基于PLC的道閘控制系統的設計與實現

俞亞平

(無錫機電高等職業技術學校 自動化工程系，江蘇 無錫214028)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，越來越多的汽車進入人們的生活，私家車成了中國大中城市家庭出行的必備交通工具。這給城市小區、醫院、超市、社會停車場等公共場所的車輛管理帶來了巨大的壓力。如今快節奏的城市生活中，有效、快捷地進行車輛通行管理是必須解決的問題。道閘控制早已取代了人工管理。自動化控制系統在生活中的廣泛應用，在道閘控制方面，用繼電器實現的邏輯控制系統在公共場合被逐步淘汰，而PLC 可編程控制器(Programmable Logic Controller）控制的道閘具有維護便捷、故障率低等突出優點，已經逐漸取代了早期的控制系統。本文以道閘控制為研究對象，結合信捷PLC 可編程控制器的應用，實現道閘控制系統的設計。

1 PLC 應用于道閘系統的優勢和實現功能

現階段，道閘控制系統主要有三種形式：繼電器控制系統、微機控制系統和可編程控制器控制系統。其中可編程控制器（PLC）控制系統以它靈活、通用，可靠性高、抗干擾能力強，操作方便、維修容易，功能強，體積小、重量輕和易于實現機電一體化的優點，在道閘控制系統中得到廣泛的應用。特別是對于桿式車輛進出道閘控制系統，PLC 控制系統的優勢更加突出。

基于PLC 的道閘控制系統應當滿足以下幾個方面的功能： 具體以桿式進出車輛控制道閘控制系統設計為例，該控制系統應設有總啟動和停止按鈕，道閘落桿由變頻器控制三相異步電機實現升降；當工作人員按下啟動按鈕后，若傳感器S1 檢測到有車輛進入，道閘落桿以20r/min 的速度上升，3S 后以30r/min 的速度上升，當上升到一定的位置后停止上升，傳感器S2 檢測到車輛離開，落桿以20r/min 的速度下降，3S 后以30r/min 的速度下降，當下降到一定位置后停止下降。當按下停止按鈕，落桿將當前的循環完成后停止工作。

2 PLC 道閘控制系統的基本結構

PLC 道閘控制系統采用的是國產可編程控制器——信捷PLC 可編程邏輯控制器。信捷PLC 實質是一種專用于工業控制的計算機,可編程邏輯控制器其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：1）電源。信捷PLC 可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網上去。2）中央處理單元(CPU)。中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據； 檢查電源、 存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O 映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU 構成冗余系統，或采用三CPU 的表決式系統。這樣，即使某個CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。

3 PLC 道閘控制系統的設計

現以桿式進出車輛控制道閘控制系統為例，針對基于PLC 道閘控制系統設計過程中關注的幾個問題做詳細的分析和設計。

（1）PLC 控制系統的選型及硬件系統配置： 為了確保道閘控制系統運行的穩定性和可靠性，特別是處于安全性的考慮，控制系統設置了總啟動和總停止功能，并將控制系統分為自動和手動控制可并用的功能。因此，在系統I/O 點數設置時確保有一定的余量。

（2）I/O 地址分配及外圍接線方式設計： 在確定了PLC 道閘控制系統I/O 點數后，根據設定的輸入點和輸出點對I/O 地址的分配情況和外圍接線方式進行合理分析。PLC 可編程控制器是整個控制系統的核心部分，由它來完成對變頻器、觸摸屏的數據輸出和輸入數據的處理與執行。就桿式進出車輛控制道閘控制系統這個例子，其外圍接線方式如圖2 所示。

根據設定，設計出I/O 地址分配表如圖3 所示。

（3）PLC 道閘控制系統的軟件設計

桿式進出車輛控制道閘的工作流程主要分為落桿上升和下降兩個過程。當工作人員按下啟動按鈕后，系統上電，進入等待狀態。若有車輛進入，則傳感器S1 檢測到信號，PLC 輸出對應數據到變頻器，從而驅動道閘落桿以20r/min 的速度上升，上升3S 后以30r/min 的速度上升，當碰到上限位開關后停止上升，此時落桿的上升過程結束；當傳感器S2 檢測到車輛離開，落桿則以20r/min 的速度下降，持續3S 后以30r/min 的速度下降，當碰到下限位開關后停止下降，此時下降過程結束。當工作人員按下總停止按鈕時，落桿將當前的循環完成后停止工作。根據道閘的工作過程，可以設計出此控制系統的控制流程圖如下圖4 所示。

根據程序流程圖，編寫梯形圖，在整個程序的編寫中均采用步進指令編寫：

4 結束語

隨著科學技術的迅速發展，自動化控制滲透到國民經濟生產和生活的方方面面，PLC 控制系統及其應用已基本普及公共場所車輛道閘控制裝置。只是在系統設計時多考慮PLC 可編程控制器的選型，在提高系統的效率和穩定性的同時降低成本，提高經濟效益。總而言之，本文針對有關基于PLC 的道閘控制系統進行設計，其硬件和軟件設計都具有一定的普遍實用性。

［1］信捷PLC 說明書[S].信捷科技電子有限公司，2010，4.

［2］趙相賓.可編程控制器技術與應用系統設計[M].機械工業出版社，2002，7.

［3］咸慶信,類延法.PLC 技術與應用——專業技能入門與精通[M].2 版.機械工業出版社，2011，11.

［4］李江全.西門子PLC 通信與控制應用編程實例[M].中國電力出版社，2012，1.