1、引言

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱為PLC，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到I/O點(diǎn)資源緊張以及性價(jià)比矛盾的問(wèn)題。有些被控設(shè)備需要具有手動(dòng)、自動(dòng)的工作方式，且手動(dòng)部分控制按鈕較多；有些自動(dòng)生產(chǎn)線中，進(jìn)行位置檢測(cè)的行程開(kāi)關(guān)或者用于系統(tǒng)工作狀態(tài)指示的輸出比較多，都會(huì)使占用的I/O點(diǎn)大為增加。一般通過(guò)增加擴(kuò)展模塊來(lái)解決，但PLC的I/O點(diǎn)價(jià)格昂貴，且還有擴(kuò)展模塊數(shù)目和I/O點(diǎn)數(shù)目的限制，如SIEMENS的CPU 226最大擴(kuò)展模塊數(shù)目為7，最大擴(kuò)展168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。若此時(shí)再增加CPU，勢(shì)必使得系統(tǒng)性價(jià)比大為降低，在這種情況下，擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)具有較大的實(shí)際意義。本文以SIEMENS的S7-200 PLC為例，探討如何擴(kuò)展PLC控制系統(tǒng)中I/O點(diǎn)數(shù)的方法。

2、硬件電路I/O點(diǎn)擴(kuò)展方法

2.1 分時(shí)分組輸入

對(duì)于既有手動(dòng)方式又有自動(dòng)方式，而二者不可能同時(shí)執(zhí)行的PLC工作方式，不同工作方式的輸入可以共用一個(gè)PLC的輸入點(diǎn)。分時(shí)分組輸入擴(kuò)展I／O點(diǎn)數(shù)接線圖如圖1所示。I1.0用來(lái)輸入自動(dòng)/手動(dòng)命令信號(hào)，供自動(dòng)和手動(dòng)程序切換用；二極管用來(lái)切斷寄生電路，避免錯(cuò)誤信號(hào)的產(chǎn)生；SA用來(lái)切換自動(dòng)和手動(dòng)操作方式。

圖1 分時(shí)分組輸入接線圖
2.2 共用輸出觸點(diǎn)

對(duì)于通斷狀態(tài)完全相同的負(fù)載，在輸出點(diǎn)功率允許的情況下，可以并聯(lián)于同一輸出點(diǎn)上，即用一個(gè)輸出點(diǎn)帶動(dòng)多個(gè)負(fù)載，需特別注意的是不能超出每個(gè)輸出點(diǎn)的允許負(fù)載能力。接線方式如圖2所示。

圖2 共用輸出點(diǎn)接線圖
2.3 合并輸入觸點(diǎn)

對(duì)于一個(gè)由如圖3所示的按鈕和接觸器實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)多點(diǎn)起動(dòng)、停止的控制要求，例如可在三處實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止，其中，SB1、SB2、SB3為起動(dòng)按鈕，SB11、SB12、SB13為停止按鈕。可以將每個(gè)按鈕接PLC的一個(gè)輸入點(diǎn)，很容易便可實(shí)現(xiàn)。若PLC的輸入點(diǎn)較為緊張，則可以用圖4所示的方式接線，與每個(gè)按鈕占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方式相比，該方法的軟件編程更為簡(jiǎn)單。

圖3 電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖

圖4 電動(dòng)機(jī)PLC控制接線圖
3、軟件編程I/O點(diǎn)擴(kuò)展方法

軟件擴(kuò)展的基本思想是一點(diǎn)兩用或輪序復(fù)用。即當(dāng)按鈕初次按下時(shí)，輸出要求為高;當(dāng)按鈕再次按下時(shí)，輸出要求為低;再按下時(shí)又為高，依此類推。這樣就可以節(jié)省一個(gè)輸入點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)有較多開(kāi)關(guān)量控制時(shí)可節(jié)省較多輸入點(diǎn)，如主機(jī)ON和主機(jī)OFF，紙料座上和紙料座下，都可以只用一個(gè)輸入點(diǎn)來(lái)控制。實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)兩用”的編程方法較多，如利用內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位指令等，本文僅介紹幾種簡(jiǎn)便方法。

3.1 利用邊沿檢測(cè)、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(cè)和輸出指令實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)兩用”，用STEP7 V5.3編制的STL程序如下。

程序說(shuō)明：當(dāng)?shù)?次按下按鈕SB時(shí)，I0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，在RLO邊沿檢測(cè)指令FP的作用下，輔助繼電器M0.1接通一個(gè)掃描周期，從而輸出繼電器Q0.0的線圈得電，且Q0.0構(gòu)成自鎖(保持)電路，同時(shí)Q0.0另一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，為M0.2接通做準(zhǔn)備;當(dāng)?shù)?次按下按鈕SB時(shí)，在FP指令的作用下，M0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)接通M0.2的線圈回路，M0.2的常閉觸點(diǎn)切斷了PLC的輸出，從而實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)兩用。

3.2 利用邊沿檢測(cè)、跳轉(zhuǎn)指令

若利用邊沿檢測(cè)和跳轉(zhuǎn)指令，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)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(shuō)明:第4、5個(gè)語(yǔ)句的功能是實(shí)現(xiàn)Q0.0的自取反，但若沒(méi)有前面的跳轉(zhuǎn)指令，則程序每個(gè)掃描周期都會(huì)將Q0.0的狀態(tài)取反一次;第1、2句的作用是限定只有當(dāng)I0.0的上升沿到時(shí)取反一次，否則跳出取反程序段，從而實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)兩用。

3.3 利用邊沿檢測(cè)、異或指令

若利用邊沿檢測(cè)和異或指令實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為簡(jiǎn)便，程序如下。

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

程序說(shuō)明:當(dāng)?shù)?次檢測(cè)到I0.0的上升沿，此時(shí)Q0.0為0，所以異或后輸出Q0.0為1，第2個(gè)掃描周期來(lái)時(shí)，已經(jīng)不是I0.0的上升沿了，因此為0，然而此時(shí)Q0.0確為1，所以異或后保持結(jié)果仍為1;第2次檢測(cè)到上升沿時(shí)，Q0.0為1，異或后輸出Q0.0的結(jié)果為0，等到下一個(gè)掃描周期到時(shí)，已經(jīng)不是上升沿了，而此時(shí)Q0.0還是為0，因此異或保持輸出仍為0。 (end)