采用软件和硬件设计节省PLC I／O的方法和技巧.pdf

第 3期 2 0 0 5年 6月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n No 3 J u n 2 0 0 5 文章编号：1 6 7 1 2 5 1 X(2 0 0 5)0 3 0 0 5 6 0 3 采用软件和硬件设计 节省 P L C I 0 的方法和技巧 熊 幸 明(长沙大学电子系，湖南 长沙4 1 0 0 0 3)摘要：设计 P L C控制系统时，可能会遇到输入、输 出点不足的问题。文章以 F X z N-4 8 MR型 P L C为例，就如何科 学地、合理地设计 系统控 制程序和硬件 电路、节省 P L C的 I O 点进行研 究和探 讨。关键词：P I C；I O；节省；软件设计；硬件设 计；方法；技巧 中图分类号：T P 2 7 3 文 献标 识码：B 言 罢：凳 P L C(可编程控制器)已广泛应用 于工业 自动化 领域。在其控制 系统 的设计 中，经常碰 到 系统 的输 入信号、输 出设备较多，而 P L C输入、输 出点不够用 的问题。通常的解决办法或者提高 P L C选用的档 次，或者加装扩展单元，增加输入、输出点。但 P L C 的每一个 I o 点平 均 价 格通 常高 达 几 十、上 百元，且扩展单元增 加 的点数 也 有较 大 的限制。因此，如 何节省使用 P I C的输入、输出点，是精减控制系统 结构、降低设备投资费用的一个重要问题。在工程 实践中，我们发现从软件编程和硬件电路设计两方 面着手，可以大大节省 P L C实际占用的输入、输出 点。本文以 F X 2 N-4 8 MR型 P I C为例，就如何科学、合理地设计系统控制程序和硬件电路，节省 P L C的 I o 点进行 研究和探讨。1 内部软件编 程、辅 以外部硬 件法节省 I O点 1 1 节 省 输 入 点 在 P L C输入信号较多的情况下，利用编码器对 输入信号进 行编码后，引 到 P L C输入端，再通过 P L C内部程序译码，对各个输入信号加以识别，可 以大大减 少 P L C输 入 点 的 占用。如 图 1所 示，为 P L C输入端接线及 内部译码程序，在 P L C的输入 端接入一个 8 3线编码器，编码器的 8 个输入端接 输入信号，3个输 出端与 P L C输入端相接。显然，这种输入方式的硬件电路和系统程序相对要复杂一 些，但节 省 了输入点。必须注意，如果编码器输入端 收 稿 日期：2 0 0 4 一i 0 2 2 别，按 次序进行编码。Oo X0 0 0 编 o 码 X0 0 1 P LC 器 o，Xo o 2 F X2 N-4 8 MR(a)外 部接 线 图 XO0 2 XO01 XO0 0 MO 0。0 2 XO0 1 x 0 O 0 _、X0 0 2 XO O1 Xo o 0 H卜 X0 0 2 XO Ol X0 0 0 HH卜 Xo o 2 Xo o1 X0 0 0 卜 卜 X0 0 2 XO Ol Xo o 0 _ 1 H卜 X0 0 2 XO O1 X0 0 0 HH卜 M3 M7 (b)内 部 译 码 梯 形 图 图 1 P L C输入端接线及内部译码程序 1 2 节省输 出点 在 P L C输出信号较多 的情况下，在 P L C输 出 端 与 负 载 之 间 接 一 个 3 8线 译 码 器(例 如 7 4 L S 1 3 8)，P L C的 3个 输 出端 与 译 码 器 输 入 端 相 接，译码器的 8 个输出分别接负载。在编写 P L C的 控制程序时，将输出信号预先编码，P L C输出后，通 过译码器进行译码驱动负载。显然，这种输出方式 维普资讯 http:/ 2 0 0 5年 第 3期 熊幸明：采用软件和硬件设计 节省 P L C I o的方 法和技巧 5 7 使控制程序变得相对复杂一些，但节省了 P I c的输 出点。其接 线如 图 2所示。Y0】0 I O 译 P L C Y O l 1 I 码 器 YO1 2 1 2 F X2 N 一 4 8 M R Oo O J 02 O3 04 Os 06 0 图 2 P L C输 出端接 线 图 在 P L C输 出点不够用 的情况下，采 用 图 3所示 的软件编码、x Y矩阵译码输 出电路可大大节省输 出点。P L C的输出点具有一定的带负载能力，在输 出触点容量允许的情况下，可直接驱动负载。若负 载需多个控制触点或触点容量不够大时，通常是用 P L C输出点驱动接触器线圈或其它执行元件，再由 接触器或其 它执行元 件去驱动负载。所 以，在对 P L C编程时，预先将输出信号进行编码，P L C输 出 后，再由 P L C的 1 6 个输 出点组成的 8 8 译码矩阵 进行译码。图 3中，当 x、Y行列各有一个输 出点有 效 时，受控 的 6 4个 接 触 器 中有 一个 线 圈得 电。这 样，用 1 6个输 出点就 可控 制 6 4个不 同控 制逻辑 要 求的负载，节省了 P L C的输出点。0 o o o o o 乏 L Y o o 出 o o 4 _ l y o 0 乏 L Y 0 o KM 一 fI 丁 -1 I l 1 l -一 P -一 卜 _-一 -一 -一 -一 -一 图 3 矩阵译码输 出电路 2 其它节省 I o点的方法 0 0 7 2 1 按 工作 方式分类采集输入信 号节省输入 点 很多生产机械都有手动、自动等多种工作方式。虽然可在设计硬件电路时，利用公共端切换、分组输 入等方法节省 P L C的输入点，但在复杂系统中输入 信号往往很多，这种方法 的效果还不是 十分显著。通过分析可以发现，不同工作方式的输入信号，有很 多不会同时在其它工作方式中出现。如 自动工作方 式所用的大量检测元件，在手动工作方式 中往往不 被使用，而手动工作方式使用的按钮，在 自动工作方 式就根本不会出现。因此，在设计系统控制程序时，可根据系统的控制流程，将信号归属于不同的工作 方式。利用工作方式选择开关进行切换，以它的状 态为条件，采用跳步指令或主控置位指令将不同工 作方式的控制程序设计成按条件选择执行的程序分 支。当 P L C工作在不同的程序分支时，虽然程序中 输入信号占用的输入点相同，却代表了不同的意义。在保证输入信号正确可靠 的前提下，合理共用输入 通道，节省了 P L C的输入点。其输入信号采集流程 如图 4 所示。图 4中，系统包含多种工作方式，各方 式间相互独立，采集的信号属于哪种工作方式取决 于系统运行在哪一方式中。若系统中各信号能保证 只出现在各 自工作方式的程序运行 阶段，系统就能 可靠地用 1 个输入通道采集数个分属于不同工作方 式 的信 号。若系统 中信号不 能保证 只 出现在各 自工 作方式的程序运行阶段，则不能简单地套用上面的 方 法。否则，系统输 入信号就会混淆 出错。这样，系 统只用较少的输入点，就可采集较多的外部信号。采集输入信号 二=工作方式判别 方式I I I 方式I I l I 方式I I I 输入信号 作为方式I 信号处理 输入信号 作为方式I I 信号处理 输入信号 作为方式I I I 信号处理 图 4 输入信号采集流程图 2 2 利 用 P I C内部元 器件功能 以“软”代“硬”通常，各种型号的 P L C内部的定时器、计数器 的数量都很多，远远超过实际需要。因此，可以充分 利用这些富余的内部功能元件，节省输入点。(1)利用定时器代替行程开关，节省输入点 PL C经常用 来 控制 生 产 机 械 的运 动。有些 机 械 的运 动速度均匀，运动行 程 与时 间关 系确 切。因 此，可以间接地用时间控制代替行程控制，用定时器 代替行程开关。定时器是 P L C的内部功能元件，由 程序设计调用。这样，既节省了 P L C的输入点，也 减少了因行程开关接触不 良可能引起的故障。o苎 H H H H H H H 一=I _ 维普资讯 http:/ 5 8 工矿 自动化 2 0 0 5年 6月 (2)利用计数器代替行程开关，节省输入点 在生产 机械 控制 中，对于连 续运 动而按 行程 发 生运动状态的机械，也可利用计数器代替行程开关。以机械滑台动力头典型的运动方式为例，一般都是 用几个行程开关实现动力头的快进、工进、快退、停 止等运动状态转换，每个行程开关占用 P L C 1 个输 入点。如果采用 P L C的计数器控制，只需用 1 个行 程开关(只占 1 个输入点)装在滑动部件上，将档块 安装 在 各 行 程 控 制 位 置 上。动 力 头 工 作 流 程 和 P I C控制 的梯形 图如 图 5所 示。S Q 3 C1 0 *Cl 1 拌 C1 2 (a)动力 头工 作沉 程图(b)P I C控制梯 形图 图 5 计数器代替行程开关控制动力头运行程序 图 5中，C I O C1 2为加法 计数 器，行程 开关 为 输入信号 X O 1 1，作 为计数脉 冲信 号，输 出继 电器 Y O I O YO 1 2分别控制动力头快进、工进、快退运 动。当按下 启 动 按 钮 S B时，输 入继 电 器 X O I O接 通，动力头开始快进，行程开关每经过一个档块时被 触动一次，各计数器的计数值加 1，依次发出快进转 工进、工进转快退、以及停止和计数器复位命令。显 然，利用计数器代替行程开关，不仅节省 了 P L C的 输入点，也减少了行程开关本身的故障隐患。(3)利 用计数 器和单按钮 实现起、停控 制，节省 输入点 普通 的起、停控 制 电路需 用 2个按 钮，占用 P L C两个输入点，利用计数器实现单按钮起、停控 制，占用 1 个输入点就够 了。其程序梯形图如图 6 所示。设起、停控制按钮 由 X O 1 0端接人。当按下按 钮时，X O 1 0接通，M2 0 0 产生的窄脉冲使 Y O 1 0接通 并 自锁。同时，M2 0 0的窄脉冲使计数器 C 2 1 0减 1；当按钮第二次按下时，M2 O O V 产生一个脉冲，C 2 1 0 再减 1，C 2 1 0 的常闭触点断开，使Y O 1 0 断开。同时，C 2 1 0的常开触点又将计数器复位，为下一次起动作 好准备。-1 l r l lC 2 1 0 L 一 -_ _ o U T I 晰 C2 1 0 图 6 用计数器和单按钮实现起、停控制的程序梯形 图 2 3利用转移指令 节省输入 点 在既 有 手动自动操 作 的 系统 中，在 P L C的 1 个输入端上接1 个开关，进行 自动 手动切换，再利 用程序中的转移指令将 自动和手动操作加以区别，可以达到节省输入点的 目的。当切换开关合上时，跳过手动程序，执行 自动程序；当切换开关打开时，跳过 自动程序，执行手动程序。1个输入端具有 了 自动和手动操作两种功能。2 4 PL C 内部编程、外部译码选通 节省输 出点 对于使用m个 B C D码显示器显示 P I C数据的 系统，可 以将 这些 B CD码显 示器 并联 接到 P L C 的 4 个输出端点，通过 P L C内部程序控制另外 m个输 出端点对这些显 示器 进行 轮番 选通，可 以大大 节省 输 出端点 的 占用。3 结语 对于一个特定的控制对象来说，在设计其控制 程序和硬件电路时，有许多节省 P L C输入、输出点 的方法 和技 巧。对 于 不 同厂 家、型号 的 P I C，这 些 设计方法和技巧基本上大同小异，触类旁通。通过 科学、合理地利用 P L C内部元器件，采取将程序设 计与硬件设计相结合等措施，可有效地节省 P L C的 I o点，从而节省设备投资，提高产品的经济效益。参 考文 献 1 程晓红 高效实用的可编程控制器编程技巧及方法的 应用 J 电工技术杂志，1 9 9 9，(1)E 2 3 齐从谦 P I C技术及应用E M 北京：机械工业 出版社，2 O O O E 3 3 成宇 可编程控制器基础及 编程技巧 M3 广州：华 南理工大学出版社，1 9 9 9 J _ J-眦 j _ 卜 J-J-一 H H H H H H 一 一 一 进 进 退 快 工 快 O一 ，一 2 一 维普资讯 http:/