PLC輸入輸出點數的擴展方法

劉冬梅

（荊楚理工學院電子信息工程學院，湖北 荊門 448000）

在可編程控制系統的實際應用中，為了提高PLC系統的可靠性，減少PLC控制系統的造價在設計PLC控制系統或對老的設備進行改造時，經常會遇到輸入點或輸出點數量不夠而需要擴展的問題，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解決。但這樣會提高成本、增大安裝體積，在需要增加點不多的情況下，可以通過對輸入輸出信號的處理來節省PLC的輸入輸出點數，使問題得以解決。

1 減少輸入點數的方法

1）觸點合并輸入擴展法

通過修改外部的電路先將具有相同功能的幾個觸點串聯或并聯，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的輸入點數。在串聯時，任意一個動斷觸點斷開都有效，串聯時幾個動合觸點同時閉合有效。一般情況下對設備進行控制時都有很多保護開關，任何一個觸點動作設備都要停止運行，因此在設計時將這些開關串聯在一起，只用PLC的一個輸入點。如圖1所示。若對輸入的不采用任何合并措施將會占用PLC的6個輸入點，通過觸點合并輸入擴展法處理后將只占用兩個輸入點，減少了4個，而且梯形圖程序也得到了簡化。

圖1 觸點合并輸入

圖2 分頻電路

2）分頻電路擴展法

通過PLC的編程，可以達到用單按鈕來控制程序，如電動機的起停控制，是電動機只通過一個按鈕來實現，節省PLC的點數，而且減少了外部按鈕極其接線。如圖2所示，將單按鈕接入PLC的X0端，在第一個脈沖到來時，M0產生一個掃描周期的脈沖輸出，使M0的常開觸點動作接通，Y0線圈接通并保持，是電動機起動并運行，當第二個脈沖到來，M0的常閉觸點斷開一個掃描周期，Y0線圈斷開，電動機停止工作，以后循環往復。實現單按鈕對電動機的起停控制。通過梯形圖程序的分析出圖2實現的是一個二分頻電路。

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產生微分脈沖，Y0接通并自鎖，電機起動運行，同時 M0的另一對動合觸點接通是計數器C0接通一次，當第二次按下按鈕時，M0有產生一個脈沖，使C0計數到 2次，其動斷觸點斷開使Y0斷開，電機停止，同時 Y0線圈的斷開使得 C0復位為下一次做準備。就利用了PLC內部的編程元件M0、C0通過編程節省了一個輸入點。

圖3 計數器擴展法

圖4 移位指令擴展法

4）移位指令擴展法

如圖4所示，梯形圖中Y0用來驅動輸出設備，X0外接按鈕，當第一次按下按鈕，X0的兩對觸點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M1的常閉觸點斷開使M0變為“0”。再次按下按鈕，因M0數據為“0”移位時將M0的數據移至M1中使Y0斷開從而使設備停止工作。此時電路恢復到初始狀態重復循環。這樣通過為移位指令實現節省PLC輸入點數的目的。

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控制和手動控制兩種狀態，自動程序和手動程序不會同時執行，把自動和手動信號疊加起來，利用PLC的COM端，按不同的控制狀態要求進行分組后輸入到PLC，由自動、手動轉換開關及及條件跳轉指令進行切換，分組輸入電路如圖 5[1]所示。SB1與 SB3按鈕都使用X1輸入端，但實際代表不同的邏輯意義。在圖5中設置二極管用來切斷寄生電路，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輸入信號的狀態，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，執行自動工作方式，當X1置0時，執行手動工作方式。

圖5 輸入端分組輸入

圖6 跳轉指令擴展法

6）KEY、DSW指令擴展法

使用KEY指令，只需4個輸入點，4個輸出點就可以輸入10個數字鍵和6個功能鍵；使用DSW指令，只需4個或8個輸入點，4個輸出點就可以讀入一個或兩個4位BCD碼數字開關信息。

7）矩陣輸入擴展法

此方法是將二極管開關矩陣的行、列引線分別接到PLC的I/O端點上。將n個輸入點作為行線，將m個輸出點作為列線。這樣，當矩陣為n行m列時，可以得到n×m個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個輸入點和8個輸出點，就可以輸入64個輸入點的狀態。

2 節省輸出點數的方法

1）輸出負載并聯擴展法

對于通斷狀態完全相同的負載可以采用并聯后，共用PLC的一個輸出點，即一個輸出點帶多個負載，如果多個負載的總電流超出輸出點的容量，可以用一個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，如過壓、過流、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連接用一個或少用幾個輸出驅動來減少PLC的輸出點數。此方法的缺點是難以判斷故障的原因。

2）接觸器輔助觸點擴展法

在許多大功率的控制系統中，通常含接觸器，在PLC地輸入輸出點不夠時課考慮利用接觸器的輔助觸點進行電氣連鎖或控制指示燈等，可節省PLC的輸出點。

3）數字顯示器擴展法

當負載為信號燈時，用數碼管采用數字顯示擴展法可減少占用PLC輸出點的個數。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顯示，如用BCD碼輸出，僅需用4個輸出點就可以實現9層站以下電梯的樓層的顯示，10到 19層僅需用 5個輸出點。而使用信號燈指示，有幾層就要占用幾個輸出點，樓層越高占用的輸出點越多。FX2N系列PLC的7段譯碼指令SEGD可將十六進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個輸出點；還有一些數字顯示的指令，都可以減少輸出點的數量。如圖7[2]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、十位及個位，X5為控制運行與停止的開關。原來需要16個輸出，采用圖8的編程方法只需8個，大大節省了PLC的輸出點數，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，擴展輸入輸出點的方法很多，在實際的應用中，使用者應從設計出發，靈活應用PLC的指令編程，將軟件與硬件相結合，選用或設計切實有效地方案以達到充分利用有限的資源的目的。

圖7 七段數碼顯示

圖8 數字顯示擴展法

[1]孫振強.可編程控制器原理及應用教程[M].北京:清華大學出版社,2009.8:165.

[2]郁漢琪,郭健.可編程控制器原理及應用教程[M].北京:中國電力出版社,2010.3:111.