PLC输入/输出点的合理使用及扩展方法
在设计一个PLC控制系统时，可能会遇到PLC输入输出点数不足的问题，在不增加PLC配置的情况下，除利用外部资源通过硬件实现PLC点数的扩展，还可利用PLC的内部资源通过编程即软件来实现PLC点数的扩展。下面是小编收集整理的PLC输入/输出点的合理使用及扩展方法，希望大家喜欢。
PLC输入/输出点的合理使用及扩展方法 篇1
摘要：本文叙述了作者在技工学校的PLC实训教学的教学实践过程中，因受学校所现有型号的PLC限制，造成了学生在进行PLC控制技术实操训练时，由于PLC的输入／输出（I/O）点数不够而无法实现一些较复杂的控制过程的设计，影响学生实训效果的现实情况，作者通过研读有关资料，结合本人的对可编程序控制器的使用经验，总结出几种常用的合理使用PLC输入/输出（I/O）点及扩展输入/输出（I/O）点的方法及其意义。
关键词：技工学校 实训教学 PLC 合理使用 扩展 输入/输出点
论文内容
在PLC的教学实践中经常碰到I/O点数不够的问题，若通过增加扩展来解决，则需要较大的经济投入，甚至由于可扩展的I/O点数有限以及扩展单元无法安装等原因而无法通过增加扩展来解决。因此，在满足控制系统要求的前提下，合理使用I/O点，尽量减少所需的I/O点数，这不仅可以降低PLC控制系统的硬件成本，还可以解决PLC扩展I/O点数的问题，提高学生灵活应用PLC的I/O点数进行程序设计有很大的意义。
（一）节省输入点数的方法
一般认为输入点数是按系统输入信号的数量来确定的。但在实际应用中，通过以下措施可达到节省PLC输入点数的目的，下面以FX1N系列PLC来介绍。
（1）分组输入 如图1所示，系统有“手动”和“自动”两种工作方式。用X000来识别使用“自动”还是“手动”操作信号，“手动”时的输入信号为SB0～SB3，“自动”时的输入信号为S0～S3，如果按正常的设计思路，那么需要X000～X007一共8个输入点，若按图1的方法来设计，则只需X001～X004一共4个输入点。图中的二极管用来切断寄生电路。如果图中没有二极管，系统处于自动状态，SB0、SB1、S0闭合S1断开，这时电流从COM端子流出，经SB0、SB1、S0形成寄生回路流入X000端子，使输入位X002错误地变为ON。各开关串联了二极管后，切断了寄生回路，避免了错误的产生。但使用该方法应考虑输入信号强弱。
图1 分组输入
（2）矩阵输入 如图2所示为4×4矩阵输入电路，它使用PLC的四个输入点（X000～X003）和四个输出点（Y000～Y003）来实现16个输入点的功能，特别适合PLC输出点多而输入点不够的场合。当Y000导通时，X000～X003接受的是Q1～Q4送来的输入信号；当Y001导通时，X000～X003接受的是Q5～Q8送来的输入信号；当Y002导通时，X000～X003接受的是Q9～Q12送来的输入信号；当Y003 导通时，X000～X003接受的是Q13～Q16送来的输入信号。将Y000的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q1～Q4；将Y1的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q5～Q8；将Y002的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q9～Q12；将Y003的常开点与X000～X003串联即为输入信号Q13～Q16。
图2 矩阵输入
使用时应注意的是除按图2进行接线外，还必须有对应的软件来配合，以实现Y000～Y003轮流导通；同时还要保证输入信号的宽度应大于Y000～Y003轮流导通一遍的时间，否则可能丢失输入信号。该方法的缺点是使输入信号的采样频率降低为原来的三分之一，而且输出点Y000～Y003不能再使用。
（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3所示，三个输入信号SB0～SB2只占用两个输入点，M0～M2图3 组合输入
分别代表SB0～SB2。
（4）输入设备多功能化 在传统的继电控制系统中，一个主令（按钮、开关等）只产生一种功能的信号。在PLC控制系统中，一个输入设备在不同的条件下可产生不同的信号，如一个按钮既可用来产生启动信号，又可用来产生停止信号。如图4所示，只用一个按钮通过X000去控制Y000的“通”与“断”。即第一次接通X000时Y000“通”再次接通X000时Y000“断”。
图4 用一个按钮控制的启动、保持、停止电路
（5）输入触点的合并 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入（常闭触点串联输入、常开触点并联输入）。一些保护电路和报警电路常常采用此法。
如果外部某些输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中，可以将它们对应的某些触点在可编程序控制器外部串并联后作为一个整体输入可编程序控制器，只占可编程序控制器的一个输入点。
例如某负载可在多处启动和停止，可以将多个启动信号并联，将多个停止信号串联，分别送给可编程序控制器的两个输入点，如图5所示。与每一个启动信号和停止信号占用一个输入点的方法相比，不仅节约了输入点，还简化了梯形图电路。
图5 输入触点的合并
（6）某些输入信号不进入PLC 系统中有些信号功能简单、涉及面窄，如图6中的手动按钮、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，将它们设计在PLC外围的硬件电路中同样可以满足控制要求。如果外部硬件电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送入可编程序控制器，图6 输入信号设在PLC外部
用梯形图来实现连锁。
（7）利用RUN口 大多PLC有RUN口，而且只有该口接通（RUN到COM之间用导线短接）时，PLC才能运行，因此，可将某些输入信号送入RUN口。在进行电梯控制系统的设计时，曾将电梯牵引电动机进行过载保护的热继电器常闭触点、安全窗开关的常开触点、安全钳开关的常开触点、上下限位开关的常闭触点等串入到RUN口到COM之间的连线上。当出现牵引电动机过载、安全窗被打开、安全钳动作及冲顶和沉底等故障情况时，RUN口被切断，PLC停止运行，既保证了电梯和乘客的安全，又可以督促维修人员进行维修。这样做有以下两点好处，一是牵引电动机过载、安全窗被打开等故障信号不送到PLC内，也就不占用PLC的输入口；二是不通过软件实现保护，可以简化控制程序。
（二）节省输出点数的`方法
（1）分组输出 如图7所示，当两组负载不会同时工作时，可通过外部转换开关或受PLC控制的电器触点进行切换，使PLC的一个输出点可以控制两个不同时工作的负载。
图7 分组输出
（2）矩阵输出 如图8所示为4×4矩阵输出电路，用8个输出点可控制16个负载。要使某个负载接通工作，只要它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。例如，当Y010与Y004同时接通时，KM1得电吸合。应当注意的是：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以任意接通；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以任意接通。否则将会错误接通负载。因此，采用矩阵输出时，必须将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则将无法控制。
图8 矩阵输出
（3）并联输出 通断状态完全相同的负载，可以并联后共用PLC的一个输出点（要考虑PLC输出点的负载驱动能力）。例如PLC控制的交通信灯，
对应方向（东与西对应、南与北对应）的灯通断规律完全相同，将对应的灯并联后可以节省一半的输出点。
（4）负载多功能化 一个负载实现多种用途。例如，在传统的继电控制系统中，一个指示灯只指示一种状态。在PLC控制系统中，利用PLC的软件很容易实现利用一个输出点控制指示灯的常亮和闪亮，这样就可以利用一个指示灯表示两种不同的信息，从而节省PLC的输出点。
（5）某些输出信号不进入PLC 系统中某些相对独立、比较简单的部分可以考虑不用PLC来控制，直接采用继电器控制即可。
（6）利用输出点扩展输出点 与利用输出点扩展输入点相似，也可以用输出点分时控制一组输出点的输出内容。例如：在输出端口上接有多位LED7段码显示器时，如果采用直接连接，所需的输出点是很多的。这时可使用图9的电路利用输出点的分时接通逐个点亮多位LED7段码显示器。
在图9所示的电路中，CD4513是具有锁存、译码功能的专用共阴极7图9 输出口扩展输出口
段码显示器驱动电路，两只CD4513的数据输入端A～D共用可编程序控制
器的4个输入端，其中A为最低位，D为最高位。LE端是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端的BCD数据锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来，LE为低电平时，显示器的数不受数据输入信号的影响。显然，N位显示器所占用的输出点P=4+N。图9中Y004及YOO5分别接通时，输出的数据分别送到上下两片CD4513中。
（三）结束语
上述合理使用PLC输入／输出点及扩展PLC输入／输出点的方法，应用于技工学校的实习教学实践中，可以有效的解决由于PLC的I/O点数不够，而无法实现一些较复杂的控制过程的程序设计，影响学生学习效果的问题，充实了电工、电气、自动化等专业的实训课题，提高了学生的逻辑思维能力和动手能力，收到较好的效果。但在应用时一定要对PLC控制系统进行具体的分析，选择其中最简单、最有效的方式，并注意有些方法要在软件上进行配合才能实现。
PLC输入/输出点的合理使用及扩展方法 篇2
在可编程控制系统的实际应用中，为了提高PLC系统的可靠性，减少PLC控制系统的造价在设计PLC控制系统或对老的设备进行改造时，经常会遇到输入点或输出点数量不够而需要扩展的问题，可以增加I/O扩展单元或I/O扩展模块这种增加硬件配置的方法来解决。但这样会提高成本、增大安装体积，在需要增加点不多的情况下，可以通过对输入输出信号的处理来节省PLC的输入输出点数，使问题得以解决。
减少输入点数的方法
1、触点合并输入扩展法
通过修改外部的电路先将具有相同功能的几个触点串联或并联，用合并的输入方法与PLC相连，作为PLC的输入信号，这样可以有效地减少占用PLC的输入点数。在串联时，任意一个动断触点断开都有效，串联时几个动合触点同时闭合有效。
一般情况下对设备进行控制时都有很多保护开关，任何一个触点动作设备都要停止运行，因此在设计时将这些开关串联在一起，只用PLC的一个输入点。如图1所示。若对输入的不采用任何合并措施将会占用PLC的6个输入点，通过触点合并输入扩展法处理后将只占用2个输入点，减少了4个，而且梯形图程序也得到了简化。
2、分频电路扩展法
通过PLC的编程，可以达到用单按钮来控制程序，如电动机的起停控制，是电动机只通过一个按钮来实现，节省PLC的点数，而且减少了外部按钮极其接线。
如图2所示，将单按钮接入PLC的X0端，在第一个脉冲到来时，M0产生一个扫描周期的脉冲输出，使M0的常开触点动作接通，Y0线圈接通并保持，是电动机起动并运行，当第二个脉冲到来，M0的常闭触点断开一个扫描周期，Y0线圈断开，电动机停止工作，以后循环往复。实现单按钮对电动机的起停控制。通过梯形图程序的分析出图2实现的是一个二分频电路。
3、计数器指令扩展法
如图3所示，图中X0接外部的按钮，当第一次按下，M0产生微分脉冲，Y0接通并自锁，电机起动运行，同时M0的另一对动合触点接通是计数器C0接通一次，当第二次按下按钮时，M0有产生一个脉冲，使C0计数到2次，其动断触点断开使Y0断开，电机停止，同时Y0线圈的断开使得C0复位为下一次做准备。就利用了PLC内部的编程元件M0、C0通过编程节省了一个输入点。
4、移位指令扩展法
如图4所示，梯形图中Y0用来驱动输出设备，X0外接按钮，当第一次按下按钮，X0的两对触点分别接通位移位寄存器的数据输入端和移位输入端，M0的数据为“1”并移位到M1中使Y0接通，同时M1的常闭触点断开使M0变为“0”。
再次按下按钮，因M0数据为“0”移位时将M0的数据移至M1中使Y0断开从而使设备停止工作。此时电路恢复到初始状态重复循环。这样通过为移位指令实现节省PLC输入点数的目的。
5、跳转指令输入扩展法
为便于单机就地的操作和调试，增加系统的可靠性，PLC控制系统的很多设备都有自动控制和手动控制两种状态，自动程序和手动程序不会同时执行，把自动和手动信号叠加起来，利用PLC的COM端，按不同的控制状态要求进行分组后输入到PLC，由自动、手动转换开关及及条件跳转指令进行切换，分组输入电路如图5所示。
SB1与SB3按钮都使用X1输入端，但实际代表不同的逻辑意义。在图5中设置二极管用来切断寄生电路，防止因寄生电路而使PLC出现错误的输入信号。X1输入端也可反映两个输入信号的状态，利用跳转指令达到两种工作方式的选择如图6所示。当X1置1时，执行自动工作方式，当X1置0时，执行手动工作方式。
7、KEY、DSW指令扩展法
使用KEY指令，只需4个输入点，4个输出点就可以输入10个数字键和6个功能键；使用DSW指令，只需4个或8个输入点，4个输出点就可以读入一个或两个4位BCD码数字开关信息。
8、 矩阵输入扩展法
此方法是将二极管开关矩阵的行、列引线分别接到PLC的I／O端点上。将n个输入点作为行线，将m个输出点作为列线。这样，当矩阵为n行m列时，可以得到n×m个输入信号供可编程控制器组成的控制系统使用。对于FX2N系列，使用矩阵输入指令MTR，只用8个输入点和8个输出点，就可以输入64个输入点的状态。
节省输出点数的方法
1、输出负载并联扩展法
对于通断状态完全相同的负载可以采用并联后，共用PLC的一个输出点，即一个输出点带多个负载，如果多个负载的总电流超出输出点的容量，可以用一个中间继电器在控制其它负载。在一些系统中可能有多种故障显示或报警，如过压、过流、越位、失磁等显示或报
警，如果条件允许可将部分或全部报警电路并联连接用一个或少用几个输出驱动来减少PLC的输出点数。此方法的缺点是难以判断故障的原因。
2、接触器辅助触点扩展法
在许多大功率的控制系统中，通常含接触器，在PLC地输入输出点不够时课考虑利用接触器的辅助触点进行电气连锁或控制指示灯等，可节省PLC的输出点。
3、数字显示器扩展法
当负载为信号灯时，用数码管采用数字显示扩展法可减少占用PLC输出点的个数。在电梯控制系统中对电梯楼层的指示可采用数字显示器来显示，如用BCD码输出，仅需用4个输出点就可以实现9层站以下电梯的楼层的显示，10到19层仅需用5个输出点。
而使用信号灯指示，有几层就要占用几个输出点，楼层越高占用的输出点越多。FX2N系列PLC的7段译码指令SEGD可将十六进制数译为七段显示器所需的代码，直接控制一只七段显示器，用7个输出点；还有一些数字显示的指令，都可以减少输出点的数量。
如图7为一4位带译码器显示，Y0~Y3为BCD码，Y4~Y7为片选信号，在图8编制的数字现在控制程序中，显示的数据分别存放与数据寄存器D0~D3中，D0、D1、D2、D3分别为千位、百位、十位及个位，X5为控制运行与停止的开关。原来需要16个输出，采用图8的编程方法只需8个，大大节省了PLC的输出点数，而达到多位显示的目的。
在PLC控制系统中，PLC的输入输出口、PLC内部的编程元件都是工程的资源，扩展输入输出点的方法很多，在实际的应用中，使用者应从设计出发，灵活应用PLC的指令编程，将软件与硬件相结合，选用或设计切实有效地方案以达到充分利用有限的资源的目的。
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