- 艾寶物聯(lián)IOBOV? ─ 工業(yè)無線測控專家
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引言
在設計PLC控制系統(tǒng)或對老設備進行PLC技術改造時，設計人員經常會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的輸入/輸出信號太多，需占用大量的PLC輸入/輸出點，在原先預計的輸入/輸出點不夠用的情況下，當然可以通過I/O擴展單元或I/O模塊來解決，被迫提高PLC的選用檔次，進而使系統(tǒng)的硬件配置增加，體積變大，設備初投資也隨之大大增加。筆者認為在對不是需要增加很多輸入/輸出點的情況下，可以通過一定的設計技術來擴展輸入/輸出點的數(shù)量，而又不降低PLC系統(tǒng)的可靠性，從而達到降低設備初投資成本的目的。
2
對輸入點的擴展技術
2.1
合并輸入擴展技術
一臺棉紡織設備中常常有幾個起動控制按鈕和幾個停止控制按鈕，且它們分別設置在機臺的不同位置，形成一種多地控制系統(tǒng)。圖1為三地控制的繼電器控制線路，從圖1中可以看出:在不同的地方裝有3只停止按鈕SB1、SB2、SB3，按下其中任一按鈕都使KM失電，電動機停轉;有3只起動按鈕SB4、SB5、SB6，按下其中任一按鈕都使KM得電并自保持，使電動機正常運轉;還有一過載檢測元件FR，只要主電路有過負荷故障，其串聯(lián)在圖1中的FR常閉觸點斷開，也使KM失電，電動機停轉，從而切斷過負荷故障。
圖1
三地控制的繼電器控制線路
若對該設備進行PLC改造，對輸入信號不加任何處理，將有SB1～SB6、FR共7個輸入信號要占用PLC
7個輸入點，在輸入／輸出點相對緊張時，對輸入信號可以采取圖2所示合并輸入擴展技術:即在PLC外部將4個常閉(動斷)觸點串聯(lián)，3個常開(動合)觸點并聯(lián)后再分別接入PLC的輸入端子，這樣只需占用2個輸入點，節(jié)省了5個輸入點，同樣能達到對其7個輸入信號的處理目的。轉化為梯形圖如圖３所示即可。
圖2
合并輸入擴展技術線路圖
圖3
采取合并輸入擴展技術的梯形圖
圖4
油泵電機起?？刂频奶菪螆D
2.2
狀態(tài)變換擴展技術
通常對于工作狀態(tài)屬于0/1或者開/關量變化的動作(如油泵電機的起停、冷卻液的開關、燈的亮熄等)進行PLC控制時,一般情況下要由2個按鈕分別控制它們的開和關。
圖4為某機床油泵電機起?？刂频奶菪螆D，占用了PLC
2個輸入點X0、X1，其中X0為油泵電機開按鈕輸入信號，X1為油泵電機關按鈕輸入信號，Y0為油泵電機開輸出信號。
對圖4采用狀態(tài)變換擴展技術，則只需一個按鈕X0即可，每按一下按鈕X0，就將當前的油泵電機的工作狀態(tài)翻轉一次，其實現(xiàn)的PLC梯形圖程序有三種電路，分別如圖5、圖6、圖7所示。
圖5
用計數(shù)器的梯形圖
圖6
不用計數(shù)器的梯形圖
圖7
用功能指令的梯形圖
圖5為用計數(shù)器進行控制的狀態(tài)變換技術。從圖5可以看出，當?shù)谝淮伟聪?/span>X0時，使Y0=1且自保持，油泵電機運轉，同時X0的下降沿啟動C0計數(shù)一次;當?shù)诙伟聪?/span>X0又松開時，它的下降沿又使C0計數(shù)一次，此時的計數(shù)值達到C0的設定值(K2)，計數(shù)器C0動作，其動斷觸點斷開Y0回路，油泵電機停轉，實現(xiàn)了輸出狀態(tài)的翻轉，在接下來的一個掃描周期內，計數(shù)器的動合觸點使C0復位，為下次計數(shù)做準備，從而實現(xiàn)了用一只按鈕啟停的單數(shù)次計數(shù)、雙數(shù)次計數(shù)復位的控制。
圖6為不用計數(shù)器進行控制的狀態(tài)變換技術。從圖6可以看出，初始運行時，M0=M1=Y0=0，當?shù)谝淮伟聪?/span>X0時，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵電機運轉，此時M0=1，M1=0;當?shù)诙伟聪?/span>X0時的掃描周期內，M0=1，M1=1，Y0=0，油泵電機停轉，實現(xiàn)了輸出狀態(tài)的翻轉，在接下來的一個掃描周期內，M0=M1=Y0=0，又恢復為初始狀態(tài)，為下一次的狀態(tài)變換作好了準備。從而也實現(xiàn)了用一只按鈕啟停的單數(shù)次運轉、雙數(shù)次停轉的控制[1>。
圖7為用功能指令進行控制的狀態(tài)變換技術。圖7中，ALT為交替輸出指令，其實際上是一個二分頻電路，每執(zhí)行一次ALT指令，目標元件的輸出狀態(tài)取反，即目標元件的狀態(tài)在ON和OFF之間交替變換。初始運行時，Y0=0，當?shù)谝淮伟聪?/span>X0時，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵電機運轉，當?shù)诙伟聪?/span>X0時的掃描周期內，Y0＝0，油泵電機停轉，實現(xiàn)了輸出狀態(tài)的翻轉[2>。
2.3
條件分隔擴展技術
在各種數(shù)控裝置中，自動和手動是最常用的兩種控制方式。手動工作方式的大量按鈕，占用了很多的輸入點，操作面板上的控制按鈕大多是為手動方式準備的，仔細分析會發(fā)現(xiàn)有些手動控制中使用的按鈕在自動方式中根本就不會出現(xiàn)。因此，我們可將這些不會同時出現(xiàn)的輸入信號按工作方式分成兩組，使它們在不同的工作方式中接入相同的輸入點，從而達到節(jié)省輸入點的目的，這種方法即為條件分隔擴展技術。具體方法如圖８所示。
圖8中，HK為工作方式轉換開關(如1位為自動，2位為手動方式)，必須占用一個點X0，以便在梯形圖中區(qū)分不同的作用;X1、X2、X3為重復使用的輸入點，這3個點分別接不同作用的開關，通過轉換開關方式的選擇，使點在不同時期起不同的作用，又為了避免寄生電路引起各點互相牽扯，各開關必須通過二極管或門再接到輸入點上。像圖８所示電路可節(jié)省6－4=2個輸入點，達到了節(jié)省輸入點的目的。
圖8
采用條件分隔擴展技術的線路圖
2.4
輸入點組合應用擴展技術
將n個輸入點取m個點組合，可得到Ｃnm個組合組，其每一個組合組便是一個新的輸入點，從而使輸入點從n個擴展為Ｃnm個，在不改變PLC原始配置的情況下使輸入點凈增Ｃnm－n個，這種技術稱為輸入點組合應用擴展技術。這種技術中，當n增加時，被擴展點數(shù)量增加很快。如n=6，當m=2時，新形成點數(shù)量為C62=15，這樣就從n=6點擴展為15個點。在此技術中，一般取m＝2，這樣不致使梯形圖過繁。具體實現(xiàn)辦法如圖9所示:
圖9
采用輸入點組合應用擴展技術的線路圖
圖9為n=5，m=2的組合應用圖。圖9中，在每個參與組合的點(X0到X4)上接一個二極管或門，其每個或門扇輸入數(shù)為(n－1)=5－1=4，且每m個(本圖為2)或門各與一個輸入端相連，一直不重復地接完，直至形成Ｃnm(本圖為C52)條連接線，這每一條連接線便是一個新的控制點。[3>
2.5
利用比較指令的輸入擴展技術
比較指令的功能是比較兩個數(shù)的大小。其指令格式如圖10所示。當X0＝ON時，則將K1(S1)與計數(shù)器C0(S2)的內容進行比較:
當K1>C0，M0=1;
K1=C0, M1=1; K1
圖10
利用比較指令輸入擴展技術的梯形圖
圖10中，當按一下X0=ON，M1=1，Y0=1且自保持，第一臺電動機起動;再按一下X0=ON，M2=1，Y1=1且自保持，第二臺電動機起動;第三次按下X0=ON，M0=1，Y2=1且自保持，第三臺電動機起動，起動過程完成。同理，當要求逆序停車時，按一下X1=ON，M11=1，Y2=0，第三臺電動機停車;再按一下X1=ON，M12=1，Y2=Y1=0，第二臺電動機停車;第三次按下X1=ON，M10=1，Y2=Y1=Y0，第一臺電動機停車,
停車過程按要求完成。
3
對輸出點的擴展技術
3.1
合并輸出擴展技術
目前，用PLC來實現(xiàn)控制的領域越來越多，像舞臺的藝術燈、大型戶外廣告屏、節(jié)日燈的控制等，在這些燈光的控制邏輯中，有一些燈的控制邏輯完全相同，對于通斷狀態(tài)完全相同的2個及以上的負載，可以采用并聯(lián)連接的合并輸出擴展技術，只需占用PLC的一個輸出點即可;對于在不同的工作方式下(如自動或手動工作方式)或者通過外部開關的轉換，有些輸出點不會同時出現(xiàn)的場合，也可以采用合并輸出擴展技術，使每個PLC輸出點可以控制兩個及以上不同時工作的負載。具體實現(xiàn)方法如圖11所示。
圖11
采用合并輸出擴展技術的線路圖
圖11中，如果KM1、KM2所帶負載的狀態(tài)完全相同，只需把KM1、KM2的線圈并聯(lián)連接，只占用1個輸出點Y0，可節(jié)省1個輸出點;同樣圖11中，如果Q1、Q2不會同時為接通狀態(tài)，則可以1個輸出點Y1來帶動兩路不會同時有輸出的負載KM3、KM4的輸出，從而也節(jié)省了一個輸出點。
3.2
輸出點組合應用擴展技術
輸出點組合應用擴展技術的要點是將n個輸出繼電器號分為兩組，每組個數(shù)各為n/2個，通過外部接線的技術組合，使每組每次有一個繼電器有輸出，則其可帶(n/2)×(n/2)個負載，這種技術可節(jié)省(n/2)×(n/2)－n個輸出點。如圖12所示:用6個(注:n=6)輸出點可以驅動9(3×3)個負載，節(jié)省了3個輸出點，在梯形圖編程時，需要用編碼的方法確定每一個負載，每一個負載由行線和列線所在的輸出繼電器號共同承擔。
3.3
機外處置擴展技術
PLC控制器有基本單元、擴展單元、擴展模塊之分，其相對繼電器－接觸器控制電路而言，價格相對較高，尤其是在需要占用大量輸出點時，還要對PLC基本單元進行擴展處理或需要選用更大點數(shù)的基本單元時，價格問題顯得尤為突出，因此在對某些控制邏輯簡單而又不參與工作循環(huán)的電氣設備或者在工作循環(huán)之前須先工作的設備而言，在用PLC進行總體控制設計時，這些設備可以不用PLC來控制其輸出，而采用PLC機外處置的辦法仍用繼電器－接觸器來進行控制，從而也達到了節(jié)省輸出點的目的，并且可大大降低投資成本。[1>
圖12
采用輸出點組合應用擴展技術的線路圖
4
結束語
上述介紹的這些技術，雖經筆者在電氣實驗室調試取得了成功，證明是切實可行的，但在實際應用過程中仍要注意進行模擬調試和系統(tǒng)聯(lián)調，確保萬無一失。這些技術方法應當是在迫不得已的情況下考慮的方法，因為在考慮節(jié)約投資成本等經濟性的同時，這些技術難免會帶來實踐操作、維護的復雜性，即使是非用不可，也一定要確保設備安全可靠，將復雜程度降到最低限度，并注意做好設計資料的保管工作，以便提供維護人員隨時查閱。
參考文獻
[1>
胡學林.
可編程控制器應用技術.
北京:高等教育出版社,2001.
[2> FX2系列PLC使用手冊.
[3>
黃新宇,張福潤.
可編程控制器應用中節(jié)省輸入點的方法.
制造技術與機床,2002(9).
作者簡介
顧子明(1968-)
男
講師/在職碩士生
研究方向:電氣自動控制與工廠供電的教學與研究。