1 引 言
plc是近四十年發(fā)展起來的現(xiàn)代工業(yè)控制技術，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點和繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來，并且其本身具有體積小、功耗低、性能穩(wěn)定等特點，因而在工業(yè)生產過程控制中的得到了廣泛應用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱(plc、 數(shù)控技術、工業(yè)機器人)之一。
對于輸入輸出點數(shù)比較少的系統(tǒng)可以不需要接口擴展；當點數(shù)較多時，需要進行輸入輸出擴展。不同公司的plc產品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足需要時，就不得不使用網(wǎng)絡結構，這既增加了系統(tǒng)的復雜度，也提高了系統(tǒng)成本。
針對大量開關量信號輸入的問題，以日本三菱公司的fx系列plc為例，本文設計了一種基于組掃描輸入的plc開關量采集方法，借助于輸入接口板，可以實現(xiàn)多個開關輸入信號接入plc單個輸入點，使用這種方法，對輸入點數(shù)較多的控制系統(tǒng)，可以節(jié)省plc的輸入點數(shù)，提高plc的信息采集效率效率，對降低控制系統(tǒng)成本具有重要意義。
2 硬件設計
對于工業(yè)現(xiàn)場中經(jīng)常會用到的開關、按鈕等開關量信號，通常按照圖1的配線方法接入plc的輸入點，該方法以com端作為所有開關量輸入信號的公共端，每一個開關或按鈕接入一個plc的輸入點。
圖1 常用開關量信號接入方法
為解決大量開關量信號輸入問題，利用信號掃描原理，設計了一種基于組掃描輸入的plc開關量輸入采集方法，硬件結構如圖2所示。圖中以16個開關量輸入信號為例，這16個開關量輸入信號被分為4組，分別接入四塊接口板(每塊接口板可接入4路信號，通過二極管輸出)。通過接口板后，k1、k5、k9、k13均接入plc的x1輸入端，依此類推，k2、k6、k10、k14均接入plc的x2輸入端，k3、k7、k11、k15均接入plc的x3輸入端，k4、k8、k12、k16均接入plc的x4輸入端，16個開關量輸入信號只占用了plc的4個輸入端。
4塊接口板分別由plc的4個輸出y1～y4選通(用虛線畫出)，如當y1有效而y2～y4均無效時，接口板i被選通，此時k1～k4的信號被送入x1～x4，當y2有效而y1、y3、y4無效時，k5～k8的信號被送入x1～x4，另外兩組信號的送入方法相同。在這種結構中，輸出端y代替com作為公共端。
這樣每個周期掃描4次，可分4次將16個信號送到plc的輸入端，每次掃描過后在程序中將x1～x4的狀態(tài)轉移到其他位置。16個輸入信號僅占用了4個輸入端和4個輸出端，節(jié)省了一半的plc輸入輸出點數(shù)，在實際使用中還可以根據(jù)需要進行靈活擴展，獲得更高的使用效率。如若每塊接口板上接8個開關量輸入信號，4塊板共接入32個輸入信號，共占用plc的8個輸入端，輸出端仍然是4個。
設計時要注意接口板中二極管的選擇，一定要選擇質量高、穩(wěn)定性好的二極管，如果出現(xiàn)二極管損壞或擊穿的情況，將會出現(xiàn)輸入信號不能被正確送入plc輸入端或出現(xiàn)輸入紊亂。另外輸入信號的組數(shù)不宜過多，圖2中是4組，若每次掃描時間間隔為100ms，則4次掃描的掃描周期是400ms，輸入信號的延遲最大可能達到400ms，若組數(shù)過多(如超過10組)，會出現(xiàn)信號延遲導致系統(tǒng)的靈敏度下降。
圖2 基于組掃描的plc開關量輸入采集硬件結構
圖3 軟件流程圖
1 引 言
plc是近四十年發(fā)展起來的現(xiàn)代工業(yè)控制技術，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點和繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來，并且其本身具有體積小、功耗低、性能穩(wěn)定等特點，因而在工業(yè)生產過程控制中的得到了廣泛應用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱(plc、 數(shù)控技術、工業(yè)機器人)之一。
對于輸入輸出點數(shù)比較少的系統(tǒng)可以不需要接口擴展；當點數(shù)較多時，需要進行輸入輸出擴展。不同公司的plc產品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足需要時，就不得不使用網(wǎng)絡結構，這既增加了系統(tǒng)的復雜度，也提高了系統(tǒng)成本。
針對大量開關量信號輸入的問題，以日本三菱公司的fx系列plc為例，本文設計了一種基于組掃描輸入的plc開關量采集方法，借助于輸入接口板，可以實現(xiàn)多個開關輸入信號接入plc單個輸入點，使用這種方法，對輸入點數(shù)較多的控制系統(tǒng)，可以節(jié)省plc的輸入點數(shù)，提高plc的信息采集效率效率，對降低控制系統(tǒng)成本具有重要意義。
2 硬件設計
對于工業(yè)現(xiàn)場中經(jīng)常會用到的開關、按鈕等開關量信號，通常按照圖1的配線方法接入plc的輸入點，該方法以com端作為所有開關量輸入信號的公共端，每一個開關或按鈕接入一個plc的輸入點。
圖1 常用開關量信號接入方法
為解決大量開關量信號輸入問題，利用信號掃描原理，設計了一種基于組掃描輸入的plc開關量輸入采集方法，硬件結構如圖2所示。圖中以16個開關量輸入信號為例，這16個開關量輸入信號被分為4組，分別接入四塊接口板(每塊接口板可接入4路信號，通過二極管輸出)。通過接口板后，k1、k5、k9、k13均接入plc的x1輸入端，依此類推，k2、k6、k10、k14均接入plc的x2輸入端，k3、k7、k11、k15均接入plc的x3輸入端，k4、k8、k12、k16均接入plc的x4輸入端，16個開關量輸入信號只占用了plc的4個輸入端。
4塊接口板分別由plc的4個輸出y1～y4選通(用虛線畫出)，如當y1有效而y2～y4均無效時，接口板i被選通，此時k1～k4的信號被送入x1～x4，當y2有效而y1、y3、y4無效時，k5～k8的信號被送入x1～x4，另外兩組信號的送入方法相同。在這種結構中，輸出端y代替com作為公共端。
這樣每個周期掃描4次，可分4次將16個信號送到plc的輸入端，每次掃描過后在程序中將x1～x4的狀態(tài)轉移到其他位置。16個輸入信號僅占用了4個輸入端和4個輸出端，節(jié)省了一半的plc輸入輸出點數(shù)，在實際使用中還可以根據(jù)需要進行靈活擴展，獲得更高的使用效率。如若每塊接口板上接8個開關量輸入信號，4塊板共接入32個輸入信號，共占用plc的8個輸入端，輸出端仍然是4個。
設計時要注意接口板中二極管的選擇，一定要選擇質量高、穩(wěn)定性好的二極管，如果出現(xiàn)二極管損壞或擊穿的情況，將會出現(xiàn)輸入信號不能被正確送入plc輸入端或出現(xiàn)輸入紊亂。另外輸入信號的組數(shù)不宜過多，圖2中是4組，若每次掃描時間間隔為100ms，則4次掃描的掃描周期是400ms，輸入信號的延遲最大可能達到400ms，若組數(shù)過多(如超過10組)，會出現(xiàn)信號延遲導致系統(tǒng)的靈敏度下降。
圖2 基于組掃描的plc開關量輸入采集硬件結構
圖3 軟件流程圖
3 軟件設計
在軟件設計中要考慮兩個主要的問題。一是要定時輸出單個掃描選通信號，用來選通相應的接口板，二是要及時將掃描進來的數(shù)據(jù)轉移到其他位置。在這種plc輸入設計方法中，在每個掃描周期，每組開關量信號中的一個依次送入一個plc輸入端，這樣就必須在下次掃描數(shù)據(jù)來臨前將上一次掃描進來的開關量信號狀態(tài)轉移到其他位置保存。
圖3為軟件流程圖，基于上述考慮設計的軟件程序(梯形圖)如圖4所示。每次掃描時間間隔100ms，16個開關量信息采集到plc后分別送入m100～m115保存，指令rol和ref的含義分別是循環(huán)左移和輸出刷新。
圖4 支持多點掃描輸入的plc輸入軟件實現(xiàn)
4 結束語
本文設計的一種基于組掃描輸入的plc開關量采集方法，利用信號掃描原理，能有效解決工業(yè)現(xiàn)場中存在的大量開關量信號輸入問題，該方法可以大大減少plc的輸入點數(shù)，降低控制系統(tǒng)設計成本，系統(tǒng)結構穩(wěn)定，擴展性、靈活性好，具有一定的使用價值和推廣意義。