范永辉 男,北京人,大学本科 ,电气工程师,(北京二七车辆厂建筑设计所,北京 100072) ,现就职于北京二七车辆厂建筑设计所,从事建筑电气、工业自动化电气的设计与组织施工。
摘要:主要介绍了在使用可编程序控制器时,节省输入输出通道的实用方法和实例,从而达到节约成本、优化设计的目的。
关键词:可编程序控制器;输入通道;输出通道;优化设计;节约成本
Abstract:The paper introduces the method and the example of saving I/O channel for the purpose of cost saving and reasonable design in the application of PLC(Programmable Logic Controller).
Key words:PLC; Input channel; Output channel; Reasonable design; Cost saving
在工业自动化控制设计时,经常会出现现场信号或驱动元件太多,可编程序控制器(本文简称PLC)输入输出通道不够,如果增加硬件模块或被迫提高PLC的选用档次,使系统硬件配置增加,设备成本增大。因此,如何节省PLC的输入输出通道,是能否优化设计、节约成本的一个重要问题。本文以三菱FX系列PLC在实际应用中经常应用的方法做一下归纳、整理。
1 减少PLC输入点的方法
(1) 用一个按钮实现起动停止控制的电路
起停控制电路是控制电路应用最多的电路,现场需要起停信号较多,传统的起停电路需要起动、停止两个按钮,如果我们使用PLC的交替输出指令(ALT指令),用一个按钮X0(假定此位接按钮)就可以控制Y0(假定此位接电机)的通断。如图1所示,第一次按下X0,输出继电器Y0为1,第二次按下X0,输出继电器Y0为零,如此循环,则可实现对电机的起停控制,从而节约一个输入通道。

(2) 信号设置在PLC之外
在设计时对于系统的某些输入信号,如图2所示,其中手动操作按钮、电机热继电器FR的保护信号,可以设置在PLC外部的硬件电路中。注意如果某些手动按钮需要串接连锁、互锁信号太多,造成外部接线复杂,则应考虑仍将这些信号接入PLC。

(3) 触点的合并
如果某些外部输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中,可以将它们对应的触点在PLC外部串、并联后作为一个整体输入PLC,则只需占用PLC的一个输入通道即可。这样既可节约成本又简化了线路。
如某负载按照工艺要求需要对其实现三方控制,即三个起动按钮,三个停止按钮,如果分别接入PLC则需要占用6个输入通道。如果按图3所示,将所有起动按钮并联,所有停止按钮串联后接入PLC,则只需占用2个PLC输入通道。

(4) 时分组输入
自动程序和手动程序不会同时执行,自动和手动这两种工作方式分别使用的输入量可分为两组输入,如图4所示,X10用来输入自动/手动指令信号,供自动程序和手动程序切换之用。

图中的二极管用来切断寄生电路。假设图中没有二极管,系统处于自动状态,K1、K2、K3闭合,K4断开,这时将有电流从X1端子流出,经K2、K1、K3形成的寄生回路流回COM端,使输入继电器X1错误地变为ON。如果开关串联了二极管之后,切断了寄生回路,避免了错误输入的产生,达到节约输入通道的目的。
2 减少所需输出通道的方法
(1) 少开关量负载所需输出点数的方法
在PLC的输出功率允许的情况下,通/断状态完全相同的多个负载并联后,可以共用一个输出点;通过外部的或PLC的转换开关的切换,一个输出点可以控制两个或多个不同时工作的负载。
在需要用指示灯显示PLC驱动负载工作状态时,可以将指示灯与负载并联,并联时指示灯与负载的额定电压应相同,总电流不能超过PLC输出通道允许值。
系统中某些相对独立或比较简单的部分,可以不进PLC,直接用继电器线路来控制,这样同时减少了所需的PLC的输入点和输出点。
(2) 少数字显示所需输出通道的方法
如果用PLC直接驱动多位LED七段显示器,每个需要7个输出通道,则需要总输出通道为P=N*7个(其中N为显示器的位数),显然需要输出通道很多。
如果按如图5所示,用PLC驱动具有锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513,再用CD4513芯片驱动显示器。每个CD4513的数据输入端A~D共用PLC的4个输入端,在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在芯片内的寄存器中,并将该数据译码后显示出来。如果输入的不是十进制数,显示器熄灭。LE为高电平时,显示的数不受数据输入信号的影响。显然N个显示器占用的输出点数为P=4+N。我们可以看到所驱动的显示器越多,节省的输出通道越多,成本降的越多。

应用时使用继电器输出模块驱动时,应注意在与CD4513相连的PLC各输出端与“地”之间分别接一个几千欧电阻,以免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。输出继电器的状态变化时,其触点可能出现抖动,因此应先送数据输出信号,待该信号稳定之后,再用LE信号的上升沿将数据锁存进CD4513。
以上是笔者在实际应用过程中用过的方法,当然在实际应用中应根据具体设计灵活掌握采用何种方式来节约成本和优化设计,希望能给大家提供借鉴作用。
参考文献:
[1] 可编程序控制器的编程方法与工程应用[M]. 重庆大学出版社.
[2] 三菱FX2N系列微型可编程序控制器使用手册.
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