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基于PLC的智能式全自动公厕设计

作者：孙良 张凯

来源：《世界家苑》2018年第01期

摘 要：近年来，旅游的人越来越多，对于各景点和公园服务能力提出了更多的挑战。除了正常的观光之外，人们希望在享受美景的同时也能接受到比较好的服务，比如景区卫生间。对于卫生间，在各景点是必备的服务区域，也是服务层次和质量的重要体现。对卫生间本身而言，要有使用功能，清洁和卫生是必须的。对于景区管理而言，尽量提供人性化的服务，保证其使用功能和服务理念，。基于此，本文主要对基于PLC的智能式全自动公厕设计进行分析探讨。

关键词：基于PLC；智能式；全自动公厕设计 前言

目前，公共卫生间便池多采用传统的手按式和水箱式冲洗，照明普遍采用手动开关，经常会因忘记冲水或打扫不及时而造成环境污染，使用起来既不方便又不卫生，也不利于节水节电，更重要的是还需要人工管理。照明和冲水均需人力开关，还会因手的接触而造成不卫生。根据最新的节水技术，本文设计了基于PLC控制的全自动公厕系统。 1、系统总体设计

智能型全自动公厕的基本设计思想是利用PLC自动控制技术把冲水，清洁，照明等一系列设备进行连接，编程控制实现全自动入厕。 1.1进门系统

如果是收费公厕可采用投币式开启，硬币投入的硬币孔中，掉落在检测系统（即电子天平）。电子天平测量的重量少于误差值时自动门打开，可根据情况选择5角或者1元的进行参数设定。如果检测结果不正确时，假币提示灯亮起，退出系统。如果是免费公测，可采用光电开关形式作为自动门开启开关。 1.2冲洗

普通蹲厕人工冲水存在诸多弊端。采用红外被动感应式传感器控制开关进行自动冲水控制。本设计使用最新的泡沫式冲水系统，将常态水和发泡剂经过发泡器处理产生源源不断的水体泡沫，从而使体积超常膨胀，洁具内充满洁白的泡沫，和传统公厕相比，具有排污量少、节水效果显著、且阻隔了令人不愉快的气味，不招蝇虫等特点。传统厕所每冲一次需要6～13L水，而“泡沫公厕”一天不间断使用，也只需用6L水。同时配备高压冲水管道。泡沫在使用过程中要不断被稀释和流失，所以要不断补充，补充开关根据感知泡沫液位高低的特殊泡沫传感

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器来控制，选定的光电传感器接近开关输出信号都是标准的电压信号，可以直接被PLC检测，使用可靠方便。冲洗的管路控制如图1所示。 1.3泡沫液箱设计

泡沫液箱主要用来存放泡沫液体，根据使用情况适时补充。A1、A2、A3是泡沫液箱内依次向下的液位传感器，当液体浸住液位传感器时，传感器闭合，否则断开。A2、A3为发泡器控制，当液面降低到达A3时，发泡器工作，向液箱内补充泡沫混合液，上升至A2时关闭I0.2发泡器阀门。该系统具有泡沫液箱损坏报警功能。A1为安全限制液位传感器，平时关闭，当液位上升或超过A1时，A1发出信号，停止一切活动并报警显示传感器失灵。 2、智能式全自动公厕控制流程

手动工作模式：在公厕系统调试阶段和自动运行出现问题时，可以切换到手动工作状态。手动控制在公厕内有手动开关，每个动作按钮开关可控制相应动作完成所需功能，只是工作人员使用。

自动工作模式：通过投币或光电开关监测到入厕的信号，自动门打开，进门后换气扇和照明随即启动。为防止自动门在使用过程中自动打开，打开后外部传感器失灵，使用完后，内部必须通过按钮开关打开。使用者如果立式解手，完成后按钮直接出门，换气扇在关门结束后定时10s自动关闭。使用者如果是蹲式解手，红外传感器设置于后墙感测发出信号（使用者臀部靠近蹲便器后墙），根据排泄物主要在开始排出，定时20s后打开I0.3进行第一次冲洗便盆，定时开启I0.3，2s后关闭，流量控制在约0.1L，润滑便盆表面以防止污物粘附。待解手完毕，传感器感知使用者立起，启动二次冲洗2s（约0.1L水）。在整个使用流程如图2所示。 3、硬件构成

自动智能公厕的控制主要包括自动抽风装置，自动冲水排污控制和自动冲水清洗控制和自动照明装置等。在描述每个区域和任务时，不但要定义操作，还要定义控制该区域的不同器件。

3.1I/O接口

在进行PLC编程之前，结合公厕使用步骤分析和各设计部分的输入输出机构，画出系统装置I/O图，如图3所示。根据本系统的要求，确立输入输出表，主要有8个输入信号，8个输出信号，见附表。本文使用西门子S7-300型PLC进行控制，可至少同时控制3间同样的独立公厕，本文只对单个控制给出介绍。 3.2主要控制部分编程

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梯形图程序是采用顺序信号与软元件地址号的图形式编程方法。这种方法用线图符号与触点符号表示顺序电路，因而容易理解程序的内容。整个PLC程序的基础模块动作主要包括自动冲水，自动照明。该模块的作用就是根据设置模块完成得设置，接受传感器信号触发，完成组合动作。下面将给出自动冲水排污控制和自动冲水清洗控制和自动照明装置的梯形图。T代表时间定时器，T40、T41、T42和T43的分辨率都是100ms，CO代表计数器，I0.7是急停按钮，M是中间继电器。图4-1是蹲式解手冲水的梯形图，红外传感器感知有人解手，I0.1接通，定时20s后启动Q1.3冲水2s，直到传感器感知人起身离开，启动二次冲洗，T41的常闭触点保证冲水2s停止，常开触点保证了两次冲水的连续性和相互制约。图4-2是排气扇和照明控制梯形图，I0.0表示验证硬币有效后开门、照明、排气扇开关打开。出门开关I0.2接通后，自动计时10s，通过T43的长闭触点断开照明和风扇开关，起到延时断开的功能。图4-3是泡沫液箱的液位控制梯形图，通过三个液位传感器起到补充泡沫的功能。图4-4是清洁冲洗地面的控制梯形图，计数器检验到有40人次使用过洗手间后，会自动启动清洗冲水阀门，同时复位，等待下一个40的到来。中间可再使用一个定时器定时冲洗时间。所有跟时间相关的变量都可通过PT设定进行改变，地面冲洗的频率也可通过PU进行重新设置。 3.3照明系统

照明系统分为自动和手动两种模式。正常情况下，通过亮度传感器对周围环境的亮度进行检测。通过亮度传感器检测亮度是否达到要求，即是否天黑。当亮度达到设定值时，在有人入厕情况下，开启照明灯。当检测到人离开时，会延时点亮10秒后自动熄灭。如果不能及时熄灭进行报警。在需要的情况下，可以通过手动按钮打开和关闭照明灯，此时不受亮度传感器的控制。

3.4系统自我检修

该部分设计主要是在卫生间使用频率的较低时段的晚21点到早6点进行。这个时间景点游览的人最少，方便对设备的功能性进行检测。在这个时段中，通过程序设计，系统会每隔3秒输入一个检测信号，即有人入厕的信号。这样，可以模拟在有人进入时，卫生间的冲水系统和照明系统能否正常工作。如果在检测中，某个环节出现故障，则进行报警，以便工作人员在上班时能及时进行检修。 4、结语

本文设计的基于PLC控制的智能全自动公厕，结合最新的泡沫式冲水，实现了环保、节水、全自动操作，特别方便老人及儿童使用，对防止某些接触性传播疾病的发生和流行具有一定的意义。在设计中还可以根据各地具体的使用情况对设定参数进行调整。 参考文献