基于PLC的道闸控制系统的设计与实现

俞亚平

(无锡机电高等职业技术学校 自动化工程系，江苏 无锡214028)

0 引言

随着人们生活水平的提高，越来越多的汽车进入人们的生活，私家车成了中国大中城市家庭出行的必备交通工具。这给城市小区、医院、超市、社会停车场等公共场所的车辆管理带来了巨大的压力。如今快节奏的城市生活中，有效、快捷地进行车辆通行管理是必须解决的问题。道闸控制早已取代了人工管理。自动化控制系统在生活中的广泛应用，在道闸控制方面，用继电器实现的逻辑控制系统在公共场合被逐步淘汰，而PLC 可编程控制器(Programmable Logic Controller）控制的道闸具有维护便捷、故障率低等突出优点，已经逐渐取代了早期的控制系统。本文以道闸控制为研究对象，结合信捷PLC 可编程控制器的应用，实现道闸控制系统的设计。

1 PLC 应用于道闸系统的优势和实现功能

现阶段，道闸控制系统主要有三种形式：继电器控制系统、微机控制系统和可编程控制器控制系统。其中可编程控制器（PLC）控制系统以它灵活、通用，可靠性高、抗干扰能力强，操作方便、维修容易，功能强，体积小、重量轻和易于实现机电一体化的优点，在道闸控制系统中得到广泛的应用。特别是对于杆式车辆进出道闸控制系统，PLC 控制系统的优势更加突出。

基于PLC 的道闸控制系统应当满足以下几个方面的功能： 具体以杆式进出车辆控制道闸控制系统设计为例，该控制系统应设有总启动和停止按钮，道闸落杆由变频器控制三相异步电机实现升降；当工作人员按下启动按钮后，若传感器S1 检测到有车辆进入，道闸落杆以20r/min 的速度上升，3S 后以30r/min 的速度上升，当上升到一定的位置后停止上升，传感器S2 检测到车辆离开，落杆以20r/min 的速度下降，3S 后以30r/min 的速度下降，当下降到一定位置后停止下降。当按下停止按钮，落杆将当前的循环完成后停止工作。

2 PLC 道闸控制系统的基本结构

PLC 道闸控制系统采用的是国产可编程控制器——信捷PLC 可编程逻辑控制器。信捷PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机,可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1）电源。信捷PLC 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。2）中央处理单元(CPU)。中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据； 检查电源、 存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。

3 PLC 道闸控制系统的设计

现以杆式进出车辆控制道闸控制系统为例，针对基于PLC 道闸控制系统设计过程中关注的几个问题做详细的分析和设计。

（1）PLC 控制系统的选型及硬件系统配置： 为了确保道闸控制系统运行的稳定性和可靠性，特别是处于安全性的考虑，控制系统设置了总启动和总停止功能，并将控制系统分为自动和手动控制可并用的功能。因此，在系统I/O 点数设置时确保有一定的余量。

（2）I/O 地址分配及外围接线方式设计： 在确定了PLC 道闸控制系统I/O 点数后，根据设定的输入点和输出点对I/O 地址的分配情况和外围接线方式进行合理分析。PLC 可编程控制器是整个控制系统的核心部分，由它来完成对变频器、触摸屏的数据输出和输入数据的处理与执行。就杆式进出车辆控制道闸控制系统这个例子，其外围接线方式如图2 所示。

根据设定，设计出I/O 地址分配表如图3 所示。

（3）PLC 道闸控制系统的软件设计

杆式进出车辆控制道闸的工作流程主要分为落杆上升和下降两个过程。当工作人员按下启动按钮后，系统上电，进入等待状态。若有车辆进入，则传感器S1 检测到信号，PLC 输出对应数据到变频器，从而驱动道闸落杆以20r/min 的速度上升，上升3S 后以30r/min 的速度上升，当碰到上限位开关后停止上升，此时落杆的上升过程结束；当传感器S2 检测到车辆离开，落杆则以20r/min 的速度下降，持续3S 后以30r/min 的速度下降，当碰到下限位开关后停止下降，此时下降过程结束。当工作人员按下总停止按钮时，落杆将当前的循环完成后停止工作。根据道闸的工作过程，可以设计出此控制系统的控制流程图如下图4 所示。

根据程序流程图，编写梯形图，在整个程序的编写中均采用步进指令编写：

4 结束语

随着科学技术的迅速发展，自动化控制渗透到国民经济生产和生活的方方面面，PLC 控制系统及其应用已基本普及公共场所车辆道闸控制装置。只是在系统设计时多考虑PLC 可编程控制器的选型，在提高系统的效率和稳定性的同时降低成本，提高经济效益。总而言之，本文针对有关基于PLC 的道闸控制系统进行设计，其硬件和软件设计都具有一定的普遍实用性。

［1］信捷PLC 说明书[S].信捷科技电子有限公司，2010，4.

［2］赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计[M].机械工业出版社，2002，7.

［3］咸庆信,类延法.PLC 技术与应用——专业技能入门与精通[M].2 版.机械工业出版社，2011，11.

［4］李江全.西门子PLC 通信与控制应用编程实例[M].中国电力出版社，2012，1.