西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8低价销售
利用plc自身的输入点和输出点扩展plc实际的输入点数目无需增加额外的硬件，提高了系统的性价比。对于上面提到的2种扩展plc输入点数的方法，在实验室中进行了验证，运行可靠，简便易懂，应用价值颇为可观。
1 引言
PLC具有体积小、、功耗低、抗干扰能力强、编程使用方便等优点被广泛地应用于工业控制领域。但在实际应用过程中，被控对象的输出点少于输入点现象较为频繁，实现控制任务需要检测的点较多，或者操作按钮比较多，这样在选型时plc的输出点数目可以很容易的满足要求，而对于输入点来说有可能不易满足，针对上述情况通常可以采取如下措施: (1)选择输出点数目满足要求的plc，通过配置专用的输入模块来增加输入点数目，使输入点数目满足控制系统的要求，这种方法增加了控制系统的成本，降低了系统的性价比。(2)选取输入点数目比较多的plc，这样在满足了控制系统对输入点数目的要求增加了输出点数目，使输出点产生冗余而闲置，造成了资源浪费。(3)仍然是选择输出点数目满足要求的plc，但在扩展时增加部分外围电路，这部分电路主要由译码器构成，这样可以大大降低系统的初期投资。(4)采用plc的软件编程实现，其优点是在plc输出点数目满足系统要求的前提下，选择输入点数目较少的plc，不增加额外的硬件，利用这plc自身固有的资源，通过编码方法实现输入点数目的扩展。本文通过对plc输入、输出点的组合，介绍了两种基于软件编程方法的输入点扩充方法。
2 基于软件编程方法的输入点扩充方法
plc的一个重要的特点就是各组输入、输出点的独立性较强，这一点主要表现在输入、输出点的公共端上。一方面，单独的输入、输出点可以有自己的公共端另一方面，多个输入、输出点可以共用一个公共端，这样输入、输出点相互间的组合就比较容易。通过这些组合，我们可以借用矩阵键盘扫描原理和输入节点组合矩阵的 原理来增加输入点数目。
2.1 利用矩阵键盘扫描原理扩展plc输入点数目
取plc的m个输入点作为输入节点矩阵的行回扫线输入端，取plc的n个输出点作为输入节点矩阵的列选择线输出端，将所用输入端的公共端com和输出 端的公共端com相连，通过内部程序控制n条列选择线的状态，从而实现输入节点矩阵列扫描;通过检测m个输入点的状态，完成输入节点矩阵的行扫描;这样就 可以唯一确定输入节点矩阵中某一接点的闭合状态。利用节点矩阵，可以很方便地由m个输入点和n个输出点扩展成m×n个输入点。
图1为采用矩阵键盘扫描原理扩展4×2个输入点的原理图。当plc的输入、输出动作时必须构成一个闭合回路。下面以输入节点s0和s1说明系统的工作过程:
(1) 当plc输出点y0、y1断开时，输入点i0的回路不通，此时输入节点s1、s2闭合，plc也无法检测到节点的闭合。
(2) 当plc输出点y0闭合，y1断开时，若输入节点s0闭合，可使plc输入点i0有效;因为y1断开，s1闭合无效。
(3) 当plc的输出点y1闭合，y0断开时，若输入节点s1闭合，可使plc输入点i0有效;因为y0断开，s2闭合无效。
通过上述分析，可以知道分时控制输出点y0、y1的状态，就可以唯一确定输入节点s1、s2的闭合状态，同理也可以将推广到输入节点s2、s3、s4、 s5、s6、s7。在使用这种方法时必须确定键盘的扫描时间，而扫描时间的长短取决于plc的输出点形式。对于晶体管、晶闸管以及固态继电器输出的 plc，在满足控制要求的前提下，可将扫描时间取的短一些;对于继电器输出的plc，考虑到触点的寿命，扫描时间应适当延长。
2.2 利用输入点组合矩阵方法扩展plc输入点数目
利用矩阵键盘扫描原理扩展plc输入点数目的前提是plc必须有剩余的输出点。如果没有，这种方案必然不可行，这时必须借助于输入点，下面介绍一种基于输入点组合矩阵的输入点扩展方法。
取plc的m个输入点构成m个输入节点组，取plc的n个输入点构成n个输入节点状态检测端，即每个输入节点组包含有n个节点，这样就可以实现m×n个输 入点的扩展。当某一接点闭合时，对应的输入节点组和输入节点检测端都有信号送入plc，通过输入节点的判断就可以唯一确定输入节点状态。
图2是利用输入节点组合矩阵扩展3×4个输入点的原理图。图2中包含有3个输入节点组，4个输入状态检测端，即每组包含4个输入节点。图2中二极管的作用 是防止节点闭合时相互间的干扰。下面以输入节点s0说明系统的工作过程。
(1) 当输入节点s0断开时，对应的输入节点组输入端x0和输入状态检测端x6均无输入，表明s0断开。
(2) 当输入节点s0闭合时，对应的输入节点组输入端x0和输入状态检测端x6均有信号进入plc，表明s0闭合。
通过上述分析，可以得到如下结论:由输入点x0和输入点x6组合的唯一性就可以唯一确定输入节点s0的状态，从而达到扩展输入点数的目的，这一结论可以从 附表的真值表得出。附表1中，“1”表示plc输入点内部触点闭合，“0”表示断开。
这种方法可方便的扩展plc输入点数目，与前一种方法相比，对plc的适用性较强，扫描时间的选择取决于应用程序的扫描时间。
3 结束语
利用plc自身的输入点和输出点扩展plc实际的输入点数目无需增加额外的硬件，提高了系统的性价比。对于上面提到的2种扩展plc输入点数的方法，在实验室中进行了验证，运行可靠，简便易懂，应用价值颇为可观
用plc对专用螺纹车床90t-11m控制系统的改造，经过在线运行证明达到设计要求，满足了机床原控制功能的要求，线路简单，操作灵活方便，运行稳定可靠，改造系统的性能价格比优越，对同类设备技术改造有较高的推广应用价值。
1 引言
专用螺纹车床90t-11m是20世纪90年代初我国从哈萨克斯坦阿拉木图机床厂引进的。其电气控制部分采用传统的可控硅，二极管矩阵及一些复杂的电子线 路。致使控制部分可靠性差，故障率高，长期以来不能正常工作，为此，采用经济实用的可编程控制器(PLC)取代原有的控制线路，取得了良好的效果。
2 机床功能及机构特点
90t-11m专用螺纹车床除了具有普通车床的功能外，还有一个功能就是可在机床运转时速度变换，其传动结构可分解为一个主电动机装置带动一个自动变速箱，自动变速箱的输出轴通过皮带传动到床头箱，再连接一个变速齿轮箱到主轴，传动框图如图1所示。
该机床床头箱上的变速齿轮箱有三种速度变换档，分别为:(1:1，1:4，1:6)，通过扳动手柄位置实现速度选择;对变速齿轮箱的每一档，主轴正转时， 自动变速箱中离合器的组合方式有9种，对应9种速度;主轴反转时，离合器的组合方式有3种，对应3种速度;主轴点动和制动时各有一种组合方式，对应一种速 度。自动变速箱中离合器的组合方式见表1。由于该机床的机械结构合理，精度高，执行机构和润滑系统(主传动电机，冷却泵电机，刀架快移电机)还比较稳定， 只对故障率高、可实现机床特有功能的核心部件自动变速箱的控制部分进行改造。
表1 90t-11m车床自动变速箱离合器的组合方式
3 控制器选择及程序设计
基于以上对该机床功能和特点的分析研究，通过设计优化论证，决定采用可编程控制器(plc)对机床电气部分进行改造。要实现该机床的plc控制，应对 其电气原理图进行分析研究、整理，确定有16个输入点，17个输出点，控制电压+24v，根距输入输出的点数和控制电源的电压确定选用40点的omron 可编程控制器，pc机的i/o口分配见表2。程序设计主要依据机床的动作原理和自动变速箱中离合器的组合方式及主轴运动规律来编写的。该机床有正转、反转、制动、点动和速度变换等操作，任意两个动作之间的切换都有时间延时，都有着不同的操作，延时可通过pc内部时间继电器实现，而具体的操作。
表2 pc机的i/o分配
(1) 正转及速度变换:主电机启动前操作手柄s19处在中间位置，主电机启动后，扳动手柄s19至下方位置，s191接通，按下操作手柄上的微动按钮s16或 s17为主轴正转做好准备，再通过按压速度按钮s1~s9，就可获得在此频段下的9种正转速度，任一速度的换接间隔为2s。
(2) 正转-制动:在主轴正转过程中，若将s19扳至中间位置，s191断开，工作离合器脱开，经一定的时间制动离合器(5~6)接通，主轴进入制动状态，停止 后制动离合器再断开。
(3) 反转及速度变换:将手柄s19扳至上方，s192接通，再按压三组速度按钮(s1~s3)，(s4~s6)，(s7~s9)中的任一个，就可获得在此频段下的3种反转速度，换接过程有时间延时。
(4) 反转-制动:将s19由上方扳至中间位置时，s192断开，则主轴由反转进入制动状态。其工作过程与从正转到制动相类似。
(5) 点动-制动:点动仅适用于任一频段上的种速度的正向转动，当按住点动按钮时，点动离合器(1~7)接通，主轴正转，松开点动按钮时，(1~7)断开， 经一定的时间接通制动离合器(5~6)制动停止，每按一次点动按钮，都有类似的过程。自动变速箱工作方式选择见表3。
表3 自动变速箱工作方式选择
工作离合器的断开到制动离合器的接通都存在一定的时间间隔，但为了确保两对离合器的可靠转换，在电磁离合器回路串有一电流继电器k5，用来检测任一对 离合器工作时回路电流，有离合器接通，则k5常开触点闭合，没有离合器工作，则k5常闭触点闭合。制动时，用k5检测工作离合器是否断开，若断开，k5常 闭触点闭合，延时2秒，接通制动离合器。与之有关的梯形图设计见图2。
4 结束语
用plc对专用螺纹车床90t-11m控制系统的改造，经过在线运行证明达到设计要求，满足了机床原控制功能的要求，线路简单，操作灵活方便，运行稳定可靠，改造系统的性能价格比优越，对同类设备技术改造有较高的推广应用价值。
PLC系统是应用极其广泛的工业自动化装置，但由于没有配套的数显仪表而无法显示其数据或参数。本文给出了只用两根I/O线连接PLC系统的数显仪表 实现方案，详细介绍了基于STC89C51的硬件组成、时序设计、软件实现和应用方法。该数显仪表可以直接和晶体管输出或电压输出形式的各类PLC连接， 实现PLC系统的数据或参数显示功能。
0 引言
可编程逻辑控制器简称PLC(Programmable Logic Controller)，具有编程简单、可靠性高、通用性强和使用方便等特点，广泛应用于工业控制中的各类生产过程[1>。目前的PLC系统多用指 示灯来显示生产过程或设备的状态信号，或借助于专用的人机界面(HMI)、工业PC来显示过程变量或设置系统参数。HMI和IPC不仅增加了PLC系统的 成本，无法适应高温、高湿热、多粉尘的工作环境。基于LED的数显仪表具有环境适应性强、显示直观、醒目等优点，可以满足某些工业现场的特殊显示需 求。如果使用PLC系统的I/O直接驱动数码管进行显示，则需要占用大量的PLC系统I/O资源。本文采用单片机和程序控制技术，通过特定的传输时 序，只需使用PLC系统的2个I/O点即可实现其参数显示。
1 硬件设计
以STC89C51为核心实现的PLC系统两线连接型数显仪表的硬件组成如图1所示。整个硬件系统 主要由STC89C51单片机、输入接口、程序下载接口、数码管显示驱动电路、按键输入(可选)和报警输出(可选)等部分组成。STC89C51和标准 80C51保持硬件结构和指令系统兼容，提高了时钟速率，扩充了在系统编程(ISP)、在应用编程(IAP)、电源欠压检测与复位、看门狗复位等功能，其 I/O口经过了特殊的设计，使其在工业控制环境中具有极高的可靠性。
1.1 PLC系统输入接口
PLC系统通过两个输出点将显示数据按照一定的时序传给数显仪表。PLC系统一般有继电器出、可控 硅输出、晶体管输出和24V直流电压输出等多种形式可供选择，一般使用其晶体管输出或24V输出形式经过相应的转换电路连接数显仪表。为了适应两种输出形 式，采用光电耦合器统一将PLC系统的输出信号转换为TTL电平信号。如果PLC系统的输出形式为24VDC，例如西门子的S7系列PLC，则PLC输出 与光电耦合器输入侧的连接如图2所示。如果PLC系统的输出为晶体管集电极开路或漏极开路输出，如三菱的FX系列PLC，则PLC输出与光电耦合器输入侧 的连接如图3所示。无论采用何种连接方式，转换后进入STC89C51单片机的信号逻辑都与PLC系统的输出逻辑保持一致。使用光电耦合器实现信号转换， 有利于提高系统的抗干扰能力，因为干扰信号具有较高的电压幅值，但其能量相对较小，形成的微弱电流一般不足以使光电耦合器导通。转换后的两路信号分别 作为数据线和时钟线，连接到单片机的两个外中断输入引脚，便于使用中断方式传输显示数据。
1.2 程序下载接口
借助于ISP编程功能，可以通过RS-232C接口将程序代码从计算机下载到单片机内部的 Flash中。程序下载接口一般设计为标准的RS-232接口，使用一片MAX232转换芯片即可实现。
1.3 数码管驱动电路
为了确保数码管的显示亮度，使用两片74HC245实现数码管的驱动。其中一片74HC245用于 驱动4位共阴极数码管的段码，其输入和单片机的P0口连接，输出则经限流电阻限流后与4位数码管的8个段码引脚连接。另一片74HC245驱动4位数码管 的位码，其输入和单片机的P1.0～P1.3连接，输出则分别和4位数码管的公共端连接。
2 传输时序
1台数显仪表和PLC实现数据传输时需占用PLC的2个输出点，分别用作数据线和时钟线。由于显示 数据的传输是串行的，必须设计相应的传输时序。构建双方的传输时序时必须充分考虑PLC系统的工作原理、输出特性及其差异以及传输过程的可靠性等问 题。综合考虑这些因素后所设计的传输时序如图4所示。传输1次显示数据总共需要21个时钟周期，其中3个时钟用于同步信号，16个时钟用于传输显示数据的 4位BCD码或特定的提示字符，2个时钟用于传输2位表示小数点显示位置的信息。显示数据和小数点位置信息的低位在前，高位在后。例如，图4表示传输的显 示数据为8951，小数点位置信息为10，表示小数点在十位之后，终显示数据为895.1。
由于PLC系统基于扫描原理周而 复始地刷新输入信号、执行用户程序和输出运行结果[4>，在一个扫描周期内让PLC系统的输出信号发生跳变难于实现，图4的一个时钟周期需要占 用PLC系统的两个扫描周期。每次传输过程增设3个同步脉冲是为了提高传输过程的可靠性，确保PLC系统及其传输线路无论出现何种故障，都可以在故障恢复 后的一个传输周期内正确地传输显示数据。
3 软件设计
数显仪表的程序由初始化、外中断0服务程序、外中断1服务程序和定时器T0中断服务程序4部分组 成。T0每隔5ms中断1次，在其中断服务程序中根据接收到的显示数据及其小数点位置信息完成4位数码管的动态显示。外中断0服务程序用于检测同步信号， 外中断1服务程序用于接收16位显示数据的BCD编码和2位表示小数点显示位置的信息。
3.1 外中断0服务程序
外中断0由数据信号线的下降沿触发，在其中断服务程序中，如果检测到时钟线为低电平，则视为同步信 号。当检测到3个同步脉冲后，则表明收到了正确的同步信号，此时关闭外中断0，开启外中断1，借助于外中断1服务程序接收数据。如果在前一次或前两次中断 服务程序中已检测同步脉冲而本次未检测到同步脉冲，则视为无效同步信号。外中断0服务程序的主要代码如下：
void Int0_Srvice(void) interrupt 0
{ p33=1;
if(p33==0) SysClock++; //有效，同步脉冲加1
else SysClock=0; //无效，同步脉冲清零
if(SysClock==3)
{ //检测到3个同步脉冲
RecEnable=1; //置允许接收标志
EX0=0; //关闭外中断0
EX1=1; //开放外中断1
｝｝
3.2 外中断1服务程序
外中断1由时钟信号线的下降沿触发，在其中断服务程序中，如果查询到已建立允许接收标志，则接收 16位显示数据的BCD码和2位小数点位置信息，并将其转换为18位并行数据，存于DispData变量中供T0中断服务程序进行显示。由于显示数据和小 数点位置信息都是低位在前，高位在后，在程序中使用右移操作实现串行数据到并行数据的转换。小数点位置信息为0～3时，表示小数点分别位于数码管的千 位、百位、十位和个位之后。如果小数点在个位之后，则不显示小数点。当接收到18位信息后，则关闭外中断1，重新开放外中断0进行下一周期的数据传输。外 中断1服务程序的主要代码如下：
void Int1_Srvice(void) interrupt 2
{ if(RecEnable==1) //允许接收
{ p32=1; //检测数据线电平
if(p32==1) RecData=RecData|0x40000;
RecData=RecData>>1; //实现串/并转换
DataClock++;
if(DataClock==19) //已接收到18位数据
{ //显示数据存于DispData中
DispData=RecData;RecData=0;
SysClock=0;DataClock=0;
RecDone=1;RecEnable=0;
EX0=1; //开外中断0
EX1=0; //关外中断1
｝｝｝
4 应用实例
利用PLC系统的(n+1)个输出点可以连接n台数显仪表，其中1点用作公共时钟线，n点用作n台 数显仪表的数据线。使用数显仪表显示PLC系统的数据或参数时，还必须给PLC系统编写满足时序要求的驱动程序。
4.1 PLC驱动程序设计
此处以三菱FX2N PLC系统为例，介绍PLC系统驱动程序的编写方法。假设使用Y0作为数据线，Y1作为时钟线，则PLC驱动程序的梯形图如图5所示。程序中使用D0单元 存放显示数据，其取值范围为0～9999，D1单元存放小数点位置信息，其取值范围为0～3。占用的资源包括计数器C0～C1和中间继电器 M100～M131，可以结合用户程序进行相应的调整。
4.2 多台数显仪表与PLC系统的连接
多台数显仪表与PLC系统的连接如图6所示，图中的1台FX2N PLC连接了8台数显仪表，PLC的Y10用作公共时钟线，Y0～Y7分别用作8台数显仪表的数据线。PLC系统的驱动程序和图5类似。由于多台仪表的时 钟线是公共的，数据线是并行输出的，多台数显仪表的数据刷新时间和其连接的数量无关，可以确保PLC系统数据显示的实时性。
5 结论
该数显仪表无需知晓任何PLC系统的协议，仅使用PLC系统的n+1个输出点即可实现在n台数显仪 表上显示其数据或参数。占用较少的PLC资源，既可扩充PLC系统的外围显示设备，又间接地解决了HMI无法适应恶劣工作环境等实际工程问题。该仪表已应 用于垃圾发电12路远程手操信号的显示，应用结果表明其具有极高的可靠性和良好的可维护性。