低成本的PLC輸入點擴展方法研究

1 引言
PLC因為體積小、功耗低、性價比高、抗干擾能力強、編程使用方便等優點被廣泛地應用于工業控制領域。但在實際應用過程中，往往是被控對象的輸出點少于輸入點，實現控制任務需要檢測的點較多，或者操作按鈕比較多，這樣在選型時PLC的輸出點數目可以很容易的滿足要求，而對于輸入點來說有可能不易滿足，針對這樣情況通常可以采取如下措施:(1)選取輸入點數目比較多的PLC，這樣在滿足了控制系統對輸入點數目的要求同時，增加了輸出點數目，使輸出點產生冗余而閑置，造成了資源浪費。(2)選擇輸出點數目滿足要求的PLC，通過配置專用的輸入模塊來增加輸入點數目，使輸入點數目滿足控制系統的要求，這種方法增加了控制系統的成本，降低了系統的性價比。(3)仍然是選擇輸出點數目滿足要求的PLC，但在擴展時增加部分外圍電路，這部分電路主要由譯碼器構成，這樣可以大大降低系統的初期投資。(4)采用PLC的軟件編程實現，其優點是在PLC輸出點數目滿足系統要求的前提下，選擇輸入點數目較少的PLC，不增加額外的硬件，利用這PLC自身固有的資源，通過編碼方法實現輸入點數目的擴展。本文通過對PLC輸入、輸出點的組合，介紹了兩種基于軟件編程方法的輸入點擴充方法。
2 基于軟件編程方法的輸入點擴充方法
PLC的一個重要的特點就是各組輸入、輸出點的獨立性較強，這一點主要表現在輸入、輸出點的公共端上。一方面，單獨的輸入、輸出點可以有自己的公共端另一方面，多個輸入、輸出點可以共用一個公共端，這樣輸入、輸出點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點組合矩陣的原理來增加輸入點數目。
2.1 利用矩陣鍵盤掃描原理擴展PLC輸入點數目
取PLC的m個輸入點作為輸入節點矩陣的行回掃線輸入端，取PLC的n個輸出點作為輸入節點矩陣的列選擇線輸出端，同時將所用輸入端的公共端COM和輸出端的公共端COM相連，通過內部程序控制n條列選擇線的狀態，從而實現輸入節點矩陣列掃描;通過檢測m個輸入點的狀態，完成輸入節點矩陣的行掃描;這樣就可以唯一確定輸入節點矩陣中某一接點的閉合狀態。利用節點矩陣，可以很方便地由m個輸入點和n個輸出點擴展成m×n個輸入點。

圖1為采用矩陣鍵盤掃描原理擴展4×2個輸入點的原理圖。當PLC的輸入、輸出動作時必須構成一個閉合回路。下面以輸入節點S0和S1說明系統的工作過程:
(1) 當PLC輸出點Y0、Y1斷開時，輸入點I0的回路不通，此時即使輸入節點S1、S2閉合，PLC也無法檢測到節點的閉合。
(2) 當PLC輸出點Y0閉合，Y1斷開時，若輸入節點S0閉合，可使PLC輸入點I0有效;同時，因為Y1斷開，S1閉合無效。
(3) 當PLC的輸出點Y1閉合，Y0斷開時，若輸入節點S1閉合，可使PLC輸入點I0有效;同時，因為Y0斷開，S2閉合無效。
通過上述分析，可以知道分時控制輸出點Y0、Y1的狀態，就可以唯一確定輸入節點S1、S2的閉合狀態，同理也可以將推廣到輸入節點S2、S3、S4、S5、S6、S7。在使用這種方法時必須確定鍵盤的掃描時間，而掃描時間的長短取決于PLC的輸出點形式。對于晶體管、晶閘管以及固態繼電器輸出的PLC，在滿足控制要求的前提下，可將掃描時間取的短一些;對于繼電器輸出的PLC，考慮到觸點的壽命，掃描時間應適當延長。

2.2 利用輸入點組合矩陣方法擴展PLC輸入點數目
利用矩陣鍵盤掃描原理擴展PLC輸入點數目的前提是PLC必須有剩余的輸出點。如果沒有，這種方案必然不可行，這時必須借助于輸入點，下面介紹一種基于輸入點組合矩陣的輸入點擴展方法。
取PLC的m個輸入點構成m個輸入節點組，取PLC的n個輸入點構成n個輸入節點狀態檢測端，即每個輸入節點組包含有n個節點，這樣就可以實現m×n個輸入點的擴展。當某一接點閉合時，對應的輸入節點組和輸入節點檢測端都有信號送入PLC，通過輸入節點的判斷就可以唯一確定輸入節點狀態。
圖2是利用輸入節點組合矩陣擴展3×4個輸入點的原理圖。圖2中包含有3個輸入節點組，4個輸入狀態檢測端，即每組包含4個輸入節點。圖2中二極管的作用是防止節點閉合時相互間的干擾。下面以輸入節點S0說明系統的工作過程。
(1) 當輸入節點S0斷開時，對應的輸入節點組輸入端X0和輸入狀態檢測端X6均無輸入，表明S0斷開。
(2) 當輸入節點S0閉合時，對應的輸入節點組輸入端X0和輸入狀態檢測端X6均有信號進入PLC，表明S0閉合。
通過上述分析，可以得到如下結論:由輸入點X0和輸入點X6組合的唯一性就可以唯一確定輸入節點S0的狀態，從而達到擴展輸入點數的目的，這一結論可以從附表的真值表得出。附表1中，“1”表示PLC輸入點內部觸點閉合，“0”表示斷開。
這種方法可方便的擴展PLC輸入點數目，與前一種方法相比，對PLC的適用性較強，掃描時間的選擇取決于應用程序的掃描時間。
3 結束語
利用PLC自身的輸入點和輸出點擴展PLC實際的輸入點數目無需增加額外的硬件，提高了系統的性價比。對于上面提到的2種擴展PLC輸入點數的方法，在實驗室中進行了驗證，簡便易懂，運行可靠，具有一定的應用價值。