摘 ? ?要：基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)，是在分析目前學(xué)校公共衛(wèi)生間所使用的兩種沖水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成的。與目前所使用的兩種沖水系統(tǒng)相比，基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)校學(xué)生作息時(shí)間進(jìn)行忙時(shí)和閑時(shí)的設(shè)定，并由PLC控制忙時(shí)和閑時(shí)使用不同的沖水方式。這種分時(shí)段采用不同沖水方式的設(shè)計(jì)，既能更好地控制用水量以達(dá)到節(jié)約用水的目的，又能根據(jù)學(xué)校作息時(shí)間進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了以人為本的思想。

關(guān)鍵詞：PLC;沖水系統(tǒng);紅外傳感器;忙時(shí);閑時(shí)

中圖分類號(hào)：TP273 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-7394（2020）02-0061-06

我國(guó)是水資源大國(guó)，但是由于人口基數(shù)的龐大使得人均水資源占有量還不到世界平均數(shù)的四分之一，節(jié)約用水形勢(shì)嚴(yán)峻。[1]學(xué)校作為人口較為密集的場(chǎng)所，對(duì)于節(jié)約用水的要求應(yīng)該更高。本文針對(duì)學(xué)校廁所的用水情況，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)。

1 ? 概述

目前，學(xué)校公共衛(wèi)生間坑位通常采取兩種形式：一種是采用浮球閥等控制沖水系統(tǒng)的長(zhǎng)蹲位式，如幼兒園、中小學(xué)、高中及部分高校公共衛(wèi)生間;另一種是采用紅外傳感器或人工控制沖水系統(tǒng)的單蹲位式，如多數(shù)高校衛(wèi)生間?？偟膩?lái)說(shuō)，浮球閥等控制的沖水系統(tǒng)不管是在白天還是黑夜，只要水的壓力滿足要求，水箱上滿水就會(huì)沖水，這樣不僅無(wú)法做到有效地節(jié)約用水，也會(huì)影響到學(xué)生夜晚的正常休息;紅外傳感器或人工控制的沖水系統(tǒng)能夠根據(jù)有無(wú)人員如廁進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)控制沖水，但是，這種沖水方式不適用于目前大多數(shù)學(xué)校所采用的長(zhǎng)蹲位式廁所，且每次沖水用水量較大，不如長(zhǎng)蹲位式廁所節(jié)約用水。當(dāng)然，目前也有一些長(zhǎng)蹲位式廁所使用紅外傳感器控制的沖水系統(tǒng)，這種僅僅使用紅外傳感器的沖水系統(tǒng)，只要有人就會(huì)沖水，一次有效沖水的用水量過(guò)大，也不能達(dá)到節(jié)約用水的目的。

基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生作息時(shí)間設(shè)定忙時(shí)和閑時(shí)，并由PLC控制在忙時(shí)使用類似浮球閥等控制的沖水方式，只要水的壓力夠大水箱上滿水就能夠進(jìn)行沖水;而在閑時(shí)采用紅外傳感器控制的沖水方式，只有在一定數(shù)量的人如廁，或者從首次有人如廁開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間到后，系統(tǒng)才會(huì)控制沖水。另外，該系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警指示燈進(jìn)行故障信號(hào)報(bào)警指示。這種分時(shí)段采用不同沖水方式的設(shè)計(jì)，使得基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)既能更好地控制用水量，又能根據(jù)作息時(shí)間進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警指示燈也可以實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，從而便于進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)及維修。

2 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由PLC擔(dān)任主角，擔(dān)負(fù)核心控制作用。PLC的輸入端信號(hào)來(lái)源于紅外傳感器和壓力傳感器。PLC的輸出端用來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥、中間繼電器、指示燈等輸出設(shè)備。本文以一棟6層教學(xué)樓，每層設(shè)有男女公共衛(wèi)生間各1個(gè)共計(jì)12個(gè)衛(wèi)生間為例，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)著核心的地位，該系統(tǒng)PLC選用的是西門子S7-200系列CPU224 AC/DC/RLY的PLC[2]。這款PLC采用的是交直流負(fù)載通用的RLY輸出模式，14輸入10輸出，產(chǎn)品標(biāo)號(hào)是6ES7 214-1BD23-0XB0。另外，擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊EM223 DC/RLY（交直流負(fù)載通用的RLY輸出模式，16輸入16輸出），用來(lái)彌補(bǔ)CPU224本身輸入輸出點(diǎn)數(shù)的不足。

PLC的輸入信號(hào)來(lái)源于紅外傳感器和壓力傳感器，這里，紅外傳感器和壓力傳感器均選用歐姆龍公司DC24 V的傳感器，要求紅外傳感器安裝在每個(gè)衛(wèi)生間的合適位置，壓力傳感器安裝于每個(gè)衛(wèi)生間沖水水箱的底部。二者的接線[3]如圖2所示。

PLC的輸出端驅(qū)動(dòng)設(shè)備電磁閥用于控制水箱沖水，選用的是山野品牌生產(chǎn)的型號(hào)為2W-160-15（額定電壓是220 V）的電磁閥。報(bào)警指示燈用于故障信號(hào)指示，選擇的是浙江啟晟有限公司生產(chǎn)的多層警示燈紅色LTA504-1WJ，額定電壓是DC24 V，它能夠在有故障信號(hào)時(shí)發(fā)出紅色閃亮的光，并能夠使內(nèi)部蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。中間繼電器主要用于電磁閥信號(hào)的轉(zhuǎn)接。因?yàn)閷?shí)際連線時(shí)PLC是固定在某一層的衛(wèi)生間中的控制箱內(nèi)，其他樓層的電磁閥安裝在各自衛(wèi)生間的水箱中，與PLC之間有一定的距離;因此，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電磁閥可能會(huì)因?yàn)樾盘?hào)傳輸過(guò)程中的衰減導(dǎo)致無(wú)法接收到信號(hào)，不能正常工作。此時(shí)，需要中間繼電器作為中間過(guò)渡的橋梁來(lái)轉(zhuǎn)換一下，以解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題。這里選用的是歐姆龍DC24 V的中間繼電器，要求全部安裝在PLC的控制箱中。

PLC的輸入端用來(lái)連接每個(gè)衛(wèi)生間的紅外傳感器和壓力傳感器，輸出端用來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)衛(wèi)生間的中間繼電器和報(bào)警指示燈。系統(tǒng)PLC的I/O分配表如表1所示，系統(tǒng)硬件接線如圖3所示。

2.2 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是：可以根據(jù)學(xué)生的作息時(shí)間來(lái)設(shè)定忙時(shí)和閑時(shí)的時(shí)段，并采用不同的沖水方式，從而達(dá)到節(jié)約用水的目的。表2是某學(xué)校初中生的作息時(shí)間表。

從學(xué)生的作息表中可以看出，他們的上廁所時(shí)間集中在兩節(jié)課的中間休息時(shí)間和課外活動(dòng)時(shí)間，即每天上午8：45—8：55、9：40—10：10、10：55—11：05，共計(jì)50 min，下午時(shí)間會(huì)根據(jù)季節(jié)的不同而稍微有所變化，也是40～50 min，這些時(shí)間段就是本文中所述的忙時(shí)。在這段時(shí)間內(nèi)，學(xué)生會(huì)集中上廁所，所以采用的是類似浮球閥的沖水方式，由壓力傳感器檢測(cè)水箱水壓是否正常即水箱是否上滿水，如果上滿則PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥打開(kāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)沖水，如果沒(méi)有則電磁閥關(guān)閉，系統(tǒng)控制水箱不會(huì)沖水。

除了上述的忙時(shí)，一天中的其他時(shí)間為閑時(shí)時(shí)段。在這些時(shí)間段內(nèi)，因?yàn)槭巧险n時(shí)間或者其他沒(méi)有學(xué)生的時(shí)間，所以上廁所的人數(shù)會(huì)相對(duì)較少。閑時(shí)，根據(jù)廁所中紅外傳感器檢測(cè)到的如廁的人數(shù)、首次有人如廁時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短、壓力傳感器檢測(cè)水箱水壓是否正常即水箱是否上滿水這三個(gè)條件的狀態(tài)，系統(tǒng)通過(guò)PLC控制是否驅(qū)動(dòng)電磁閥打開(kāi)并進(jìn)行沖水。[3]

系統(tǒng)程序流程如圖4所示，系統(tǒng)首先由PLC來(lái)判定忙時(shí)和閑時(shí)，然后選擇相應(yīng)的沖水方式進(jìn)行沖水。（1）忙時(shí)，采用的是類似浮球閥的沖水方式，由壓力傳感器檢測(cè)水箱水壓是否正常即水箱是否上滿水，如果上滿，PLC則驅(qū)動(dòng)電磁閥打開(kāi)并進(jìn)行實(shí)時(shí)沖水;如沒(méi)有則電磁閥關(guān)閉，系統(tǒng)控制水箱不會(huì)沖水。（2）閑時(shí)，根據(jù)紅外傳感器檢測(cè)到的如廁人數(shù)、從首次有人如廁開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短及水箱是否上滿水這三個(gè)條件的狀態(tài)，通過(guò)PLC程序共同協(xié)作完成沖水狀態(tài)的控制。當(dāng)如廁人數(shù)達(dá)到設(shè)定值且水箱水位上滿或者從首次有人如廁開(kāi)始計(jì)時(shí)且計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)PLC控制電磁閥打開(kāi)進(jìn)行沖水;否則，系統(tǒng)控制水箱不會(huì)沖水。[4]

除了上述沖水方式的控制，系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警指示燈用于故障信號(hào)顯示與診斷。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)紅外傳感器長(zhǎng)時(shí)間不能接通沒(méi)有信號(hào);壓力傳感器始終沒(méi)有閉合狀態(tài)，進(jìn)水出現(xiàn)問(wèn)題;電磁閥故障不能正常打開(kāi);各個(gè)中間繼電器不能正常工作等故障時(shí)，通過(guò)PLC控制各個(gè)衛(wèi)生間的報(bào)警指示燈HL1至HL12發(fā)出紅色閃亮的光，并使內(nèi)部蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，從而根據(jù)指示燈的位置可以確定是哪個(gè)衛(wèi)生間出現(xiàn)故障，可以提示工作人員前去維修。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

基于PLC的智能控制沖水系統(tǒng)能夠更好地控制用水量以達(dá)到節(jié)約用水的目的。（1）教室的忙時(shí)和閑時(shí)時(shí)段和學(xué)生宿舍的忙時(shí)和閑時(shí)時(shí)段，可以通過(guò)PLC程序較為方便地進(jìn)行設(shè)置。（2）系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置報(bào)警指示燈進(jìn)行故障報(bào)警，可以對(duì)設(shè)備加以實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便于進(jìn)行設(shè)備的保養(yǎng)及維修。（3）系統(tǒng)使用中間繼電器作為中間過(guò)渡的橋梁，解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，同時(shí)，還可以很方便地通過(guò)增加PLC擴(kuò)展模塊進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)的增加，來(lái)擴(kuò)充控制公共衛(wèi)生間的個(gè)數(shù)，升級(jí)改造十分簡(jiǎn)單。（4）該系統(tǒng)不僅適用于學(xué)校公共衛(wèi)生間，對(duì)于景區(qū)等公共場(chǎng)所衛(wèi)生間也具有一定的適用性[5]，只需根據(jù)客流高峰時(shí)段和低峰時(shí)段做相應(yīng)的忙時(shí)和閑時(shí)設(shè)定，即可滿足要求。

綜上所述，該系統(tǒng)能夠通過(guò)PLC根據(jù)忙時(shí)和閑時(shí)時(shí)段設(shè)置不同的沖水控制方式，可以更加有效地節(jié)約用水;也能夠根據(jù)不同的作息時(shí)間或者客流高低峰時(shí)段，進(jìn)行人性化的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了以人為本的思想。該系統(tǒng)可適用于各種公共場(chǎng)所衛(wèi)生間，具有一定的推廣價(jià)值。[6]

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責(zé)任編輯 ? ?盛 ? ?艷

Design of Intelligent Control Flushing System Based on PLC

LI Mei

（Engineering Institute of Technology，F(xiàn)uyang Institute of Technology，F(xiàn)uyang 236031，China）

Abstract： Based on the analysis of the advantages and disadvantages of two kinds of flush systems used in school public toilets，the intelligent control flushing system based on PLC is designed. Compared with the two kinds of flushing systems used at present，the system can set the free time and idle time according to the work and rest time of school students，and use different flushing methods by PLC to control the free time and free time. This kind of design with different flushing methods in different periods can not only better control water consumption to achieve the purpose of water conservation，but also humanize the design according to the school work and rest time，reflecting the idea of people oriented.

Key ?words： PLC;flushing system;infrared sensor;busy time;idle time

收稿日期：2020-02-11

基金項(xiàng)目：安徽省教育廳2018年高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“西門子控制實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心”（2018sxzx03）;安徽省高校 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?自然科學(xué)研究項(xiàng)目“虛擬仿真技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用”（KJ2019A1022）

作者簡(jiǎn)介：李梅，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制。