□陳澍弘 邢子杰 黃云煜皓 褚曉堯 鄭長(zhǎng)山

一、引言

新冠肺炎疫情突然爆發(fā)，在全國(guó)范圍內(nèi)瘋狂傳播，封路、封航、封城，國(guó)家以一切可以利用的手段去阻止病毒的侵襲。醫(yī)院、車站、商場(chǎng)等人流密集場(chǎng)所的情況最為嚴(yán)峻，這些區(qū)域需全面消毒，并且在非疫情防控期間，全國(guó)傳染病醫(yī)院、醫(yī)院的傳染科都需要穿防護(hù)服清潔消毒。

傳染病醫(yī)院、醫(yī)院中的傳染科，還有餐廳、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等眾多區(qū)域都需要進(jìn)行集中性的消毒處理，但此時(shí)的消毒多為人力，是人背著消毒液噴灑，或者人工駕駛消毒裝置進(jìn)行殺毒滅菌，人穿防護(hù)服參與消毒，危險(xiǎn)系數(shù)高，人工消毒滅菌面臨諸多嚴(yán)峻考驗(yàn)和不確定因素，比如責(zé)任心、人的情緒等，都會(huì)影響到消毒效果，還要耗費(fèi)大量防護(hù)服，還要支付人工工資費(fèi)用。那么就急需一種現(xiàn)場(chǎng)無人控制的、智能型的消毒裝置代替人工消毒，實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人。

二、系統(tǒng)功能

無人控制的太陽能可移動(dòng)式全自動(dòng)消毒裝置，由PLC控制器、消毒裝置裝有噴消毒液的噴頭，PLC自動(dòng)啟動(dòng)消毒裝置沿設(shè)置軌道移動(dòng)。所需電能均來自于蓄電池，蓄電池由太陽能電池板充電。無人控制是指PLC自動(dòng)提取系統(tǒng)時(shí)間，通過執(zhí)行程序，自動(dòng)啟動(dòng)消毒車和消毒設(shè)備噴灑，沿著設(shè)定好的軌跡消毒。消毒結(jié)束，回到指定位置充電，過一段時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)消毒車和噴灑，循環(huán)往復(fù)。消毒裝置控制系統(tǒng)功能框示意圖如圖1所示。

三、消毒裝置硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述系統(tǒng)功能進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)器件分析，選擇合適的PLC硬件，分別為電源模塊(PS 307 5A)、CPU模塊(CPU 314C-2 DP)；選擇MM420作為本裝置的變頻器；還有太陽能電池板，兩節(jié)12V蓄電池，控制器，逆變器，噴藥器等；小車采用工廠加工制作。

四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

(一)消毒車的I/O地址分配。根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)要求和輸入/輸出分析，進(jìn)行I/O地址分配，如表1所示。

表1 消毒裝置的I/O地址分配表

(二)根據(jù)系統(tǒng)功能，進(jìn)行程序編寫，選取典型部分程序如下。程序段1：S7-300 PLC系統(tǒng)時(shí)鐘的提取，功能FC6從格式OB1_DATE_TIME提取數(shù)據(jù)類型格式DATE，DATE值在限定值DATE#1990-1-1和DATE#2089-12-31之間，此指令可在STEP7庫中找到。MOVE指令把MW10里的日期送到MD20里。如圖2所示。

圖2 程序段1

程序段2：功能FC8從格式DATE_AND_TIME提取數(shù)據(jù)類型格式TIME_OF_DAY，提取每天時(shí)間(時(shí)分秒毫秒)，此指令可在STEP7庫中找到。如圖3所示。

圖3 程序段2

五、仿真調(diào)試程序

(一)打開電腦右下角設(shè)置時(shí)間裝置，進(jìn)行時(shí)間設(shè)置操作，將年月日設(shè)定為：2021年3月16日，時(shí)間設(shè)定為：8:0:0。

(二)當(dāng)時(shí)間為8:0:0時(shí)，M0.0，M0.1，M0.3得電，以正轉(zhuǎn)低頻頻率1為10Hz啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)，噴頭噴藥(噴霧)，如圖4所示。

圖4 正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和噴藥(噴霧)

(三)至8:0:10，以正轉(zhuǎn)低頻頻率1為10Hz啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作十秒，改為以正轉(zhuǎn)高頻頻率2為20Hz啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作。

(四)從8:0:10開始至8:3:0時(shí)間段內(nèi)，以正轉(zhuǎn)高頻頻率2為20H為運(yùn)動(dòng)和噴藥。

(五)在8:3:0時(shí)瞬時(shí)停止，等待一分鐘，準(zhǔn)備進(jìn)入反轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(六)時(shí)間從8:4:0開始持續(xù)至8:4:10，這一段時(shí)間內(nèi)，此時(shí)消毒裝置以反轉(zhuǎn)低頻為頻率1和頻率3的組合頻率15Hz啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴頭噴藥，持續(xù)時(shí)間十秒。

(七)時(shí)間從8:4:10持續(xù)到8:7:0時(shí)間段內(nèi)，消毒裝置此時(shí)以反轉(zhuǎn)高頻為頻率2和頻率3的組合頻率25Hz為運(yùn)動(dòng)，噴藥同時(shí)工作。

(八)時(shí)間至8:7:0，這一階段噴灑工作結(jié)束，裝置停止運(yùn)動(dòng)，噴頭停止噴藥。循環(huán)往復(fù)以上工作狀態(tài)，按照指令運(yùn)動(dòng)和噴藥，直至工作結(jié)束。

六、實(shí)物模型制作及聯(lián)機(jī)調(diào)試過程

(一)實(shí)物模型的制作過程。

1.車輛大底由輪轂、軸、底板相互連接，電動(dòng)機(jī)固定在底板上，如圖5所示。

圖5

2.PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)以及消毒噴頭相互之間的組合。如圖6所示。

圖6

3.逆變器、蓄電池、太陽能控制器、太陽能板之間的相互組合。

4.消毒設(shè)備整體組合。

(二)聯(lián)機(jī)調(diào)試。

1.設(shè)置時(shí)間，將時(shí)間設(shè)置到PLC中規(guī)定的時(shí)間，第一步雙擊桌面右下角的日期時(shí)間得到彈框。

2.點(diǎn)擊“更改日期和時(shí)間”，得到彈出框，然后更改時(shí)間為2021年3月16日8：0：0。

3.打開程序文檔界面單擊“PLC”—“設(shè)置時(shí)鐘”，并且單擊應(yīng)用。

(1)消毒裝置無人控制自動(dòng)啟動(dòng)，無人控制自動(dòng)噴藥?，F(xiàn)在消毒裝置為初始狀態(tài)，運(yùn)行前的準(zhǔn)備。按照設(shè)定程序，在8:0:0前，進(jìn)行等待。

(2)等待至8:0:0時(shí)，開始運(yùn)動(dòng)。按照程序，消毒裝置以正轉(zhuǎn)低頻頻率1為10Hz運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)消毒噴頭進(jìn)行噴藥，此狀態(tài)一直持續(xù)至8:0:10。

(3)從8:0:10至8:3:0這段時(shí)間內(nèi)，消毒裝置以正轉(zhuǎn)高頻頻率2為20Hz開始向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴頭噴藥，在這段時(shí)內(nèi)，一直以此狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。消毒裝置前進(jìn)并噴藥，如圖7所示。

圖7 裝置運(yùn)動(dòng)和噴藥

(4)時(shí)間至8:3:0，停止運(yùn)動(dòng)和噴藥，等待1分鐘，進(jìn)行等待狀態(tài)并進(jìn)入反轉(zhuǎn)準(zhǔn)備工作。

(5)時(shí)間從8:4:0到8:4:10，裝置反轉(zhuǎn)低頻為頻率1和頻率3的組合頻率15Hz運(yùn)動(dòng)，噴頭噴藥。

(6)時(shí)間從8:4:10持續(xù)到8:7:0時(shí)間段內(nèi)，消毒裝置以反轉(zhuǎn)高頻為頻率2和頻率3的組合頻率25Hz，裝置運(yùn)動(dòng)并噴藥。

(7)時(shí)間8:7:0，裝置停止運(yùn)動(dòng)和噴藥，待程序命令進(jìn)入下一階段時(shí)，重復(fù)以上動(dòng)作。

七、結(jié)語

消毒裝置無人控制啟動(dòng)以及消毒噴藥，在設(shè)定好的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)作，噴藥的同時(shí)進(jìn)行前進(jìn)動(dòng)作。前進(jìn)至某一時(shí)間點(diǎn)時(shí)，消毒裝置停止移動(dòng)和噴藥，進(jìn)入等待狀態(tài)。到達(dá)指定時(shí)間，開始進(jìn)行裝置反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)開始后，進(jìn)行噴藥以及動(dòng)作行進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定地點(diǎn)后，完成一套流程的動(dòng)作指示。

無人控制自動(dòng)啟動(dòng)消毒裝置，沿著設(shè)定好的軌跡消毒，消毒結(jié)束，回到指定位置，通過太陽能電池板充電，過一段時(shí)間再自動(dòng)啟動(dòng)消毒裝置，循環(huán)往復(fù)，達(dá)到預(yù)期效果。