基于PLC的道閘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

俞亞平

(無(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 自動(dòng)化工程系，江蘇 無(wú)錫214028)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的汽車進(jìn)入人們的生活，私家車成了中國(guó)大中城市家庭出行的必備交通工具。這給城市小區(qū)、醫(yī)院、超市、社會(huì)停車場(chǎng)等公共場(chǎng)所的車輛管理帶來(lái)了巨大的壓力。如今快節(jié)奏的城市生活中，有效、快捷地進(jìn)行車輛通行管理是必須解決的問(wèn)題。道閘控制早已取代了人工管理。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在生活中的廣泛應(yīng)用，在道閘控制方面，用繼電器實(shí)現(xiàn)的邏輯控制系統(tǒng)在公共場(chǎng)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(hù)便捷、故障率低等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代了早期的控制系統(tǒng)。本文以道閘控制為研究對(duì)象，結(jié)合信捷PLC 可編程控制器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)道閘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 PLC 應(yīng)用于道閘系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)功能

現(xiàn)階段，道閘控制系統(tǒng)主要有三種形式：繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)和可編程控制器控制系統(tǒng)。其中可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)以它靈活、通用，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，操作方便、維修容易，功能強(qiáng)，體積小、重量輕和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)，在道閘控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。特別是對(duì)于桿式車輛進(jìn)出道閘控制系統(tǒng)，PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更加突出。

基于PLC 的道閘控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個(gè)方面的功能： 具體以桿式進(jìn)出車輛控制道閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，該控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有總啟動(dòng)和停止按鈕，道閘落桿由變頻器控制三相異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)升降；當(dāng)工作人員按下啟動(dòng)按鈕后，若傳感器S1 檢測(cè)到有車輛進(jìn)入，道閘落桿以20r/min 的速度上升，3S 后以30r/min 的速度上升，當(dāng)上升到一定的位置后停止上升，傳感器S2 檢測(cè)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(dāng)下降到一定位置后停止下降。當(dāng)按下停止按鈕，落桿將當(dāng)前的循環(huán)完成后停止工作。

2 PLC 道閘控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

PLC 道閘控制系統(tǒng)采用的是國(guó)產(chǎn)可編程控制器——信捷PLC 可編程邏輯控制器。信捷PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),可編程邏輯控制器其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：1）電源。信捷PLC 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網(wǎng)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(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)； 檢查電源、 存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

3 PLC 道閘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)以桿式進(jìn)出車輛控制道閘控制系統(tǒng)為例，針對(duì)基于PLC 道閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題做詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。

（1）PLC 控制系統(tǒng)的選型及硬件系統(tǒng)配置： 為了確保道閘控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，特別是處于安全性的考慮，控制系統(tǒng)設(shè)置了總啟動(dòng)和總停止功能，并將控制系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)控制可并用的功能。因此，在系統(tǒng)I/O 點(diǎn)數(shù)設(shè)置時(shí)確保有一定的余量。

（2）I/O 地址分配及外圍接線方式設(shè)計(jì)： 在確定了PLC 道閘控制系統(tǒng)I/O 點(diǎn)數(shù)后，根據(jù)設(shè)定的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)對(duì)I/O 地址的分配情況和外圍接線方式進(jìn)行合理分析。PLC 可編程控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，由它來(lái)完成對(duì)變頻器、觸摸屏的數(shù)據(jù)輸出和輸入數(shù)據(jù)的處理與執(zhí)行。就桿式進(jìn)出車輛控制道閘控制系統(tǒng)這個(gè)例子，其外圍接線方式如圖2 所示。

根據(jù)設(shè)定，設(shè)計(jì)出I/O 地址分配表如圖3 所示。

（3）PLC 道閘控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

桿式進(jìn)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(gè)過(guò)程。當(dāng)工作人員按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)上電，進(jìn)入等待狀態(tài)。若有車輛進(jìn)入，則傳感器S1 檢測(cè)到信號(hào)，PLC 輸出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)到變頻器，從而驅(qū)動(dòng)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(dāng)碰到上限位開關(guān)后停止上升，此時(shí)落桿的上升過(guò)程結(jié)束；當(dāng)傳感器S2 檢測(cè)到車輛離開，落桿則以20r/min 的速度下降，持續(xù)3S 后以30r/min 的速度下降，當(dāng)碰到下限位開關(guān)后停止下降，此時(shí)下降過(guò)程結(jié)束。當(dāng)工作人員按下總停止按鈕時(shí)，落桿將當(dāng)前的循環(huán)完成后停止工作。根據(jù)道閘的工作過(guò)程，可以設(shè)計(jì)出此控制系統(tǒng)的控制流程圖如下圖4 所示。

根據(jù)程序流程圖，編寫梯形圖，在整個(gè)程序的編寫中均采用步進(jìn)指令編寫：

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化控制滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活的方方面面，PLC 控制系統(tǒng)及其應(yīng)用已基本普及公共場(chǎng)所車輛道閘控制裝置。只是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)多考慮PLC 可編程控制器的選型，在提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性的同時(shí)降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益?？偠灾疚尼槍?duì)有關(guān)基于PLC 的道閘控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其硬件和軟件設(shè)計(jì)都具有一定的普遍實(shí)用性。

［1］信捷PLC 說(shuō)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(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002，7.

［3］咸慶信,類延法.PLC 技術(shù)與應(yīng)用——專業(yè)技能入門與精通[M].2 版.機(jī)械工業(yè)出版社，2011，11.

［4］李江全.西門子PLC 通信與控制應(yīng)用編程實(shí)例[M].中國(guó)電力出版社，2012，1.