plc在实际应用中常碰到这样两个问题:一是PLC的I/O点数不够,需要扩展,然而增加I/O点数将提高成本;二是已选定的PLC可扩展的I/O点数有限,无法再增加。因此,在满足系统控制要求的前提下,合理使用I/O点数,尽量减少所需的I/O点数是很有意义的。下面将介绍几种常用的减少I/O点数的措施。
一、减少输入点数的措施
1.分组输入
一般系统都存在多种工作方式,但系统同时又只选择其中一种工作方式运行,也就是说,各种工作方式的程序不可能同时执行。因此,可将系统输入信号按其对应的工作方式不同分成若干组,PLC运行时只会用到其中的一组信号,所以各组输入可共用PLC的输入点,这样就使所需的输入点减少。
如图1所示,系统有“自动”和“手动”两种工作方式,其中S1~S8为自动工作方式用到的输入信号、Q1~Q8为手动工作方式用到的输入信号。两组输入信号共用PLC的输入点X0~X7,如S1与Q1共用输入点X0。用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号的输入电路,并通过X10让PLC识别是“自动”,还是“手动”,从而执行自动程序或手动程序。
图1 分组输入
图中的二极管是为了防止出现寄生回路,产生错误输入信号而设置的。例如当SA扳到“自动”位置,若S1闭合,S2断开,虽然Q1、Q2闭合,也应该是X0有输入,而X1无输入,但如果无二极管隔离,则电流从X0流出,经Q2→Q1→S1→COM形成寄生回路,从而使得X1错误地接通。因此,必须串入二极管切断寄生回路,避免错误输入信号的产生。
2.矩阵输入
如图2所示为3×3矩阵输入电路,用PLC的三个输出点Y0、Y1、Y2和三个输入点X0、X1、X2来实现9个开关量输入设备的输入。图中,输出Y0、Y1、Y2的公共端COM与输入继电器的公共端COM连在一起。当Y0、Y1、Y2轮流导通,则输入端X0、X1、X2也轮流得到不同的三组输入设备的状态,即Y0接通时读入Q1、Q2、Q3的通断状态, Y1接通时读入Q4、Q5、Q6的通断状态,Y2接通时读入Q7、Q8、Q9的通断状态。
当Y0接通时,如果Q1闭合,则电流从X0端流出,经过D1→Q1→Y0端,再经过Y0的触点,从输出公共端COM流出,最后流回输入COM端,从而使输入继电器X0接通。在梯形图程序中应该用Y0常开触点和X0常开触点的串联,来表示Q1提供的输入信号。
图中二极管也是起切断寄生回路的作用。
图2矩阵输入
采用矩阵输入方法除了要按图6-12的硬件连接外,还必须编写对应的PLC程序。由于矩阵输入的信号是分时被读入PLC,所以读入的输入信号为一系列断续的脉冲信号,在使用时应注意这个问题。另外,应保证输入信号的宽度要大于Y0、Y1、Y2轮流导通一遍的时间,否则可能会丢失输入信号。
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3a所示,三个输入信号Q1、Q2、Q3只要占用两个输入点,再通过如图3b所示程序的译码,又还原成与Q1、Q2、Q3对应的M0、M1、M2三个信号。采用这种方法应特别注意要保证各输入开关信号不会同时接通。
图3 组合输入
a)硬件连接图 b)梯形图程序
4.输入设备多功能化
在传统的继电器电路中,一个主令电器(开关、按钮等)只产生一种功能的信号。而在PLC系统中,可借助于PLC强大的逻辑处理功能,来实现一个输入设备在不同条件下,产生的信号作用不同。下面通过一个简单的例子来说明。
如图4所示的梯形图只用一个按钮通过X0输入去控制输出Y0的通与断。
图4 用一个按钮控制的起动、保持、停止电路
图中,当Y0断开时,按下按钮(X0按通),M0得电,使Y0得电并自锁;再按一下按钮,M0得电,由于此时Y0已得电,所以M1也得电,其常闭触点使Y0断开。即按一下按钮,X0接通一下,Y0得电;再按一下按钮,X0又接通下,Y0失电。改变了传统继电器控制中要用两个按钮(起动按钮和停止按钮)的作法,从而减少了PLC的输入点数。
同样道理,我们可以用这种思路来实现一个输入具有三种或三种以上的功能。
5. 合并输入
将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点,则串联输入;如果是几个常开触点,则并联输入。因此,几个输入设备就可共用PLC的一个输入点。
6.某些输入设备可不进PLC
系统中有些输入信号功能简单、涉及面很窄,如某些手动按钮、电动机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,将它们放在外部电路中同样可以满足要求,如图5所示。
图5 输入信号设在PLC外部
二、减少输出点数的措施
1.矩阵输出
图6中采用8个输出组成4×4矩阵,可接16个输出设备(负载)。要使某个负载接通工作,只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可,例如:要使负载KM1得电工作,必须控制Y0和Y4输出接通。
图6 矩阵输出
应该特别注意: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任意接通,否则将会出现错误接通负载。因此,采用矩阵输出时,必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中,否则无法控制。
2.分组输出
当两组输出设备或负载不会同时工作,可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换,所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。如图7所示,KM1、KM3、KM5与KM2、KM4、KM6两组不会同时接通,用转换开关SA进行切换。
图7 分组输出
3.并联输出
当两个通断状态完全相同的负载,可并联后共用PLC的一个输出点。但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时,应考虑PLC输出点的驱动能力是否足够。
4. 输出设备多功能化
利用PLC的逻辑处理功能,一个输出设备可实现多种用途。例如在继电器系统中,一个指示灯指示一种状态,而在PLC系统中,很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁,这样一个指示灯就可指示两种状态,既节省了指示灯,又减少了输出点数。
5.某些输出设备可不进PLC
系统中某些相对独立、比较简单的控制部分,可直接采用PLC外部硬件电路实现控制。
以上一些常用的减少I/0点数的措施,仅供读者参考,实际应用中应该根据具体情况,灵活使用。同时应该注意不要过份去减少PLC的I/0点数,而使外部附加电路变得复杂,从而影响系统的可靠性。