CN203338076U

CN203338076U - Plc高速io管脚复用装置

Info

Publication number: CN203338076U
Application number: CN2013204572354U
Authority: CN
Inventors: 雷伟敏; 王会章
Original assignee: Lishui University
Current assignee: Lishui University
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-07-26

Abstract

本实用新型公开了一种PLC高速IO管脚复用装置，复用装置设置有一对输出端子和输入端子，复用装置另外设置有一对复用输入端子以及复用输出端子；输出端子、输入端子直接通过信号线分别与PLC1的高速输入端子、高速输出端子对应连接，此时，高速输入端子、输入端子的COM端均需要根据高速输出端子、输出端子的输出类型连接对应的电平；复用输入端子和复用输出端子均为多口连接端；PLC的G端与复用装置G端直接相连。本实用新型的装置，将1个IO管脚扩展成多个，解决了在工程项目中PLC通用IO数量不够用的问题，实现了PLC的IO管脚的扩展。

Description

PLC高速IO管脚复用装置

技术领域

本实用新型属于电气控制技术领域，用于将PLC的单个高速IO管脚扩展成多个普通IO，具体涉及一种PLC高速IO管脚复用装置。

背景技术

现代工业现场常采用PLC作为控制核心器件，而在一些升级改造项目中，常常需要添加新设备，而此时常会出现PLC的IO管脚数量不够，出现这种情况时通常有两种解决的方式：

第一种：当旧款PLC能够支持IO模块扩展时，可以通过专用扩展模块进行IO扩展；

第二种：当旧款PLC不支持IO模块扩展时，则需要更换原有的整个PLC控制模块。

上述的两种方式，均存在操作比较麻烦，改造成本高，工作效率低的不足，不能很好的适应升级改造的技术要求。

实用新型内容

本实用新型是一种PLC高速IO管脚复用装置，解决了现有技术中存在的PLC在IO模块扩展时，升级改造成本高，工作效率低的问题。

本实用新型的技术方案是，一种PLC高速IO管脚复用装置，复用装置设置有一对输出端子和输入端子，复用装置另外设置有一对复用输入端子以及复用输出端子；

输出端子、输入端子直接通过信号线分别与PLC1的高速输入端子、高速输出端子对应连接，此时，高速输入端子、输入端子的COM端均需要根据高速输出端子、输出端子的输出类型(NPN或者PNP)连接对应的电平；复用输入端子和复用输出端子均为多口连接端；PLC的G端与复用装置G端直接相连。

本实用新型的PLC高速IO管脚复用装置，其特点还在于：

所述的输入端子的电路结构是，输入端子包括Bi1和COM两个端口，光耦U15，U15的脚1通过电阻R9与Bi1信号源连接，U15的脚2与COM端口和AD信号线同时连接，通过AD测量系统采集COM所外接的电平；U15的脚3接地；U15的脚4与PIO2.1信号源和电阻R8同时连接，电阻R8另一端与VDD3.3V电源连接。

所述的复用输出端子的电路结构是，包括O1、O2、O3信号线，O1、O2、O3信号线直接与复用输出端子的对应接线端子相连，O1、O2、O3信号线分别与U20、U23、U25的4脚对应连接，U20、U23、U25均为隔离输出光耦；U20、U23、U25的1脚分别与OUT1、OUT2、OUT3对应连接；U20、U23、U25的2脚分别通过电阻R13、R15、R16后接地；U20、U23、U25的3脚同时与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与继电器K1的6脚连接；

继电器K1的1脚与二极管D30负极连接，继电器K1的1脚另外通过电阻R74与发光二极管LO1正极连接，二极管D30正极、发光二极管LO1负极同时与继电器K1的16脚连接，继电器K1的16脚同时与control信号线连接；继电器K1的4脚与VDD24V电源连接；继电器K1的8脚接地。

本实用新型的有益效果是，采用一种廉价且实用的方式，将1个IO管脚扩展成多个，解决了在工程项目中PLC通用IO数量不够用的尴尬问题，实现PLC的IO管脚的扩展。复用装置与PLC之间依靠脉冲频率通讯，通过测量脉冲并对各种频率的脉冲进行计数，实现多个IO管脚的状态交互，兼容各种集成有高速IO的PLC，实现了普通PLC依靠高速IO管脚进行IO扩展，大大提高了原控制系统的适用性。

附图说明

图1是本实用新型PLC高速IO管脚复用装置的结构框图；

图2是本实用新型复用装置中的输入端子8的结构示意图；

图3是本实用新型复用装置中的复用输出端子10的结构示意图。

图中，1.PLC，2.复用装置，3.PLC的G端（公共地），4.复用装置G端，5.高速输入端子，6.高速输出端子，7.输出端子，8.输入端子，9.复用输入端子，10.复用输出端子；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型PLC高速IO管脚复用装置（以下简称复用装置），用于解决PLC的普通IO数量不足的问题，通过高速IO进行普通IO扩展，实现PLC的高速IO复用。同时复用装置通过检测输入端子8的COM端口的电平（输入端子8的COM端需要根据PLC的输出方式接对应的电平，图1中未标识），识别PLC的输出方式是PNP还是NPN型，并把此输出方式映射到复用装置的复用输出端子10上（例如：PLC输出方式为PNP则复用装置的复用输出端子输出方式能够自动切换为PNP模式）。

如图1所示，复用装置2设置有一对输出端子7和输入端子8，复用装置2另外设置有一对复用输入端子9以及复用输出端子10；输出端子7、输入端子8直接通过信号线分别与PLC1的高速输入端子5、高速输出端子6对应连接，此时，高速输入端子5、输入端子8的COM端均需要根据高速输出端子6、输出端子7的输出类型连接对应的电平；复用输入端子9和复用输出端子10均为多口连接端，复用输入端子9和复用输出端子10作为PLC的普通IO直接使用，控制所添加的多个扩展设备；PLC的G端3与复用装置G端4直接相连。

如图2所示，复用装置的输入结构即为图1中输入端子8的电路结构，输入端子8设置有Bi1和COM两个端口，包括光耦U15，U15的脚1通过电阻R9与Bi1信号源连接，U15的脚2与COM端口和AD信号线同时连接，通过AD测量系统采集COM所外接的电平；U15的脚3接地；U15的脚4与PIO2.1信号源（其中PIO2.1是复用装置内单片机处理器的信号脚，单片机处理器未在图中标识）和电阻R8同时连接，电阻R8另一端与VDD3.3V电源连接。

图2中，电阻R9与光耦U15输入端直接连接，光耦U15的输出端通过电阻R8上拉至3.3V后输出电平信号连接复用装置的单片机处理器PIO2.1（单片机部分未在图中显示），同时在光耦U15的COM与模数转换AD相连，对其电压进行实时采集。Bi1和COM端口直接在复用装置内部与输入端子8的对应接线端子相连，通过AD测量COM端口的电压，判断PLC的输出是NPN还是PNP模式。

如图3所示，复用装置的输出结构即为图1中复用输出端子10的电路结构，包括O1、O2、O3信号线，O1、O2、O3信号线直接与复用输出端子10的对应接线端子相连，O1、O2、O3信号线分别与U20、U23、U25的4脚对应连接，U20、U23、U25均为隔离输出光耦；U20、U23、U25的1脚分别与OUT1、OUT2、OUT3对应连接；U20、U23、U25的2脚分别通过电阻R13、R15、R16后接地；U20、U23、U25的3脚同时与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与继电器K1的6脚连接；

图3中，复用系统内部的单片机控制OUT1、OUT2、OUT3信号，进而控制光耦U20、U23、U25，控制O1、O2、O3信号线的输出，同时由control信号控制继电器K1，自动实现NPN、PNP输出切换；隔离输出光耦U20、U23、U25的输出公共端通过R17与继电器K1的管脚6相连，复用装置的单片机处理器通过采集图2中AD端的电压后控制control端实现继电器K1的通断，从而切换3个隔离输出光耦的输出公共端所相连的电压（VDD24V或者GND）。

本实用新型中的高速输入端子5、输入端子8均接收高频脉冲信号，高速输出端子6、输出端子7发送高频脉冲信号，复用输入端子9接收普通电平信号，复用输出端子10均发送普通电平信号；通过检测输入端子8的高频脉冲频率，并对不同频率的脉冲进行计数，当计数达到一定数量时触发复用输出端子10的动作；复用输入端子9接收输入信号，通过输入信号的状态，在输出端子7输出各种频率的高频脉冲；输出端子7、输入端子8采用常闭式脉冲通讯（通讯线路中时刻存在脉冲信号），实现线路的自检，且有效的保证通讯质量；

输入端子8其内部依靠光耦直接控制，COM端口内部与AD相连，通过AD检测COM端口的电压，判断PLC的输出方式。

复用输出端子10的内部由三个隔离输出光耦直接驱动，且各个隔离输出光耦的公共引脚依靠继电器K1控制，实现了装置的NPN和PNP自动切换，且NPN和PNP的输出模式。

输出端子7、复用输出端子10兼容NPN和PNP模式，输出端子7的输出模式依靠复用输入端子9所连接设备的输出模式决定、复用输出端子10的输出模式由输入端子8所接的PLC输出方式决定。

本实用新型的工作原理通过以下两个实施例复用过程进行描述：

实施例1

表1，PLC输出端子6进行一对三复用时的编码表

IO状态（O1、O2、O3）	十进制编码	编码频率
			0：0：0	0	1000Hz
0：0：1	1	2000Hz
			0：1：0	2	3000Hz
0：1：1	3	4000Hz
			1：0：0	4	5000Hz
1：0：1	5	6000Hz
			1：1：0	6	7000Hz
1：1：1	7	8000Hz

参照表1，PLC输出端子6进行一对三复用时，以预先设定的规则对复用装置2所属的复用输出端子10三个输出口O1、O2、O3状态作为二进制数进行编码，根据此编码进行预先设定的频率的脉冲信号进行一一对应。例如，当输出端子O1输出脉冲频率为2000Hz时，复用输出端子10将输出状态O1=0、O2=0、O3=1。

实施例2

参照表2，PLC输入端子5进行三对一输入复用时，同样以预先设定的规则对复用装置2所属的复用输入端子9三个输出口I1、I2、I3状态作为二进制数进行编码。同时设置频率9000Hz作为异常报警频率，当系统出现故障时会在复用装置2的输出端子7上输出此频率。

表2，PLC输入端子5进行三对一输入复用时的编码表

IO状态（I1、I2、I3）	十进制编码	编码频率
			0：0：0	0	1000Hz
0：0：1	1	2000Hz
			0：1：0	2	3000Hz
0：1：1	3	4000Hz
			1：0：0	4	5000Hz
1：0：1	5	6000Hz
			1：1：0	6	7000Hz
1：1：1	7	8000Hz
			异常报警	8	9000Hz

复用装置2时刻测量每个脉冲的长度，当这些脉冲长度近似相同，且误差在一定范围内时则对这些脉冲的数量进行计数，当脉冲数量达到一定数量时触发动作，考虑到动作触发的时效性以及各种频率的区别，对于较低的频率计数的数量相对较少，频率较高的信号计数数量相对较多，以保证信号的的稳定和复用IO的及时触发。输出和测量脉冲对于PLC的IO管脚要求过高，故要求使用高速IO管脚进行操作，而绝大多数PLC的高速IO频率极限都远大于10K，完全能够满足复用装置的控制要求。

本实用新型依靠高速IO输出和接受脉冲频率进行控制传输，只需要简单操作PLC的高速IO就能实现控制。本装置使用方便，程序改动量少，通讯可靠，特别适合于PLC控制系统缺少少量IO的情况。

Claims

1.PLC高速IO管脚复用装置，其特点在于：复用装置（2）设置有一对输出端子（7）和输入端子（8），复用装置（2）另外设置有一对复用输入端子（9）以及复用输出端子（10）；

输出端子（7）、输入端子（8）直接通过信号线分别与PLC1的高速输入端子（5）、高速输出端子（6）对应连接，高速输入端子（5）、输入端子（8）的COM端根据高速输出端子（6）、输出端子（7）的输出类型连接对应的电平；复用输入端子（9）和复用输出端子（10）均为多口连接端；PLC的G端（3）与复用装置G端（4）直接相连。

2.根据权利要求1所述的PLC高速IO管脚复用装置，其特点在于：所述的输入端子（8）的电路结构是，输入端子（8）包括Bi1和COM两个端口、光耦U15，光耦U15的脚1通过电阻R9与Bi1信号源连接，光耦U15的脚2与COM端口和AD信号线同时连接，通过AD测量系统采集COM所外接的电平；光耦U15的脚3接地；光耦U15的脚4与PIO2.1信号源和电阻R8同时连接，电阻R8另一端与VDD3.3V电源连接。

3.根据权利要求1所述的PLC高速IO管脚复用装置，其特点在于：所述的复用输出端子（10）的电路结构是，包括O1、O2、O3信号线，O1、O2、O3信号线直接与复用输出端子（10）的对应接线端子相连，O1、O2、O3信号线分别与U20、U23、U25的4脚对应连接，U20、U23、U25均为隔离输出光耦；U20、U23、U25的1脚分别与OUT1、OUT2、OUT3对应连接；U20、U23、U25的2脚分别通过电阻R13、R15、R16后接地；U20、U23、U25的3脚同时与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与继电器K1的6脚连接。

4.根据权利要求3所述的PLC高速IO管脚复用装置，其特点在于：所述继电器K1的1脚与二极管D30负极连接，继电器K1的1脚另外通过电阻R74与发光二极管LO1正极连接，二极管D30正极、发光二极管LO1负极同时与继电器K1的16脚连接，继电器K1的16脚同时与control信号线连接；继电器K1的4脚与VDD24V电源连接，继电器K1的8脚接地。