控制按钮的接线顺序

5.2.2　减少I/O点数的措施

在PLC控制系统的实际应用中，经常碰到输入或输出点数不够的问题，而PLC I/O点数的多少是决定控制系统价格的一个重要因素，虽然可选择点数多的PLC或通过扩展单元来解决，但提高了成本，增大了投资。因此，有时在满足系统控制要求的前提下，需要合理地使用I/O点数，尽量减少所需的I/O点数。下面介绍PLC外部电路设计中，I/O点数简化的几种常用方法。

1）减少输入点数的措施

（1）输入点的合并

将具有相同功能的输入触点在PLC的外部串、并联后再接至PLC输入端，可有效减少PLC的输入点数。例如，图5-4所示的异地控制电动机的启动、停止。图（a）为电气控制电路。图（b）、图（c）为PLC控制的I/O接线图及梯形图。在用上位计算机对PLC进行监控时适宜采用图（b）接法，这种接线的优点是对外部输入信号的判断比较容易和直观，但占用PLC输入点数多。因为停止按钮SB₁、SB₂和热继电器触点FR，都具有使电动机停转的相同功能，启动按钮SB₃、SB₄具有相同的启动电动机功能，在无需准确判断外部输入信号的情况下，可按图（c）的简化方法接线，即将具有相同控制功能的操作开关串联或并联连接（注意：常开点并联，常闭点串联，如果图（c）中的SB1、SB2和FR采用常闭点，则三者串联，对应的梯形图中的X1改为常开点）。显然这种接线方式与图（b）的接线方式相比，不仅占用PLC输入点数少了三个，而且简化了梯形图。

图5-4　异地控制电动机的启动、停止

（2）单按钮启停控制

通常一台设备的启动和停止控制需由两只按钮分别完成，当一台PLC控制多个这种具有启停操作的设备时，将占用许多输入点（如污水处理控制中的多台泵的启停控制）。一般整体式PLC的I/O点是按3∶2的比例配置的，由于大量被控设备是输入信号多，输出信号少，有时在设计一个不太复杂的控制电路时，也会面临输入点不足的问题，因此用单按钮启动停止控制可有效地节约常规启停控制所需的一半输入点数。如图5-5所示的梯形图是只用一个按钮通过X0输入来控制输出Y0通断的例子。图中，当Y0断开时，按下按钮（X0接通），M0产生脉宽为一个扫描周期的窄脉冲，使Y0得电并自锁；再按一次按钮，M0再产生脉宽为一个扫描周期的窄脉冲，由于此时Y0已得电，所以M1也得电，其常闭触点使Y0断开。即按一次按钮，X0接通一下，Y0得电；再按一次按钮，X0又接通一下，Y0失电。改变了传统继电器控制中要用两个按钮（启动按钮和停止按钮）的做法，从而减少了PLC的输入点数。

利用该梯形图可以实现单按钮启动停止控制功能，从而满足相应的功能需要，并节省一个输入点。当然实现此功能的方法及相应的梯形图较多，感兴趣的读者可查找有关资料。

图5-5　单按钮启保停控制

图5-6　分组输入

（3）分组输入

许多设备有自动控制和手动控制两种工作方式，但系统只选择其中一种工作方式运行，自动程序和手动程序不同时执行。因此，可将系统输入信号按其对应的工作方式分组，自动和手动两种工作方式分别使用的输入信号可以分成两组输入，并增加一个自动/手动指令信号作自动程序和手动程序间的切换，如图5-6所示。系统有“自动”和“手动”两种工作方式，其中S1、S2为手动工作方式用到的输入信号，S3、S4为自动工作方式用到的输入信号。用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号的输入电路，并通过X0让PLC识别是“自动”，还是“手动”，从而执行自动程序或手动程序。

图中串入的二极管是为了防止出现寄生回路，避免错误输入信号而设置的。例如，当SA扳到“自动”位置，若S3闭合，S4断开，虽然S1、S2闭合，但应该是X1有输入，而X2无输入，但如果无二极管隔离，则电流从X2流出，经S2→S1→S3→COM形成寄生回路，从而使得X2错误地接通。

（4）矩阵输入

如图5-7所示为3×3矩阵输入电路，用PLC的三个输出点Y0、Y1、Y2和三个输入点X0、X1、X2来实现9个开关量输入设备的输入。图中输出Y0、Y1、Y2的公共端COM与输入继电器的公共端COM连在一起。当Y0、Y1、Y2轮流导通，则输入端X0、X1、X2也轮流得到不同的三组输入设备的状态，即Y0接通时读入Q₁、Q₂、Q₃的通断状态，Y1接通时读入Q₄、Q₅、Q₆的通断状态，Y2接通时读入Q₇、Q₈、Q₉的通断状态。

图5-7　3×3矩阵输入电路

当Y0接通时，如果Q₁闭合，则电流从X0端流出，经过VD₁→Q₁→Y0端，再经过Y0的触点，从输出公共端COM流出，最后流回输入COM端，从而使输入继电器X0接通。在梯形图程序中应该用Y0常开触点和X0常开触点的串联，来表示Q₁提供的输入信号。图中的二极管起切断寄生回路的作用。

采用矩阵输入方法除了要按图5-7的硬件连接外，还必须编写对应的PLC程序。由于矩阵输入的信号是分时被读入PLC，所以读入的输入信号为一系列断续的脉冲信号，在使用时应注意这个问题。另外，应保证输入信号的宽度要大于Y0、Y1、Y2轮流导通一遍的时间，否则可能会丢失输入信号。

2）减少输出点数的措施

（1）负载并联

系统中有些负载的通断状态是完全相同的，两个或两个以上的通断状态完全相同的负载可并联后共用PLC的一个输出点来驱动。（注意：负载并联的条件是负载电压必须一致，且并联负载的负荷不得超过PLC输出点的驱动能力。）

（2）利用接触器辅助触点

PLC驱动大功率负载时，往往要通过接触器、继电器进行电压或功率的转换。一般接触器除完成主控功能外，还提供了多对辅助触点。在PLC外部电路设计中，可充分利用接触器的辅助触点进行电气联锁或控制指示灯等，使PLC的一个输出点可同时控制两个或多个有不同要求的负载，这样可少用PLC输出点。

（3）用数字显示器代替指示灯

如果系统的工作状态指示灯或工步比较多，可以用数字显示器代替指示灯，可节省PLC输出点数。如图5-8所示，16步程序需要16点输出驱动指示灯，如果使用BCD码的数字显示，只需8点输出驱动2个带译码驱动的数字显示器即可。2个数字显示器可显示00～99，即100个状态。因此工步或状态指示灯愈多，用数字显示器的优越性就越大。

（4）输出设备多用化

有些系统可能有多种故障显示和报警，只要条件允许，可将部分或全部显示或报警电路并联连接，用一个或少用几个输出继电器驱动。例如，在PLC系统中容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可指示两种状态；或者用一盏灯的闪烁表示所有的报警状态，而用不同的输入反映不同的报警原因。这也可少占用PLC输出点数。

图5-8　指示灯与数字显示器驱动的比较

简化PLC输入输出点的方法是多样的，使用者应从实际出发选用或设计切实有效的方案。