基于組掃描的PLC開關量采集方法設計策略

　　概 述：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，對輸入點數較多的控制系統，可以節省plc的輸入點數，提高plc的信息采集效率效率，對降低控制系統成本具有重要意義。

　　1 引 言

　　plc是近四十年發展起來的現代工業控制技術，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優點和繼電器系統的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優點結合起來，并且其本身具有體積小、功耗低、性能穩定等特點，因而在工業生產過程控制中的得到了廣泛應用，被稱為現代工業自動化的三大支柱(plc、 數控技術、工業機器人)之一。

　　對于輸入輸出點數比較少的系統可以不需要接口擴展；當點數較多時，需要進行輸入輸出擴展。不同公司的plc產品，對系統總點數及擴展模塊數量都有限制，當擴展仍不能滿足需要時，就不得不使用網絡結構，這既增加了系統的復雜度，也提高了系統成本。

　　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，對輸入點數較多的控制系統，可以節省plc的輸入點數，提高plc的信息采集效率效率，對降低控制系統成本具有重要意義。

　　2 硬件設計

　　對于工業現場中經常會用到的開關、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，節省了一半的plc輸入輸出點數，在實際使用中還可以根據需要進行靈活擴展，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、穩定性好的二極管，如果出現二極管損壞或擊穿的情況，將會出現輸入信號不能被正確送入plc輸入端或出現輸入紊亂。另外輸入信號的組數不宜過多，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，若組數過多(如超過10組)，會出現信號延遲導致系統的靈敏度下降。

　　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據轉移到其他位置。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據來臨前將上一次掃描進來的開關量信號狀態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

　　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，能有效解決工業現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，降低控制系統設計成本，系統結構穩定，擴展性、靈活性好，具有一定的使用價值和推廣意義。