擴展PLC控制系統I/O點的方法探討

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱為PLC，它具有可靠性高、抗干擾能力強等突出優點，因而廣泛應用于工業控制領域，已經成為現代工業自動化的主要支柱之一。在PLC控制系統的設計中，經常會遇到I/O點資源緊張以及性價比矛盾的問題。有些被控設備需要具有手動、自動的工作方式，且手動部分控制按鈕較多；有些自動生產線中，進行位置檢測的行程開關或者用于系統工作狀態指示的輸出比較多，都會使占用的I/O點大為增加。一般通過增加擴展模塊來解決，但PLC的I/O點價格昂貴，且還有擴展模塊數目和I/O點數目的限制，如SIEMENS的CPU 226最大擴展模塊數目為7，最大擴展168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。若此時再增加CPU，勢必使得系統性價比大為降低，在這種情況下，擴展I/O點數具有較大的實際意義。本文以SIEMENS的S7-200 PLC為例，探討如何擴展PLC控制系統中I/O點數的方法。

2、硬件電路I/O點擴展方法

2.1 分時分組輸入

對于既有手動方式又有自動方式，而二者不可能同時執行的PLC工作方式，不同工作方式的輸入可以共用一個PLC的輸入點。分時分組輸入擴展I／O點數接線圖如圖1所示。I1.0用來輸入自動/手動命令信號，供自動和手動程序切換用；二極管用來切斷寄生電路，避免錯誤信號的產生；SA用來切換自動和手動操作方式。

圖1 分時分組輸入接線圖

2.2 共用輸出觸點

對于通斷狀態完全相同的負載，在輸出點功率允許的情況下，可以并聯于同一輸出點上，即用一個輸出點帶動多個負載，需特別注意的是不能超出每個輸出點的允許負載能力。接線方式如圖2所示。

圖2 共用輸出點接線圖

2.3 合并輸入觸點

對于一個由如圖3所示的按鈕和接觸器實現的電動機多點起動、停止的控制要求，例如可在三處實現啟動和停止，其中，SB1、SB2、SB3為起動按鈕，SB11、SB12、SB13為停止按鈕。可以將每個按鈕接PLC的一個輸入點，很容易便可實現。若PLC的輸入點較為緊張，則可以用圖4所示的方式接線，與每個按鈕占用一個輸入點的方式相比，該方法的軟件編程更為簡單。

圖3 電動機電氣控制原理圖

圖4 電動機PLC控制接線圖

3、軟件編程I/O點擴展方法

軟件擴展的基本思想是一點兩用或輪序復用。即當按鈕初次按下時，輸出要求為高;當按鈕再次按下時，輸出要求為低;再按下時又為高，依此類推。這樣就可以節省一個輸入點，當系統有較多開關量控制時可節省較多輸入點，如主機ON和主機OFF，紙料座上和紙料座下，都可以只用一個輸入點來控制。實現“一點兩用”的編程方法較多，如利用內部輔助繼電器、定時器、計數器、移位指令等，本文僅介紹幾種簡便方法。

3.1 利用邊沿檢測、輸出指令

若按鈕SB連到I0.0上，輸出控制Q0.0，利用邊沿檢測和輸出指令實現“一點兩用”，用STEP7 V5.3編制的STL程序如下。

程序說明：當第1次按下按鈕SB時，I0.0的常開觸點閉合，在RLO邊沿檢測指令FP的作用下，輔助繼電器M0.1接通一個掃描周期，從而輸出繼電器Q0.0的線圈得電，且Q0.0構成自鎖(保持)電路，同時Q0.0另一對常開觸點閉合，為M0.2接通做準備;當第2次按下按鈕SB時，在FP指令的作用下，M0.1的常開觸點接通M0.2的線圈回路，M0.2的常閉觸點切斷了PLC的輸出，從而實現一點兩用。

3.2 利用邊沿檢測、跳轉指令

若利用邊沿檢測和跳轉指令，實現起來較為簡便，其STL程序如下。

A I0.0
FP M0.0
JNB OUT
AN Q0.0
= Q0.0
OUT: NOP0

程序說明:第4、5個語句的功能是實現Q0.0的自取反，但若沒有前面的跳轉指令，則程序每個掃描周期都會將Q0.0的狀態取反一次;第1、2句的作用是限定只有當I0.0的上升沿到時取反一次，否則跳出取反程序段，從而實現一點兩用。

3.3 利用邊沿檢測、異或指令

若利用邊沿檢測和異或指令實現起來更為簡便，程序如下。

A I0.0
FP M0.0
X Q0.0
= Q0.0

程序說明:當第1次檢測到I0.0的上升沿，此時Q0.0為0，所以異或后輸出Q0.0為1，第2個掃描周期來時，已經不是I0.0的上升沿了，因此為0，然而此時Q0.0確為1，所以異或后保持結果仍為1;第2次檢測到上升沿時，Q0.0為1，異或后輸出Q0.0的結果為0，等到下一個掃描周期到時，已經不是上升沿了，而此時Q0.0還是為0，因此異或保持輸出仍為0。