一般小型集成式PLC都有固定数量的输入、输出点，如S7-200的CPU221为10点的PLC（输入点=6，输出点=4），CPU222为14点的PLC（输入点=8，输出点=6），最多输入、输出点的PLC为CPU226为40点：其输入点=24，输出点=16。

对于这类PLC如I/O口不够，可选用I/O扩展模块来增加输入、输出点。但可扩展的输入、输出点不是无限的，如CPU221不能扩展I/O口，CPU222最多可扩张32个输入口和32个输出口……CPU226容许扩展口最多，其输入可扩张到128，其输出可扩展到120（继电器输出）112（DC输出）。

对一个PLC控制系统，如实际控制需要输入或输出口很多，而现有的控制柜内已无空间安放过多的输入、输出模块，或不想因增扩过多的输入输出模块使设计成本提高，可采用矩阵排列的方法，来实现用较少的输入、输出口来完成较多的输入、输出点的控制作用。

一、矩阵法的设计构思

有一求助帖：“50个开关点，类似矩阵排列，怎么能通过最少的PLC 输入输出点数达到检测某一个开关的闭合。··········”

对此帖我的答复：用15个输入点、15个输出点可以实现用最少的PLC 输入、输出点数达到检测50个开关中的某一个开关的闭合状态： 如S7-200PLC，可选用其IB0的I0.0~I0.6与IIB1的1.0~I1.6这二组各7个输入点，组成7×7矩阵输入，可构成49个按钮输入点，再用I0.7作第50个按钮输入点。输出也是一样：用QB0的Q0.0~Q0.6与Q1.0~Q1.6组成7×7矩阵输出，可构成49路输出标志，再用Q0.7作第50路输出标志。

矩阵输入设计原则：

为实现7×7矩阵输入控制，要求矩阵输入控制的每个按钮应为带有2个触点的按钮开关，其一个触点接I0.0~I0.6的1点，另一触点接I1.0~I1.6的1点。

矩阵连线原则：将7×7矩阵所用得49个按钮分为7组，每组含7个开关：用IB0通道的I0.0～I0.6这7个输入点作7组开关组的组选中开关，即I0.0=1选中第一组开关（1~7号）、I0.1=1选中第二组开关（8~14号）、I0.2=1选中第三组开关（15~21号）、I0.3=1选中第四组开关（22~28号）、I0.4=1选中第五组开关（29~35）、I0.5=1选中第六组开关（36~42）、I0.6=1选中第七组开关（43~49）。

选中的组开关，具体选中第几号开关可用IB1的I1.0~I1.6的7个输入点来决定：如按钮按下使I0.0=1、I1.0=1，说明选中第1组开关（即I0.0=1）中的第1位（即I1.0=1）开关，即为1号按钮按下。如输出用Q0.0～Q1.6与Q1.0～Q1.6二组的14个输出口组成矩阵式输出，其构思与输入矩阵一样，即对应1号按钮的输出标示为：Q0.0=1与Q1.0=1。

 如按钮按下使I0.1=1、I1.2=1，说明选中第2组开关（即I0.1=1）的第3位（即IB1的I1.2=1），即是10号按钮按下。其对应输出为：Q0.1=1与Q1.2=1, 即为第10号按钮的对应输出标志。

     下图为开关1（K1）与开关3（K3）与PLC输入端的接线图：当按下按钮K1时，使I0.0=1、I1.0=1，即一号开关闭合，如按下按钮K3时，使I0.0=1、I1.2=1，即三号开关闭合。  

考虑带有2个触点的按钮，长时间使用会出现触点接触不良的现象，万一2个触点有有一个接触不好，就会使输入给PLC的输入信号产生错误，为此按钮应选用只有一个触点的，再用2只二极管分别接IB0、IB1的对应点也可达到同样的控制作用。见下图：

     上图只画了I0.0、I0.1、I0.2三组共21个按钮的接线图，其它4组的28个按钮连线与此相似，第50个按钮直接接I0.7即可。

这样的矩阵输入与输出连线，PLC编程就非常简单，只用MOV_W传递指令就可完成：

    如按下3号按钮，使I0.0=1、I1.2=1，即：IW0=16#12，对应输出QW0=16#12（即Q0.0=1、Q1.2=1）。

     对输出最简单的显示方法是用15个指示灯做输出指示，但要记住亮灯的规律：前49个按钮按下的输出标志都是用2个输出指示灯同时亮来表示的：如Q0.0=1、Q1.2=1，则表示第3个输入按钮按下。如Q0.1=1、Q1.0=1，则表示第8个输入按钮按下。其第50 个按钮按下为Q0.7=1，即只要Q0.7=1，则表示第50个按钮按下。

    如觉得这种表示方法不直观，不易记，要想用50个灯的亮来直接表示50个按钮的按下标志，就得用硬件配合，即用硬件组成50路指示灯的显示线路，见下图：

这7×7矩阵的49路电路是由分立元件构成的2输入与非门，为使读者更好地理解这矩阵的输出电路，现将这49路中的第一路的电路图单独画出，见下图：

上左图为由分立元件构成的2输入与非门，上右图是由集成电路构成的同功能指示电路，其动作原理为：当按下1号按钮，使I0.0=1、I1.0=1，使输出Q0.0=1、Q1.0=1。49路与非门只有第一路与非门的二个输入信号为Q0.0与Q1.0（见上图），使该与非门输出=0，使对应只是鞥D1亮。

本来这49路的每一路只需一个2输入与非门（4011）就可以实现功能，但由于选用的与非门为COS电路，其最高工作电压≤18V，其输出电流小，不能直接驱动指示灯，故每路由4081（四2输入与门）和1413（七路晶体管OC门输出反向器）这2种集成块组成的2输入与非门电路。49路共需与门49个（即需用13块4081四与门）和49个反向器（即需用7块1413集成块），所以组成这49路显示电路共需用集成电路20块。

由于4081选用15V电源做工作电压，故将PLC输出侧的L接+15V，M接0V。下图即为用集成电路设计的1~14路输出电路图：

    二、对选用不同组合的矩阵的讨论

     前面介绍了为7×7矩阵设计构思，下面再讨论一下其它形式的矩阵组合：将选用的PLC的输入（或输出）口分为二组，一组的个数为A，作为开关组的选中触点。另一组为B，作为选中的各开关组的开关序号触点。PLC总的输入点数=A+B，组成矩阵后的实际输入按钮点数=A*B，故矩阵实际输入按钮点数（A*B）比原PLC的输入点数（A+B）增加的输入点数=A*B-(A+B)。见下表：

    讨论：

1、上表一为PLC的A、B二组输入点总数都=14，但A、B的取值不同而组成的6种矩阵的数据，从中可以发现，用同样多的输入（或输出）点只有A=B=1/2的输入（或输出）点时，其矩阵可扩增的输入（或输出）点最多。

2、上表二为PLC的A、B二组输入点数都相等，但A、B的值不同而组成的6种矩阵的数据，从中可以发现，其 A、B值越大所组成的矩阵可扩增的输入（或输出）点越多。

3、从A×B矩阵连线的结构可知：

（1）、同一组的各个开关可以同时按下几个开关，对其矩阵输出无影响，即确保输出状态正确，如对7×7矩阵，其第一组开关为K1～K7，这7个开关可随意组合同时按个。如同时按下K1、K2、K3这3个开关，其K1输出为I0.0=1、I1.0=1, K2输出为I0.0=1、I1.1=1, K3输出为I0.0=1、I1.2=1,从中发现：其按下的个开关只使I0.0=1，而I0.1～I0.7皆为0，故输出点只能为含I0.0=1的第一组的3个开关有输出，而其它组的对应序号的开关因I0.1～I0.7=0而不会产生输出。

（2）各组的相同序号的各个开关可以同时按下，对其矩阵输出也无影响，如7×7矩阵可以同时按下各组的第一序号开关，即1号（I0.0=1、I1.0=1即第一组第一号数）、8号（I0.1=1、I1.0=1、即第二组第一号数=1+7=8）、15号（I0.2=1、I1.0=1、即第三组第一号数=1+2×7=15）、22号（I0.3=1、I1.0=1、即第四组第一号数=1+3×7=22）……

（3）、不同组号又不同序号的按钮，不可同时按下，如7×7矩阵，其第1号按钮按下为I0.0=1、I1.0=1，第10号按钮按下为I0.1=1、I1.2=1，这二个按钮组号与序号均不相同，如同时按下时，除对应的1号与第10号有输出外，又会使第3号（即I0.0=1、I1.2=1）与第8号（即I0.1=1、I1.0=1）产生错误的输出。

以上三点应为设计矩阵式输入（或输出）时应考虑与注意的事项，特别是控制过程中会出现多个输入点同时出现的情况下，要合理安排输入（或输出）点，使设计既实现用最少的输入（或输出）点，完成增扩输入（或输出）点的作用，又不会出错误的控制动作。

本文到此结束，如有不妥或错误之处请给予指正，谢谢大家！