PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法

摘要

本发明提供了一种PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法，属于工业自动化控制技术领域，用于解决现有PLC系统DI端数扩展成本过高的问题。所述PLC开关量输入点扩展模块包括一CMOS模拟开关阵列，CMOS模拟开关阵列包括2n个输入端、n个输出端以及n个控制端，每个输入端分别连接一个设备端，每个输出端分别连接一个DI端，每个控制端分别与DO端连接，控制端根据DO端的值控制输出端与输入端的连接/断开；其中n为正整数。采用上述PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法，可以达到以极低成本实现将PLC的采集DI信号的数量增加一倍的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，特别涉及一种PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法。

背景技术

众所周知，可编程控制器（PLC）是一个数字运算操作的电子系统，采用可编程的存储器在其内部存储，可以执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。为了完成强大而复杂的工程，需要PLC具有强大而稳定的扩展能力。 

通常，PLC的开关量输入点（Digital Input点，简称DI端）的数量是固定的，并且一个DI端只能采集来自一个设备的DI信号。在设计PLC系统时，一般会留出少许DI端备用，以供将来设备升级时采集新增的DI信号。

对于大型的PLC系统，例如AB的Control Logix系列，其DI端一般以DI模块的形式插在背板上，通过增加DI模块即可增加DI端，但是DI模块的价格较高。而且，随着扩展的进行会出现背板插槽不够的情况，这是需要连带升级背板，使得增加DI端的成本进一步升高。

对于一些中型PLC，例如三菱的FX2N系列，其DI端也是以DI模块的方式与PLC相连，但DI端数存在上限且较低，例如FX2N系列的DI端上限仅为184点，因此若原先的DI端数量已达到或接近上限的话，如果要增加DI端，则必须更换整套PLC系统，PLC系统的成本相对来说更高。

对于一些小型的PLC，例如三菱的FX1N/FN1S系列，其DI端直接集成在PLC上。此类PLC若需增加DI端的话，必须更换整个PLC。这样不但成本较高，且原先控制软件的移植也会有一定的困难。此外，对于一些型号较老的PLC，即使更换整套PLC系统，也可能因找不到合适的替换型号而造成系统升级困难。

综上所述，上述扩展PLC系统DI端数的方法，都需要较高的系统升级成本，对于有些特殊的PLC系统甚至还存在因为型号更迭而产生升级困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法，以解决现有PLC系统DI端数扩展成本过高的问题，在不改动原PLC系统的前提下，可以用较低的成本将原PLC系统的DI端数扩展到原来的2倍，从而达到低成本的扩展PLC系统的DI端数量目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种PLC开关量输入点扩展模块，所述PLC包括n个DI端以及1个DO端，所述PLC开关量输入点扩展模块包括一CMOS模拟开关阵列，所述CMOS模拟开关阵列包括2n个输入端、n个输出端以及n个控制端，每个所述输入端分别连接一个设备端，每个所述输出端分别连接一个所述DI端，每个所述控制端分别与所述DO端连接，所述控制端根据所述DO端的值控制所述输出端与所述输入端的连接/断开；其中n为正整数。

可选的，所述PLC还包括2n个暂存器，用于存储2n个DI信号。

可选的，所述PLC还包括一PLC接地端，所述CMOS模拟开关阵列还包括一CMOS接地端，所述PLC接地端与所述CMOS接地端相连接。

可选的，当所述DO端的值为0时，所述控制端控制每个偶数项所述输入端分别与一个所述输出端连接，并控制每个奇数项所述输入端分别与所述输出端断开；当所述DO端的值为1时，所述控制端控制每个偶数项所述输入端分别与所述输出端断开，并控制每个奇数项所述输入端分别与一个所述输出端连接。

可选的，当所述DO端的值为1时，所述控制端控制每个偶数项所述输入端分别与一个所述输出端连接，并控制每个奇数项所述输入端分别与所述输出端断开；当所述DO端的值为0时，所述控制端控制每个偶数项所述输入端分别与所述输出端断开，并控制每个奇数项所述输入端分别与一个所述输出端连接。

相应的本发明还提供一种PLC开关量输入点扩展方法，包括如下步骤：

步骤一：提供一所述PLC开关量输入点扩展模块；

步骤二：启动所述PLC，并在所述PLC内建立2n个所述暂存器；

步骤三：给所述DO端一个初始值；

步骤四：确认所述DO端是否是初始值：

当所述DO端为初始值时，首先，所述CMOS模拟开关阵列将偶数项设备端的信号分别传递给每个DI端，并分别存储在一半所述暂存器中；接着，对所述DO端进行取反；

当所述DO端为初始值的相反值时，首先，所述CMOS模拟开关阵列将奇数项的设备端的信号分别传递给每个DI端，并分别存储在另一半所述暂存器中；接着，执行PLC的主程序；接着，对所述DO端进行取反；以及

步骤五：循环重复所述步骤四。

另外，还提供一种PLC开关量输入点扩展方法，包括如下步骤：

步骤一：提供一所述PLC开关量输入点扩展模块；

步骤二：启动所述PLC，并在所述PLC内建立2n个所述暂存器；

步骤三：给所述DO端一个初始值；

步骤四：确认所述DO端是否是初始值：

当所述DO端为初始值时，首先，所述CMOS模拟开关阵列将奇数项设备端的信号分别传递给每个DI端，并分别存储在一半所述暂存器中；接着，对所述DO端进行取反；

当所述DO端为初始值的相反值时，首先，所述CMOS模拟开关阵列将偶数项的设备端的信号分别传递给每个DI端，并分别存储在另一半所述暂存器中；接着，执行PLC的主程序；接着，对所述DO端进行取反；以及

步骤五：循环重复所述步骤四。

采用本发明的PLC开关量输入点扩展模块，所述PLC包括n个DI端以及1个DO端，所述PLC开关量输入点扩展模块包括一CMOS模拟开关阵列，所述CMOS模拟开关阵列包括2n个输入端、n个输出端以及n个控制端，每个所述输入端分别连接一个设备端，每个所述输出端分别连接一个所述DI端，每个所述控制端分别与所述DO端连接，所述控制端根据所述DO端的值切换所述输出端与所述输入端的连接；其中n为正整数。可见，通过CMOS模拟开关阵列的控制端的切换，可以将与2n个输入端连接的设备端的数据传递给只有n个DI端的PLC，以此将具有n个DI端的PLC的输入量扩展为2n个。而CMOS模拟开关阵列的价格要远低于DI模块、背板或者PLC的价格。也就是说，通过增加CMOS模拟开关阵列，可以达到以极低成本实现将PLC的采集DI信号的数量增加一倍的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例中PLC开关量输入点扩展模块在DO=0时的结构示意图；

图2为本发明一实施例中PLC开关量输入点扩展模块在DO=1时的结构示意图；

图3为本发明一实施例中PLC开关量输入点扩展方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的PLC开关量输入点扩展模块及扩展方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明一实施例的PLC开关量输入点扩展模块100，用于扩展PLC 1采集的DI信号的数量，所述PLC 1包括n个DI端以及1个DO端，其中n为正整数。其中，n个DI端分别是DI1、DI2、……、DI（n-1）、DI n。这里的DO端可以使用PLC 1原来众多DO端中的一个。

继续参考图1，PLC开关量输入点扩展模块100包括一CMOS模拟开关阵列2，CMOS模拟开关阵列2包括2n个输入端NO、n个输出端COM以及n个控制端IN，其中，2n个输入端NO分别是NO1、NO2、……、NO（2n-1）、NO2n；n个输出端COM分别是COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n；n个控制端IN分别是IN1、IN2、……、IN（n-1）、IN n。每个所述输入端NO分别连接一个设备端，每个所述输出端COM分别连接一个PLC 1的DI端，每个所述控制端IN分别与PLC 1的所述DO端连接，所述控制端IN根据所述DO端的值可以切换所述输出端COM与所述输入端NO的连接/断开。

继续参考图1，为了实现在PLC中保存2n个DI信号，可以在PLC中创建2n个暂存器，用于存储2n个DI信号。此外，为了更好的消除静电破坏，可以将PLC接地端与CMOS接地端相连接。

控制端IN根据所述DO端的值控制所述输出端COM与所述输入端NO的连接/断开的具体过程如下：

如图1所示，当所述DO端的值为0时，控制端IN控制每个偶数项输入端NO2、NO4、……、NO2（n-1）、NO2n分别与输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n连接，并控制每个奇数项输入端NO1、NO3、……、NO（2n+1）、NO（2n-1）分别与所述输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n断开； 

如图2所示，当所述DO端的值为1时，所述控制端IN控制每个偶数项输入端NO2、NO4、……、NO2（n-1）、NO2n分别与输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n断开，并控制每个奇数项输入端NO1、NO3、……、NO（2n+1）、NO（2n-1）分别与所述输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n连接。

在本实施例中规定：当DO端的值为0时偶数项的输入端NO与输出端COM连接，当DO端的值为1时奇数项的输入端NO与输出端COM连接。应当理解的是，在其他实施例中，亦可以规定：当DO端的值为1时偶数项的输入端NO与输出端COM连接，当DO端的值为0时奇数项的输入端NO与输出端COM连接。

 图3为本发明一实施例的PLC开关量输入点扩展方法的流程图，下面结合图1至图3，详细说明PLC开关量输入点扩展方法。具体包括如下步骤：

步骤一：如图1所示，提供一PLC开关量输入点扩展模块100；

将CMOS模拟开关阵列2的每个所述输入端NO1、NO2、……、NO（2n-1）、NO2n分别连接一个设备端，将CMOS模拟开关阵列2的每个输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n分别与DI端DI1、DI2、……、DI（n-1）、DI n连接，并将控制端IN1、IN2、……、IN（n-1）、IN n分别与PLC 1的DO端连接。

步骤二：启动所述PLC，并在所述PLC内建立2n个暂存器；

步骤三：给所述DO端一个初始值；

在本实施例中，DO的初始值为0，应当理解的是，在另一实施例中，初始值也可以为1。

步骤四：确认所述DO端的值是否是初始值：

如图2所示，当所述DO端为初始值时，在本实施例中，当DO端为0时，控制端IN控制每个偶数项输入端NO2、NO4、……、NO2（n-1）、NO2n分别与输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n连接，以此将偶数项的设备端的信号传递给每个DI端，PLC 1将每个DI 端的接受到的偶数项的设备信号存储在一半的暂存器中；当完成存储后，接着，对所述DO端进行取反，即DO端值被取为1；

如图3所示，当所述DO端为初始值的相反值时，即DO端的值为1时，控制端IN控制每个奇数项输入端NO1、NO3、……、NO（2n+1）、NO（2n-1）分别与所述输出端COM1、COM2、……、COM（n-1）、COM n连接，以此将奇数项的设备端的信号传递给每个DI端，PLC 1将每个DI 端的接受到的奇数项的设备信号存储在一半的暂存器中；接着，执行PLC的主程序；然后，对所述DO端进行再次取反，即DO端的值被取为0。

经过步骤四，就将分别与2n个输入端连接的设备端的信号，通过n个DI端存储到PLC 1的暂存器中了，实现了以n个DI端口接受2n个设备端信号的目的。

步骤五：重复上述步骤四，可以再次在PLC 1中存入2n个新一轮的设备端信号，循环重复所述步骤四，就可以循环更新PLC 1内的设备端信号了。

在本实施例的步骤四中规定：当DO端为初始值时，将偶数项的设备信号存储在一半的暂存器中，而当DO端为初始值的相反值时，将奇数项的设备信号存储在另一半的暂存器中。应当理解的是，在另一实施例中也可以规定：当DO端为初始值时，将奇数项的设备信号存储在一半的暂存器中，而当DO端为初始值的相反值时，将偶数项的设备信号存储在另一半的暂存器中。

众所周知，CMOS模拟开关阵列的价格远低于PLC本身或其DI模块的价格，约为DI模块价格百分之一，本发明则仅通过增加一个成本极低的CMOS模拟开关阵列就可以将原来只有n个DI端口的PLC扩展到可以接受2n个DI信号。另外，CMOS模拟开关阵列作为一种电子软开关，不存在机械触点，因此切换速度极快（数十至数百纳秒），可靠性极高且不存在使用寿命的限制，完全可以在工业环境下长时间使用。另外，CMOS模拟开关阵列与原来PLC的结合，仅需占用原PLC的一个DO端，对原来PLC系统的影响也不大。从本发明的PLC开关量输入点扩展方法来开，在步骤四中，两次采样存储设备信号的过程中，只执行了一次主程序，因此几乎不会对原PLC系统的实时性产生影响。

综上所述，采用本发明的PLC开关量输入点扩展模块，可以在极低的成本下实现将原PLC的采集DI信号的数量增加一倍的目的，并且对原来PLC系统基本没有影响。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。