降低控制系統(tǒng)的PLC信息開關(guān)采集設(shè)計(jì)

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(shù)，由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)和繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，并且其本身具有體積小、功耗低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的得到了廣泛應(yīng)用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(plc、 數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人)之一。

對于輸入輸出點(diǎn)數(shù)比較少的系統(tǒng)可以不需要接口擴(kuò)展；當(dāng)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，需要進(jìn)行輸入輸出擴(kuò)展。不同公司的plc產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)及擴(kuò)展模塊數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展仍不能滿足需要時(shí)，就不得不使用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這既增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，也提高了系統(tǒng)成本。

針對大量開關(guān)量信號(hào)輸入的問題，以日本三菱公司的fx系列plc為例，本文設(shè)計(jì)了一種基于組掃描輸入的plc開關(guān)量采集方法，借助于輸入接口板，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)開關(guān)輸入信號(hào)接入plc單個(gè)輸入點(diǎn)，使用這種方法，對輸入點(diǎn)數(shù)較多的控制系統(tǒng)，可以節(jié)省plc的輸入點(diǎn)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(shè)計(jì)

對于工業(yè)現(xiàn)場中經(jīng)常會(huì)用到的開關(guān)、按鈕等開關(guān)量信號(hào)，通常按照圖1的配線方法接入plc的輸入點(diǎn)，該方法以com端作為所有開關(guān)量輸入信號(hào)的公共端，每一個(gè)開關(guān)或按鈕接入一個(gè)plc的輸入點(diǎn)。

圖1 常用開關(guān)量信號(hào)接入方法

為解決大量開關(guān)量信號(hào)輸入問題，利用信號(hào)掃描原理，設(shè)計(jì)了一種基于組掃描輸入的plc開關(guān)量輸入采集方法，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中以16個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)為例，這16個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)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(hào)，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(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)只占用了plc的4個(gè)輸入端。

4塊接口板分別由plc的4個(gè)輸出y1～y4選通(用虛線畫出)，如當(dāng)y1有效而y2～y4均無效時(shí)，接口板i被選通，此時(shí)k1～k4的信號(hào)被送入x1～x4，當(dāng)y2有效而y1、y3、y4無效時(shí)，k5～k8的信號(hào)被送入x1～x4，另外兩組信號(hào)的送入方法相同。在這種結(jié)構(gòu)中，輸出端y代替com作為公共端。

這樣每個(gè)周期掃描4次，可分4次將16個(gè)信號(hào)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(zhuǎn)移到其他位置。16個(gè)輸入信號(hào)僅占用了4個(gè)輸入端和4個(gè)輸出端，節(jié)省了一半的plc輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在實(shí)際使用中還可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活擴(kuò)展，獲得更高的使用效率。如若每塊接口板上接8個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)，4塊板共接入32個(gè)輸入信號(hào)，共占用plc的8個(gè)輸入端，輸出端仍然是4個(gè)。

設(shè)計(jì)時(shí)要注意接口板中二極管的選擇，一定要選擇質(zhì)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(huì)出現(xiàn)輸入信號(hào)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(hào)的組數(shù)不宜過多，圖2中是4組，若每次掃描時(shí)間間隔為100ms，則4次掃描的掃描周期是400ms，輸入信號(hào)的延遲最大可能達(dá)到400ms，若組數(shù)過多(如超過10組)，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)延遲導(dǎo)致系統(tǒng)的靈敏度下降。

圖2 基于組掃描的plc開關(guān)量輸入采集硬件結(jié)構(gòu)

圖3 軟件流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中要考慮兩個(gè)主要的問題。一是要定時(shí)輸出單個(gè)掃描選通信號(hào)，用來選通相應(yīng)的接口板，二是要及時(shí)將掃描進(jìn)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其他位置。在這種plc輸入設(shè)計(jì)方法中，在每個(gè)掃描周期，每組開關(guān)量信號(hào)中的一個(gè)依次送入一個(gè)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(jìn)來的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其他位置保存。

圖3為軟件流程圖，基于上述考慮設(shè)計(jì)的軟件程序(梯形圖)如圖4所示。每次掃描時(shí)間間隔100ms，16個(gè)開關(guān)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(diǎn)掃描輸入的plc輸入軟件實(shí)現(xiàn)

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的一種基于組掃描輸入的plc開關(guān)量采集方法，利用信號(hào)掃描原理，能有效解決工業(yè)現(xiàn)場中存在的大量開關(guān)量信號(hào)輸入問題，該方法可以大大減少plc的輸入點(diǎn)數(shù)，降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，擴(kuò)展性、靈活性好，具有一定的使用價(jià)值和推廣意義。