一种智能道闸电机的PLC控制分析

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　　摘要：PLC控制的道闸维护便捷、故障率低等优点已经逐渐取代了早期的控制系统，而直流电动机的调速性能平滑、范围广且制动、超载能力都很好。这一背景下，本文设计的一种PLC控制的道闸采用了无刷直流电动机完成实现，这一设计对于PLC在道闸中进一步发展有一定的应用价值。

　　关键词：PLC控制,道闸控制,无刷直流电动机

　　1 引言

　　自动化控制系统已经在人们生活中得到了广泛的应用，相对于继电器与接触器实现的系统复杂、控制不便的状态，可编程逻辑控制器PLC在通用性、灵活性以及可靠性方面具有明显的优势。在道闸控制方面，继电器逻辑的控制系统在公共场合被逐步淘汰，而PLC控制的道闸具有维护便捷、故障率低等优点已经逐渐取代了早期的控制系统。电机方面，相对于交流电机，无刷直流电动机具有调速性能平滑、范围广且制动、热动超载能力好等优点。同时随着永磁技术的发展，以及加工工艺的改进，无刷直流电机的制作成本明显下降，在道闸应用所需的小功率情况中，价格与交流电机差异已经不大。基于上述原因，本文将设计分析一种PLC控制的道闸且使用无刷直流电动机完成实现，这一设计对于PLC在道闸中进一步发展有一定的应用价值。

　　2 道闸车辆管理系统

　　2.1管理系统

　　图1给出了本文设计的道闸车辆管理系统实现图，系统中分成了自动和手动控制两部分，自动部分通过车辆识别检验功能，实现了道闸的自动开关，手动控制则利用遥控直接控制道闸的动作。

　　2.2道闸直流电动机的实现

　　本文设计的道闸采用永磁无刷直流力矩电机。无刷直流电机采用电子换向来代替传统的机械换向，具有性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了约6倍，空载电流小，效率高，体积小等优点。采用PLC输出PWM(脉冲宽度调制)波，控制大功率IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，进而驱动直流电动机，实现电动机的正反转，实现道闸的开启和关闭。当车辆进入射频信号区，完成车辆信号检测后，触动传感器给PLC发出信号控制电动机正转，道闸开启;车辆通过后，触动传感器给PLC发出信号控制电动机反转，道闸重新关闭。

　　2.3无刷直流电机的控制

　　无刷直流电机通过霍尔原件(hall-sensor)检测电机转子位置。控制系统采集无刷直流电机的霍尔原件信号，然后依据定子绕线决定IGBT中晶体管顺序决定电机转向，调整PWM波的占空比决定电机的转速。图2中上臂功率晶体管AH、BH、CH与下臂功率晶体管AL、BL、CL，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，这样就实现了电机顺时/逆时转动。

　　对于驱动器还要有保护措施，当负载过大或不当使用时会造成大电流而将功率晶体管烧毁。为了保护因电流超过规格而破坏驱动器，一般会加大功率晶体管耐电流或增加过电流检测做为保护。其次当电机负载不小的时候，在停止转动时由电机端回送至驱动器的能量及过电压都将危及驱动器，这可配合过电压保护电路加上大功率制动电阻来防治。其它尚有霍尔原件正常与否也会影响PWM控制的正确性，这可由控制部判断并适时警告即可。

　　3 PLC电机控制

　　3.1 选择的PLC

　　本文设计选用三菱FX2N系列PLC，FX2N系列的PLC具有高性能、快速度、较小的装置，可与多个组件连接、定位模拟控制是当前应用较为普遍的PLC。设计选择的PLC特点有：集成性能高，输入输出、电源与CPU一体化;0.08μs/指令的高速运算能力;3072点辅助继电器，235点的计数具有很好的软件范围;具备特定控制的性能。可以用指令表(应用中理解较困难，应用较少)和梯形图实现程序编辑完成指令表的生成。

　　3.2 PLC系统分析

　　设计PLC是在I/O地址分配后再编程的，也只有当地址分配完成后才能绘制结构和电气接线图，本文的车辆管理系统的PLC控制如图3所示：

　　应用PLC控制的电动机，其输出/输入端口与对应的控制部分对应见表1：

　　3.3 PLC控制电机指令程序

　　图4给出了本文设计的道闸指令程序，程序中分成了自动和手动控制两部分，其中在X002为Y001ON后电机正转道闸开启，反之OFF为电机停止，而Y002置为ON则直流电动机反转道闸关闭反之OFF是电机停止。而开启X003，Y001变成ON道闸开启，启动X004则Y002变成ON道闸关闭。

　　4小结

　　本文应用的三菱FX2NPLC设计对于社区等小型车辆管理系统的应用推广空间较大，采用的PLC电机控制的原理，自动化程度较高，车辆管理较为方便，但显然对于大型车库等这一系统还是不够方便。

　　参考文献

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