輸入端，取PLC的n個(gè)輸出點(diǎn)作為輸入節(jié)點(diǎn)矩陣的列選擇線輸出端，同時(shí)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(shí)現(xiàn)輸入節(jié)點(diǎn)矩陣列掃描;通過檢測(cè)m個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，完成輸入節(jié)點(diǎn)矩陣的行掃描;這樣就可以唯一確定輸入節(jié)點(diǎn)矩陣中某一接點(diǎn)的閉合狀態(tài)。利用節(jié)點(diǎn)矩陣，可以很方便地由m個(gè)輸入點(diǎn)和n個(gè)輸出點(diǎn)擴(kuò)展成m×n個(gè)輸入點(diǎn)。

圖1為采用矩陣鍵盤掃描原理擴(kuò)展4×2個(gè)輸入點(diǎn)的原理圖。當(dāng)PLC的輸入、輸出動(dòng)作時(shí)必須構(gòu)成一個(gè)閉合回路。下面以輸入節(jié)點(diǎn)S0和S1說明系統(tǒng)的工作過程:
(1) 當(dāng)PLC輸出點(diǎn)Y0、Y1斷開時(shí)，輸入點(diǎn)I0的回路不通，此時(shí)即使輸入節(jié)點(diǎn)S1、S2閉合，PLC也無法檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)的閉合。
(2) 當(dāng)PLC輸出點(diǎn)Y0閉合，Y1斷開時(shí)，若輸入節(jié)點(diǎn)S0閉合，可使PLC輸入點(diǎn)I0有效;同時(shí)，因?yàn)閅1斷開，S1閉合無效。
(3) 當(dāng)PLC的輸出點(diǎn)Y1閉合，Y0斷開時(shí)，若輸入節(jié)點(diǎn)S1閉合，可使PLC輸入點(diǎn)I0有效;同時(shí)，因?yàn)閅0斷開，S2閉合無效。
通過上述分析，可以知道分時(shí)控制輸出點(diǎn)Y0、Y1的狀態(tài)，就可以唯一確定輸入節(jié)點(diǎn)S1、S2的閉合狀態(tài)，同理也可以將推廣到輸入節(jié)點(diǎn)S2、S3、S4、S5、S6、S7。在使用這種方法時(shí)必須確定鍵盤的掃描時(shí)間，而掃描時(shí)間的長(zhǎng)短取決于PLC的輸出點(diǎn)形式。對(duì)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(shí)間取的短一些;對(duì)于繼電器輸出的PLC，考慮到觸點(diǎn)的壽命，掃描時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。

2.2 利用輸入點(diǎn)組合矩陣方法擴(kuò)展PLC輸入點(diǎn)數(shù)目
利用矩陣鍵盤掃描原理擴(kuò)展PLC輸入點(diǎn)數(shù)目的前提是PLC必須有剩余的輸出點(diǎn)。如果沒有，這種方案必然不可行，這時(shí)必須借助于輸入點(diǎn)，下面介紹一種基于輸入點(diǎn)組合矩陣的輸入點(diǎn)擴(kuò)展方法。
取PLC的m個(gè)輸入點(diǎn)構(gòu)成m個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)組，取PLC的n個(gè)輸入點(diǎn)構(gòu)成n個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)狀態(tài)檢測(cè)端，即每個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)組包含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)m×n個(gè)輸入點(diǎn)的擴(kuò)展。當(dāng)某一接點(diǎn)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)組和輸入節(jié)點(diǎn)檢測(cè)端都有信號(hào)送入PLC，通過輸入節(jié)點(diǎn)的判斷就可以唯一確定輸入節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。
圖2是利用輸入節(jié)點(diǎn)組合矩陣擴(kuò)展3×4個(gè)輸入點(diǎn)的原理圖。圖2中包含有3個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)組，4個(gè)輸入狀態(tài)檢測(cè)端，即每組包含4個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)。圖2中二極管的作用是防止節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)相互間的干擾。下面以輸入節(jié)點(diǎn)S0說明系統(tǒng)的工作過程。
(1) 當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)S0斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)組輸入端X0和輸入狀態(tài)檢測(cè)端X6均無輸入，表明S0斷開。
(2) 當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)S0閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)組輸入端X0和輸入狀態(tài)檢測(cè)端X6均有信號(hào)進(jìn)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(diǎn)X0和輸入點(diǎn)X6組合的唯一性就可以唯一確定輸入節(jié)點(diǎn)S0的狀態(tài)，從而達(dá)到擴(kuò)展輸入點(diǎn)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(diǎn)內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，“0”表示斷開。
這種方法可方便的擴(kuò)展PLC輸入點(diǎn)數(shù)目，與前一種方法相比，對(duì)PLC的適用性較強(qiáng)，掃描時(shí)間的選擇取決于應(yīng)用程序的掃描時(shí)間。
3 結(jié)束語
利用PLC自身的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)擴(kuò)展PLC實(shí)際的輸入點(diǎn)數(shù)目無需增加額外的硬件，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。對(duì)于上面提到的2種擴(kuò)展PLC輸入點(diǎn)數(shù)的方法，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了驗(yàn)證，簡(jiǎn)便易懂，運(yùn)行可靠，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。