-基于全自動廁所PLC設(shè)計

1、摘 要眾所周知，我國是一個水資源極其短缺的國家，水環(huán)境日益嚴(yán)峻，公共場所水資源浪費現(xiàn)象更是十分嚴(yán)重因此，加強公共場所的節(jié)約用水勢在必行，而自動沖水裝置可以很好的解決這一問題。目前在諸如公廁等公共場有些沒有自動沖水控制裝置，有些所采用的自動沖水裝置有的停留在機械原理控制，有的使用強電工作，布線不方便，不能很好的達(dá)到節(jié)水節(jié)電目的。而我們介紹的自動沖水裝置運用模數(shù)電原理，結(jié)構(gòu)簡單以及低電壓控制的電磁閥實現(xiàn)上述控制，從而達(dá)到節(jié)能、優(yōu)化控制的目的，適宜實際使用與廣泛推廣。文章介紹了一種應(yīng)用 PLC 自動沖水節(jié)水智能控制系統(tǒng)。當(dāng)有人入廁的時候，熱釋電紅外線傳感器能夠以非接觸的方式檢測出人體發(fā)出的紅外線輻射

2、，并且轉(zhuǎn)化為電信號，觸發(fā) PLC 電路。克服了傳統(tǒng)沖水系統(tǒng)的缺點，實現(xiàn)了精確的計數(shù)。關(guān)鍵詞：PLC、節(jié)水、智能控制、AbstractAs everyone knows, China is a country of water shortage, water environment is increasingly serious, public water resources waste phenomenon is very serious so, strengthen public saving water potential is necessary, and automatic flush

3、ing device can be a very good solution to this problem. At present, such as toilets and other public field does not have the automatic flushing control device, some adopted automatic flushing device and some stay in mechanical principle control, some use the heavy work, wiring is convenient, can ach

4、ieve very good water-saving power-saving purpose. And we introduce the automatic flushing device using the module electrical principle, simple structure and low voltage control of the electromagnetic valve to realize the control, to achieve energy-saving, optimized control purposes, suitable for pra

5、ctical use and popularization.This paper introduces an application of PLC automatic flushing water-saving intelligent control system. When someone throw when, pyroelectric infrared sensor in non-contact mode to detect body emits infrared radiation, and converted to electrical signals, the trigger ci

6、rcuit of PLC. To overcome the shortcomings of traditional flushing system, realizing the accurate counting. Key words:PLC、water-saving、intelligent control、pyroelectric、infrared sensor目 錄第一章 緒 論.1第一節(jié) 概述 .1第二節(jié) 系統(tǒng)的總體設(shè)計 .1第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn).2第一節(jié)紅外線檢測模塊.2第二節(jié) PLC 計時計數(shù)器.4第三節(jié) 電磁閥 .5第三章 系統(tǒng)工作原理.7第一節(jié) 探測信號 .7第二節(jié) 信號傳

7、輸過程 .7第三節(jié) 沖水動作的觸發(fā) .7第四節(jié) 水箱注水控制 .8第四章 PLC 程序的設(shè)計 .9第一節(jié) 程序流程圖 .9第二節(jié) 工作原理梯形圖 .10結(jié)束語.12謝辭.13參考文獻(xiàn).141第一章 緒 論第一節(jié) 概述隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，對水資源的需求越來越大，而我國作為一個水資源極度短缺的國家，與此形成了鮮明的對比，加強節(jié)約用水尤其是公共場所的節(jié)約用水尤為關(guān)鍵，而自動沖水裝置可以很好的解決這一問題。自動沖水裝置可廣泛用于學(xué)校，飯店、商場、超市、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等場公共場所。目前在諸如公廁等公共場有些沒有自動沖水控制裝置，有些所采用的自動沖水裝置有的停留在機械原理控制，有

8、的使用強電工作，布線不方便，不能很好的達(dá)到節(jié)水節(jié)電目的。本文介紹一種自動沖水節(jié)水智能控制系統(tǒng)。它的特點是：將傳感器和 PLC 技術(shù)相結(jié)合，采用熱釋電傳感器對入廁的人員計數(shù)，當(dāng)有人如廁后，人次達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，或待人上完廁所離開一定時間后放水沖洗，而后系統(tǒng)恢復(fù)。以待下次使用，這樣不僅簡便易用而且在保證廁所干凈整潔的同時節(jié)約珍貴的水資源。第二節(jié) 系統(tǒng)的總體設(shè)計圖 1-1 系統(tǒng)總體設(shè)計2第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)第一節(jié) 紅外線檢測模塊紅外技術(shù)的內(nèi)容包含四個主要部分：紅外輻射的性質(zhì)，其中有受熱物體所發(fā)射的輻射在光譜、強度和方向的分布；輻射在媒質(zhì)中的傳播特性：反射、折射、衍射和散射；熱電效應(yīng)和光電效應(yīng)等

9、。紅外元件、部件的研制，包括輻射源、微型制冷器、紅外窗口材料和濾光電等。把各種紅外元件、部件構(gòu)成系統(tǒng)的光學(xué)、電子學(xué)和精密機械的組成部分。紅外技術(shù)在軍事上和國民經(jīng)濟中有著廣泛的應(yīng)用。 紅外技術(shù)有很多應(yīng)用，例如在夜晚可以用看見物體的紅外線來確定物體的位置;用一個紅外線發(fā)射器和一個紅外線接收器在生產(chǎn)上可以計算商品的數(shù)量；軍事上可以用來防止敵人侵入,當(dāng)紅外線發(fā)射器和接收器被擋住, 警報就會響; 在醫(yī)學(xué)上還可以查看人的病情等等。紅外線計數(shù)器分為對射式和反射式兩種電路。對射式紅外線是一個發(fā)射頭和一個接收頭在中間如有物件通過就遮擋一下光線，輸出脈沖信號觸發(fā)計數(shù)電路；反射式紅外線是把發(fā)射頭和接收頭做在一塊成為

10、一個紅外探頭，當(dāng)探頭前有一個物件出現(xiàn)就把發(fā)射頭的紅外線反射給接收頭，探頭輸出一個脈沖給計數(shù)器計數(shù)。圖 2-1 紅外線接收管本文所設(shè)計的計數(shù)器是采用紅外線遮光方式，利用紅外對射管作計數(shù)傳感器, 當(dāng)有物體通過時光被遮擋住,接收模塊輸出一個高電平脈沖,對此脈沖進(jìn)行計數(shù), 就可實現(xiàn)對產(chǎn)基于這種光電檢測原理, 配合組成集成電路,就可品的統(tǒng)計。設(shè)計測物對光束的遮擋或反射，由同步回光電傳路感應(yīng)反射回來的光的強弱而檢測物體的存在與否。感器首先發(fā)出紅外線光束到達(dá)或透過物體，物體或鏡面對紅外線光束進(jìn)行反射，光電傳感器接收反射回來的光束，根據(jù)光束的強弱判斷物體的存在，多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型

11、。紅外對射管的種類很多，有鏡反射式光電開關(guān)、漫反射式、槽式、對射式、光纖式等。紅外檢測電路如圖所示，當(dāng)紅外對管之間紅外對射管將輸入電流在發(fā)射器3上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。每當(dāng)物件通過紅外對射管中間一次，紅外光被遮擋一次，光電接收管的輸出電壓發(fā)生一次變化，這個變化的電壓將產(chǎn)生一個脈沖信號。對射式紅外線計數(shù)器。該裝置抗干擾能力強,工作穩(wěn)定, 計數(shù)準(zhǔn)確。目前常用的紅外線對射管是根據(jù)物體對近紅外線光束的反射原理。圖 2-2 紅外檢測模塊圖 2-3 工作原理圖4第二節(jié) PLC 計時計數(shù)器計時器的分辨率有三種，1Ms 、10Ms 、100Ms 三種。計時器

12、的值每增加一個數(shù)字表示多長時間。計時器號決定定時器的分辨率 T0 T64 T32 T96 時間分辨率是 1Ms。T1T4 等時間分辨率是 10Ms ，T5T31 等時間分辨率是 100Ms。S7200 系列 PLC 中定時器一共三種：（1）接通延時計時器 TON（2） 斷開延時計時器 TOF（3）保持型接通延時計時器 TONR接通延時計時器，TON 工作原理PLC 上電時，計時器的常開接點斷開，常閉接點閉合，計時器當(dāng)前值為 0。當(dāng) IN 斷開時，計時器的常開接點斷開，常閉接點閉合，計時器當(dāng)前值為 0。當(dāng)IN 閉合時，計時器從 0 開始記時，當(dāng)計時值大于或等于設(shè)定值時，計時器的常開接點閉合，常閉

13、接點斷開，定時器的值記到 32767 為止。在計時的中間，如果 IN 斷開，則計時器的當(dāng)前值回到 0，常開接點斷開，常閉接點閉合。斷開延時計時器，TOF 工作原理PLC 通電時，其常開接點斷開，常閉接點閉合，其當(dāng)前值為 0。當(dāng) IN 接通時，其常開接點立即閉合，常閉接點立即斷開，其當(dāng)前值為 0。當(dāng) IN 從接通變到斷開時，定時器從 0 開始記時，當(dāng)當(dāng)前值等于設(shè)定值時，常開接點斷開，常閉接點閉合，其當(dāng)前值保持不變。保持型接通延時計時器，TONR 工作原理當(dāng) PLC 上電時，其常開接點斷開，常閉接點閉合，計時值為 0。當(dāng) IN 接通時，定時器其開始計時，當(dāng)定時器的當(dāng)前值大于或等于設(shè)定值時，常開接點

14、閉合，常閉接點斷開，同時定時器繼續(xù)計時。當(dāng) IN 斷開時，定時器的當(dāng)前值保持不變，當(dāng) IN 再次接通時，定時器以此值為基數(shù)開始計時。可用 R 指令復(fù)位定時器的當(dāng)前值。計時器注意事項：A、每個定時器線圈只能用一次,接點可以多次使用。B、定時器的編號決定定時器的類型和分辨率。C、分辨率是 1mS 和 10mS 的定時器，其接點不能出現(xiàn)在自身的 IN 回路中。D、定時器在使用時只能是 TON、TOF、TONR 中的一種，不能同時是其中的兩種或三種形式。E、 定時器的設(shè)定值最大是 32767，最小為 0。F、IN 不能直接接左側(cè)的能量線。5對輸入的信號進(jìn)行計數(shù)，在計數(shù)輸入信號的上升沿計一次數(shù)。計數(shù)器用

15、 C表示。S7200 一共有 256 個計數(shù)器，編號從 C0 到 C255。計數(shù)器有三種類型： (1)加計數(shù)器，CTU(2)減計數(shù)器，CTD(3)加減計數(shù)器，CTUD一個計數(shù)器類型可以是三種類型中的一種，和計數(shù)器編號無關(guān)，但是統(tǒng)一個計數(shù)器不可同時使用兩種或三種以上類型。加計數(shù)器，CTU 工作原理初次上電時，計數(shù)器的當(dāng)前值為 0，計數(shù)器的位為 OFF，常開接點斷開，常閉接點閉合。當(dāng)復(fù)位端 R 斷開時，計數(shù)輸入端（CU）上升沿時（ONOFF） ，計數(shù)器加 1，直至加到 32767 時停止計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前值大于或等于設(shè)定值時，計數(shù)器的常開接點閉合，常閉接點斷開。當(dāng)復(fù)位端 R 接通時，計數(shù)器的當(dāng)前

16、值復(fù)歸到 0。對計數(shù)器執(zhí)行復(fù)位指令（R）時，計數(shù)器的當(dāng)前值復(fù)歸到 0。減計數(shù)器，CTD裝載輸入 LD 斷開（OFF） ，在計數(shù)輸入端 CD 上升沿（OFF 到 ON）時，計數(shù)器當(dāng)前值減 1，直到減到 0 時，停止計數(shù)。當(dāng)當(dāng)前值為 0 時，其常開接點閉合，常閉接點斷開。當(dāng)裝載輸入 LD 接通（ON）時，計數(shù)器的常開接點斷開，常閉接點閉合，計數(shù)器的值變?yōu)樵O(shè)定值。初次上電時，減計數(shù)器的位為 ON（常開接點閉合，常閉接點斷開） ，計數(shù)器的當(dāng)前值為 0。加減計數(shù)器，CTUD加計數(shù)輸入 CU 由 OFF 到 ON（上升沿）時，計數(shù)器加 1。當(dāng)減計數(shù)輸入 CD由 OFF 到 ON（上升沿）時，計數(shù)器減 1。

17、當(dāng)計數(shù)器的值大于或等于設(shè)定值時，計數(shù)器的常開接點閉合，常閉接點斷開。復(fù)位 R 變成 ON 時，計數(shù)器復(fù)位到 0。第三節(jié) 電磁閥追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步直動式、先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu))。(一)、直動式電磁閥原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 6特點：在真空、負(fù)壓、零壓時能正常工作，但一般通徑不超過 25mm。 (二)、分步直

18、動式電磁閥 原理：它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差0.05Mpa，通電時，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口壓差0.05Mpa，通電時，電磁力先打開先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導(dǎo)閥和主閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。 特點：在零壓差或真空、高壓時亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安裝。 (三)、先導(dǎo)式電磁閥 原理：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔

19、迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。 特點：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。通過導(dǎo)線將電磁閥體內(nèi)線圈輸入正向脈沖信號，線圈產(chǎn)生的工作磁通，使動芯吸合，打開閥門。當(dāng)停止正向脈沖信號輸入時，動芯釋放，動芯在彈簧力的作用下回復(fù)到初始狀態(tài)，關(guān)閉閥門。另外有自保持型的，停止輸入正向脈沖或斷電后也能保持，需要輸入負(fù)向脈沖信號才能復(fù)位；脈沖電磁閥的工作原理是利用電器的脈沖轉(zhuǎn)化為機械的脈動使得脈動氣體的強大能量變成動量在短時間內(nèi)釋放產(chǎn)生巨大沖力。本文是通過紅外傳感到有人靠近時輸出一個信號給控制電路，控制電路發(fā)出控制信號給電磁閥，進(jìn)行短暫沖水；紅外傳感到有人

20、離開時輸出信號給控制電路，控制電路發(fā)出信號給電磁閥，進(jìn)行較長時間沖水。7第三章 系統(tǒng)工作原理第一節(jié) 探測信號在公廁的每一個位置上都安裝紅外線傳感器，探測元件的波長靈敏度在0.220m 范圍內(nèi)而人體輻射的紅外線中心波長為 910 m。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 710m，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線則由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。當(dāng)有人入廁的時候，紅外線傳感器能夠檢測出人體發(fā)出的紅外線輻射，并且經(jīng)過紅外線開關(guān)將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出，產(chǎn)生高電平信號開始計數(shù)。當(dāng)人上完廁所離開后，電路恢復(fù)到低電平

21、信號，而 PLC 電路被輸出脈沖信號的下降沿觸發(fā)。這樣設(shè)計的好處是能夠避免重復(fù)計數(shù)，準(zhǔn)確的統(tǒng)計入廁人數(shù)，克服了傳統(tǒng)的機械定時沖水系統(tǒng)的缺點。第二節(jié) 信號傳輸過程采用新型紅外傳感器探測入廁人體紅外線輻射，將其經(jīng)過控制電路轉(zhuǎn)化成微弱的電信號輸出，經(jīng)運算放大器 OP1、OP2 進(jìn)行運算放大，再將放大后的電信號經(jīng)比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)成的雙向鑒幅器處理，同時濾去干擾信號，最后將有效信號輸入驅(qū)動計數(shù)器計數(shù)。圖 3-1 信號傳輸過程圖第三節(jié) 沖水動作的觸發(fā)入廁人數(shù)是由輸入的單脈沖個數(shù)決定的，而單脈沖信號是由傳感器探測到的紅外線信號經(jīng)過放大器，比較器等處理，濾去干擾信號而產(chǎn)生的。當(dāng)單脈沖信號下降

22、沿輸入 P 計數(shù)器，分別開始計時和計數(shù)。沖水動作的觸發(fā)是由計時器和計數(shù)器共同決定的，當(dāng)在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)入廁人數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時則觸發(fā)沖水；當(dāng)在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)入廁人數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)值，則在預(yù)設(shè)時間觸發(fā)沖水。沖水動作完成之后電路產(chǎn)生一個復(fù)位信號，PLC 復(fù)位，控制系統(tǒng)的計時和計數(shù)重新開始。LC 時一個工作周期便開始。第一個脈沖輸人后，PLC 啟動計時器和8第四節(jié) 水箱注水控制水箱采用自動注水控制系統(tǒng)，在水箱里安裝水位傳感器實時監(jiān)控水位。水箱的水是根據(jù)水位的高低利用液位繼電器對進(jìn)水閥門的開關(guān)進(jìn)行控制。給水箱預(yù)設(shè)一個最低水位和最高水位高度值，當(dāng)水位低于最低水位，自動開啟進(jìn)水閥門開始注水，實時保持水箱內(nèi)充滿水；當(dāng)水

23、位高于最高水位，關(guān)閉進(jìn)水閥門停止注水，不致使水溢出水箱，節(jié)約用水。9第四章 PLC 程序的設(shè)計第一節(jié) 程序流程圖圖 4-1 程序流程圖10第二節(jié) I/O 分配表表 4-1 I/O 分配表第三節(jié) 工作原理梯形圖圖 4-2 梯形圖設(shè)計PLC 的 I/O 地址連接的外部設(shè)備X000啟動開關(guān)M0T1 定時繼電器M1T2 定時繼電器 1Y000輸出繼電器11結(jié)束語在地球水資源日益匱乏的今天，如何珍惜水資源，提高水資源的利用率對于每個人都是很關(guān)心的問題。隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，對水資源的需求越來越大，而我國作為一個水資源極度短缺的國家，與此形成了鮮明的對比，加強節(jié)約用水尤其是公共場所的節(jié)約用水尤為關(guān)鍵，而自動沖水裝置可以很好的解決這一問題。自動