PLC輸入/輸出點的合理使用及擴展方法
在設計一個PLC控制系統時，可能會遇到PLC輸入輸出點數不足的問題，在不增加PLC配置的情況下，除利用外部資源通過硬件實現PLC點數的擴展，還可利用PLC的內部資源通過編程即軟件來實現PLC點數的擴展。下面是小編收集整理的PLC輸入/輸出點的合理使用及擴展方法，希望大家喜歡。
PLC輸入/輸出點的合理使用及擴展方法 篇1
摘要：本文敘述了作者在技工學校的PLC實訓教學的教學實踐過程中，因受學校所現有型號的PLC限制，造成了學生在進行PLC控制技術實操訓練時，由于PLC的輸入／輸出（I/O）點數不夠而無法實現一些較復雜的控制過程的設計，影響學生實訓效果的現實情況，作者通過研讀有關資料，結合本人的對可編程序控制器的使用經驗，總結出幾種常用的合理使用PLC輸入/輸出（I/O）點及擴展輸入/輸出（I/O）點的方法及其意義。
關鍵詞：技工學校 實訓教學 PLC 合理使用 擴展 輸入/輸出點
論文內容
在PLC的教學實踐中經常碰到I/O點數不夠的問題，若通過增加擴展來解決，則需要較大的經濟投入，甚至由于可擴展的I/O點數有限以及擴展單元無法安裝等原因而無法通過增加擴展來解決。因此，在滿足控制系統要求的前提下，合理使用I/O點，盡量減少所需的I/O點數，這不僅可以降低PLC控制系統的硬件成本，還可以解決PLC擴展I/O點數的問題，提高學生靈活應用PLC的I/O點數進行程序設計有很大的意義。
（一）節省輸入點數的方法
一般認為輸入點數是按系統輸入信號的數量來確定的。但在實際應用中，通過以下措施可達到節省PLC輸入點數的目的，下面以FX1N系列PLC來介紹。
（1）分組輸入 如圖1所示，系統有“手動”和“自動”兩種工作方式。用X000來識別使用“自動”還是“手動”操作信號，“手動”時的輸入信號為SB0～SB3，“自動”時的輸入信號為S0～S3，如果按正常的設計思路，那么需要X000～X007一共8個輸入點，若按圖1的方法來設計，則只需X001～X004一共4個輸入點。圖中的二極管用來切斷寄生電路。如果圖中沒有二極管，系統處于自動狀態，SB0、SB1、S0閉合S1斷開，這時電流從COM端子流出，經SB0、SB1、S0形成寄生回路流入X000端子，使輸入位X002錯誤地變為ON。各開關串聯了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯誤的產生。但使用該方法應考慮輸入信號強弱。
圖1 分組輸入
（2）矩陣輸入 如圖2所示為4×4矩陣輸入電路，它使用PLC的四個輸入點（X000～X003）和四個輸出點（Y000～Y003）來實現16個輸入點的功能，特別適合PLC輸出點多而輸入點不夠的場合。當Y000導通時，X000～X003接受的是Q1～Q4送來的輸入信號；當Y001導通時，X000～X003接受的是Q5～Q8送來的輸入信號；當Y002導通時，X000～X003接受的是Q9～Q12送來的輸入信號；當Y003 導通時，X000～X003接受的是Q13～Q16送來的輸入信號。將Y000的常開點與X000～X003串聯即為輸入信號Q1～Q4；將Y1的常開點與X000～X003串聯即為輸入信號Q5～Q8；將Y002的常開點與X000～X003串聯即為輸入信號Q9～Q12；將Y003的常開點與X000～X003串聯即為輸入信號Q13～Q16。
圖2 矩陣輸入
使用時應注意的是除按圖2進行接線外，還必須有對應的軟件來配合，以實現Y000～Y003輪流導通；同時還要保證輸入信號的寬度應大于Y000～Y003輪流導通一遍的時間，否則可能丟失輸入信號。該方法的缺點是使輸入信號的采樣頻率降低為原來的三分之一，而且輸出點Y000～Y003不能再使用。
（3）組合輸入 對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。如圖3所示，三個輸入信號SB0～SB2只占用兩個輸入點，M0～M2圖3 組合輸入
分別代表SB0～SB2。
（4）輸入設備多功能化 在傳統的繼電控制系統中，一個主令（按鈕、開關等）只產生一種功能的信號。在PLC控制系統中，一個輸入設備在不同的條件下可產生不同的信號，如一個按鈕既可用來產生啟動信號，又可用來產生停止信號。如圖4所示，只用一個按鈕通過X000去控制Y000的“通”與“斷”。即第一次接通X000時Y000“通”再次接通X000時Y000“斷”。
圖4 用一個按鈕控制的啟動、保持、停止電路
（5）輸入觸點的合并 將某些功能相同的開關量輸入設備合并輸入（常閉觸點串聯輸入、常開觸點并聯輸入）。一些保護電路和報警電路常常采用此法。
如果外部某些輸入信號總是以某種“與或非”組合的整體形式出現在梯形圖中，可以將它們對應的某些觸點在可編程序控制器外部串并聯后作為一個整體輸入可編程序控制器，只占可編程序控制器的一個輸入點。
例如某負載可在多處啟動和停止，可以將多個啟動信號并聯，將多個停止信號串聯，分別送給可編程序控制器的兩個輸入點，如圖5所示。與每一個啟動信號和停止信號占用一個輸入點的方法相比，不僅節約了輸入點，還簡化了梯形圖電路。
圖5 輸入觸點的合并
（6）某些輸入信號不進入PLC 系統中有些信號功能簡單、涉及面窄，如圖6中的手動按鈕、過載保護的熱繼電器觸點等，有時就沒有必要作為PLC的輸入，將它們設計在PLC外圍的硬件電路中同樣可以滿足控制要求。如果外部硬件電路過于復雜，則應考慮仍將有關信號送入可編程序控制器，圖6 輸入信號設在PLC外部
用梯形圖來實現連鎖。
（7）利用RUN口 大多PLC有RUN口，而且只有該口接通（RUN到COM之間用導線短接）時，PLC才能運行，因此，可將某些輸入信號送入RUN口。在進行電梯控制系統的設計時，曾將電梯牽引電動機進行過載保護的熱繼電器常閉觸點、安全窗開關的'常開觸點、安全鉗開關的常開觸點、上下限位開關的常閉觸點等串入到RUN口到COM之間的連線上。當出現牽引電動機過載、安全窗被打開、安全鉗動作及沖頂和沉底等故障情況時，RUN口被切斷，PLC停止運行，既保證了電梯和乘客的安全，又可以督促維修人員進行維修。這樣做有以下兩點好處，一是牽引電動機過載、安全窗被打開等故障信號不送到PLC內，也就不占用PLC的輸入口；二是不通過軟件實現保護，可以簡化控制程序。
（二）節省輸出點數的方法
（1）分組輸出 如圖7所示，當兩組負載不會同時工作時，可通過外部轉換開關或受PLC控制的電器觸點進行切換，使PLC的一個輸出點可以控制兩個不同時工作的負載。
圖7 分組輸出
（2）矩陣輸出 如圖8所示為4×4矩陣輸出電路，用8個輸出點可控制16個負載。要使某個負載接通工作，只要它所在的行與列對應的輸出繼電器接通即可。例如，當Y010與Y004同時接通時，KM1得電吸合。應當注意的是：當只有某一行對應的輸出繼電器接通，各列對應的輸出繼電器才可以任意接通；或者當只有某一列對應的輸出繼電器接通，各行對應的輸出繼電器才可以任意接通。否則將會錯誤接通負載。因此，采用矩陣輸出時，必須將同一時間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否則將無法控制。
圖8 矩陣輸出
（3）并聯輸出 通斷狀態完全相同的負載，可以并聯后共用PLC的一個輸出點（要考慮PLC輸出點的負載驅動能力）。例如PLC控制的交通信燈，
對應方向（東與西對應、南與北對應）的燈通斷規律完全相同，將對應的燈并聯后可以節省一半的輸出點。
（4）負載多功能化 一個負載實現多種用途。例如，在傳統的繼電控制系統中，一個指示燈只指示一種狀態。在PLC控制系統中，利用PLC的軟件很容易實現利用一個輸出點控制指示燈的常亮和閃亮，這樣就可以利用一個指示燈表示兩種不同的信息，從而節省PLC的輸出點。
（5）某些輸出信號不進入PLC 系統中某些相對獨立、比較簡單的部分可以考慮不用PLC來控制，直接采用繼電器控制即可。
（6）利用輸出點擴展輸出點 與利用輸出點擴展輸入點相似，也可以用輸出點分時控制一組輸出點的輸出內容。例如：在輸出端口上接有多位LED7段碼顯示器時，如果采用直接連接，所需的輸出點是很多的。這時可使用圖9的電路利用輸出點的分時接通逐個點亮多位LED7段碼顯示器。
在圖9所示的電路中，CD4513是具有鎖存、譯碼功能的專用共陰極7圖9 輸出口擴展輸出口
段碼顯示器驅動電路，兩只CD4513的數據輸入端A～D共用可編程序控制
器的4個輸入端，其中A為最低位，D為最高位。LE端是鎖存使能輸入端，在LE信號的上升沿將數據輸入端的BCD數據鎖存在片內的寄存器中，并將該數譯碼后顯示出來，LE為低電平時，顯示器的數不受數據輸入信號的影響。顯然，N位顯示器所占用的輸出點P=4+N。圖9中Y004及YOO5分別接通時，輸出的數據分別送到上下兩片CD4513中。
（三）結束語
上述合理使用PLC輸入／輸出點及擴展PLC輸入／輸出點的方法，應用于技工學校的實習教學實踐中，可以有效的解決由于PLC的I/O點數不夠，而無法實現一些較復雜的控制過程的程序設計，影響學生學習效果的問題，充實了電工、電氣、自動化等專業的實訓課題，提高了學生的邏輯思維能力和動手能力，收到較好的效果。但在應用時一定要對PLC控制系統進行具體的分析，選擇其中最簡單、最有效的方式，并注意有些方法要在軟件上進行配合才能實現。
PLC輸入/輸出點的合理使用及擴展方法 篇2
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。
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2個輸入點，減少了4個，而且梯形圖程序也得到了簡化。
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。
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。
7、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。
8、 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。
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。
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