PLC输入电路设计中减少输入点的技术方法

    PLC在实际应用中经常会碰到两个问题：一是PLC的输入或输出点数不够，需要扩展，然而增加扩展单元将会提高成本；二是已选定的PLC可扩展输入或输出点数有限，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。不仅可以降低系统硬件成本，还可以解决已使用的PLC进行再扩展时I/O点数不够的问题。

    从表面上看，PLC的输入点数是按系统的输入设备或输入信号的数量来确定。但实际应用中，经常通过以下方法，可达到减少PLC输入点数的目的。

   (1)输入触点合并。如图5-8所示，将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是动断触点，则串联输入；如果是动合触点，则并联输入。这样就只占用PLC的一个输入点。一些保护电路和报警电路就经常采用这种输入方法。

   (2)某些功能比较简单，与系统控制部分关系不大的输入信号可放在PLC之外。如图5-9所示，某些负载的手动按钮就可设置在PLC之外，用来直接驱动负载，这样，不但减少了输入点的使用，而且在PLC发生故障时，用PLC外部的手动按钮直接控制负载，不至于使生产停止。又如用作电动机过载保护的热继电器触点，既可以从PLC的输入端输入，用程序对电动机进行过载保护，也可以在PLC之外，将热继电器的物理常闭触点与被控负载串联，但后一种方法节省了一个输入点，而且更简单实用，只是外围接线稍微麻烦一些。

    图5-8    输入触点的合并

    图5-9    输入信号设在PLC外部

   (3)分时分组输入。一般控制系统都存在多种工作方式，而且系统工作时这些工作方式又不会同时并存，只是选择其中的一种工作方式运行。所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组，PLC运行时只会用到其中的一组信号。因此，各组输入可共用PLC的输入点，这样就使所需的PLC输入点减少。

    如图5-10所示，系统有“自动”和“手动”两种工作方式。将这两种工作方式分别使用的输入信号分成两组：“自动”输入信号SQ0、SQ1、…、SQ7，“手动”输入信号SB0、SB1、…、SB7。两组输入信号共用PLC的输入点0.00、0.01、…、0.07（如SB0，SQ0共用PLC的输入点0.00）。用“工作方式”选择开关来切换“自动”和“手动”信号的输入电路，并通过1.00让PLC识别是“自动”信号还是“手动”信号，从而执行自动程序或手动程序。

    图5-10    分时分组输入

    图5-10中的二极管是为了防止出现寄生电路产生错误输入信号而设置的。如果没有这些二极管，当工作方式选择开关扳到“自动”位置，若SQ0闭合、SQ1断开，即使SB0、SB1闭合，也应该是0.00有输入，而0.01没有输入。但是若无二极管隔离，电流电源正极→SQ0→SB0→SB1→0.01→COM形成寄生回路，使得输入继电器0.01错误地接通。因此必须串入二极管来切断寄生回路，避免错误输入信号的产生。

    采用这种输入方法，编程时必须用1.00去区分自动(SQ0、SQ1、…、SQ7)和手动(SB0、SB1、…、SB7)工作方式。

   (4)矩阵输入。图5-11所示为3×3矩阵输入电路。用PLC的三个输出点(10.00、10.01、10.02)和三个输入点(0.00、0.01、0.02)来实现9个开关量输入设备的输入。输出10.00、10.01、10.02的公共端“COM”并联之后串联驱动信号源DC24V（注意极性）与输入继电器的公共端“COM”连接。设PLC为继电器输出型，10.00、10.01、10.02轮流导通（需程序配合实现），输入端0.00、0.01、0.02也因此得到三组输入设备的状态。10.00接通时分别读入SQ1、SQ2、SQ3的通断状态；10.01接通时分别读入SQ4、SQ5、SQ6的通断状态；10.02接通时分别读入SQ7、SQ8、SQ9的通断状态。

    当10.00接通时，如果SQ1闭合，则电流从电源“+”→“输入COM”→0.00→VD1→SQ1→10.00→“输出COM”→电源负极，使输入继电器0.00接通得电。在梯形图中应该用10.00动合触点和0.00动合触点的串联电路未表示SQ1提供的输入信号。

    图5-11中的二极管也是起切断寄生回路的作用。

    图5-11    矩阵输入

    这种矩阵输入的方法除了要按图5-11的硬件接线外，还必须有对应的PLC内部程序来配合实现功能。图5-12所示就是配合矩阵输入电路的梯形图程序。该程序采用移位寄存器来实现10.00、10.01、10.02的轮流导通。移位寄存器的移位脉冲由定时器TIM 000产生，但其周期应大于PLC的扫描周期。

    由于输入信号是分时段被读入PLC，所以连续的输入信号读入后变成一系列断续的脉冲信号，在设计程序时应注意这个问题。另外，应保证输入(SQ)信号的宽度大于10.00、10.01、10.02轮流导通一遍的时间，否则可能会丢失输入信号。

    这种输入方法是以牺牲输出点数和延长输入信号的响应时间为代价的。矩阵的行数和列数越多，这种输入方法节约PLC输入点数的效果越明显。

    图5-12    矩阵输入的梯形图和波形图

   (a)梯形图；(b)时序波形图

   (5)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5-13(a)所示，三个输入信号S1、S2、S3只要占用两个输入点，再通过PLC程序[如图5-13(b)所示]译码又还原成S1、S2、S3对应的200.01、200.02、200.03等3个信号。

    采用这种方法应保证各输入开关信号不会同时接通。

    图5-13    组合输入

   (a)接线图；(b)梯形图

   (6)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强大的逻辑功能，来实现一个输入设备在不同条件下，产生不同作用的信号。下面举例予以说明。

    如图5-14所示的梯形图只用一个按钮SB0输入0.00去控制输出10.00的通与断。当10.00断开时，按一下按钮SB0是0.00接通，200.00接通一个扫描周期，使10.00接通并自锁；当再次按下按钮，200.00再次接通一个扫描周期，由于此前10.00已接通，所以使200.01接通一个扫描周期，其动断触点分断一个扫描周期是10.00失电并解除自锁。即按一下按钮SB0，10.00接通；再按一下按钮SB0，10.00断开，以此类推。改变了传统继电器电路中要用两个按钮（一个起动按钮、一个停止按钮）的方法，从而减少了PLC的输入点数。

    图5-14    只用一个按钮的起动、保持、停止电路

   (a)梯形图；(b)波形图

   (7)巧妙利用RUN口。PLC上有一RUN口，只有将URN口与COM接通时，PLC才能运行，同时RUN口指示灯亮。将控制系统中保护类电气的动断触点串人RUN口与COM之间，既可使这些保护类电器的触点不占用PLC的输入点，又可达到在这些保护类电器动作时使PLC停止运行的目的。