基于PLC的智能式全自動公廁設計

孫良 張凱

摘 要：近年來，旅游的人越來越多，對于各景點和公園服務能力提出了更多的挑戰。除了正常的觀光之外，人們希望在享受美景的同時也能接受到比較好的服務，比如景區衛生間。對于衛生間，在各景點是必備的服務區域，也是服務層次和質量的重要體現。對衛生間本身而言，要有使用功能，清潔和衛生是必須的。對于景區管理而言，盡量提供人性化的服務，保證其使用功能和服務理念，。基于此，本文主要對基于PLC的智能式全自動公廁設計進行分析探討。

關鍵詞：基于PLC；智能式；全自動公廁設計

前言

目前，公共衛生間便池多采用傳統的手按式和水箱式沖洗，照明普遍采用手動開關，經常會因忘記沖水或打掃不及時而造成環境污染，使用起來既不方便又不衛生，也不利于節水節電，更重要的是還需要人工管理。照明和沖水均需人力開關，還會因手的接觸而造成不衛生。根據最新的節水技術，本文設計了基于PLC控制的全自動公廁系統。

1、系統總體設計

智能型全自動公廁的基本設計思想是利用PLC自動控制技術把沖水，清潔，照明等一系列設備進行連接，編程控制實現全自動入廁。

1.1進門系統

如果是收費公廁可采用投幣式開啟，硬幣投入的硬幣孔中，掉落在檢測系統（即電子天平）。電子天平測量的重量少于誤差值時自動門打開，可根據情況選擇5角或者1元的進行參數設定。如果檢測結果不正確時，假幣提示燈亮起，退出系統。如果是免費公測，可采用光電開關形式作為自動門開啟開關。

1.2沖洗

普通蹲廁人工沖水存在諸多弊端。采用紅外被動感應式傳感器控制開關進行自動沖水控制。本設計使用最新的泡沫式沖水系統，將常態水和發泡劑經過發泡器處理產生源源不斷的水體泡沫，從而使體積超常膨脹，潔具內充滿潔白的泡沫，和傳統公廁相比，具有排污量少、節水效果顯著、且阻隔了令人不愉快的氣味，不招蠅蟲等特點。傳統廁所每沖一次需要6～13L水，而“泡沫公廁”一天不間斷使用，也只需用6L水。同時配備高壓沖水管道。泡沫在使用過程中要不斷被稀釋和流失，所以要不斷補充，補充開關根據感知泡沫液位高低的特殊泡沫傳感器來控制，選定的光電傳感器接近開關輸出信號都是標準的電壓信號，可以直接被PLC檢測，使用可靠方便。沖洗的管路控制如圖1所示。

1.3泡沫液箱設計

泡沫液箱主要用來存放泡沫液體，根據使用情況適時補充。A1、A2、A3是泡沫液箱內依次向下的液位傳感器，當液體浸住液位傳感器時，傳感器閉合，否則斷開。A2、A3為發泡器控制，當液面降低到達A3時，發泡器工作，向液箱內補充泡沫混合液，上升至A2時關閉I0.2發泡器閥門。該系統具有泡沫液箱損壞報警功能。A1為安全限制液位傳感器，平時關閉，當液位上升或超過A1時，A1發出信號，停止一切活動并報警顯示傳感器失靈。

2、智能式全自動公廁控制流程

手動工作模式：在公廁系統調試階段和自動運行出現問題時，可以切換到手動工作狀態。手動控制在公廁內有手動開關，每個動作按鈕開關可控制相應動作完成所需功能，只是工作人員使用。

自動工作模式：通過投幣或光電開關監測到入廁的信號，自動門打開，進門后換氣扇和照明隨即啟動。為防止自動門在使用過程中自動打開，打開后外部傳感器失靈，使用完后，內部必須通過按鈕開關打開。使用者如果立式解手，完成后按鈕直接出門，換氣扇在關門結束后定時10s自動關閉。使用者如果是蹲式解手，紅外傳感器設置于后墻感測發出信號（使用者臀部靠近蹲便器后墻），根據排泄物主要在開始排出，定時20s后打開I0.3進行第一次沖洗便盆，定時開啟I0.3，2s后關閉，流量控制在約0.1L，潤滑便盆表面以防止污物粘附。待解手完畢，傳感器感知使用者立起，啟動二次沖洗2s（約0.1L水）。在整個使用流程如圖2所示。

3、硬件構成

自動智能公廁的控制主要包括自動抽風裝置，自動沖水排污控制和自動沖水清洗控制和自動照明裝置等。在描述每個區域和任務時，不但要定義操作，還要定義控制該區域的不同器件。

3.1I/O接口

在進行PLC編程之前，結合公廁使用步驟分析和各設計部分的輸入輸出機構，畫出系統裝置I/O圖，如圖3所示。根據本系統的要求，確立輸入輸出表，主要有8個輸入信號，8個輸出信號，見附表。本文使用西門子S7-300型PLC進行控制，可至少同時控制3間同樣的獨立公廁，本文只對單個控制給出介紹。

3.2主要控制部分編程

梯形圖程序是采用順序信號與軟元件地址號的圖形式編程方法。這種方法用線圖符號與觸點符號表示順序電路，因而容易理解程序的內容。整個PLC程序的基礎模塊動作主要包括自動沖水，自動照明。該模塊的作用就是根據設置模塊完成得設置，接受傳感器信號觸發，完成組合動作。下面將給出自動沖水排污控制和自動沖水清洗控制和自動照明裝置的梯形圖。T代表時間定時器，T40、T41、T42和T43的分辨率都是100ms，CO代表計數器，I0.7是急停按鈕，M是中間繼電器。圖4-1是蹲式解手沖水的梯形圖，紅外傳感器感知有人解手，I0.1接通，定時20s后啟動Q1.3沖水2s，直到傳感器感知人起身離開，啟動二次沖洗，T41的常閉觸點保證沖水2s停止，常開觸點保證了兩次沖水的連續性和相互制約。圖4-2是排氣扇和照明控制梯形圖，I0.0表示驗證硬幣有效后開門、照明、排氣扇開關打開。出門開關I0.2接通后，自動計時10s，通過T43的長閉觸點斷開照明和風扇開關，起到延時斷開的功能。圖4-3是泡沫液箱的液位控制梯形圖，通過三個液位傳感器起到補充泡沫的功能。圖4-4是清潔沖洗地面的控制梯形圖，計數器檢驗到有40人次使用過洗手間后，會自動啟動清洗沖水閥門，同時復位，等待下一個40的到來。中間可再使用一個定時器定時沖洗時間。所有跟時間相關的變量都可通過PT設定進行改變，地面沖洗的頻率也可通過PU進行重新設置。

3.3照明系統

照明系統分為自動和手動兩種模式。正常情況下，通過亮度傳感器對周圍環境的亮度進行檢測。通過亮度傳感器檢測亮度是否達到要求，即是否天黑。當亮度達到設定值時，在有人入廁情況下，開啟照明燈。當檢測到人離開時，會延時點亮10秒后自動熄滅。如果不能及時熄滅進行報警。在需要的情況下，可以通過手動按鈕打開和關閉照明燈，此時不受亮度傳感器的控制。

3.4系統自我檢修

該部分設計主要是在衛生間使用頻率的較低時段的晚21點到早6點進行。這個時間景點游覽的人最少，方便對設備的功能性進行檢測。在這個時段中，通過程序設計，系統會每隔3秒輸入一個檢測信號，即有人入廁的信號。這樣，可以模擬在有人進入時，衛生間的沖水系統和照明系統能否正常工作。如果在檢測中，某個環節出現故障，則進行報警，以便工作人員在上班時能及時進行檢修。

4、結語

本文設計的基于PLC控制的智能全自動公廁，結合最新的泡沫式沖水，實現了環保、節水、全自動操作，特別方便老人及兒童使用，對防止某些接觸性傳播疾病的發生和流行具有一定的意義。在設計中還可以根據各地具體的使用情況對設定參數進行調整。

參考文獻

[1]朱艷青.淺談如何用PLC實現公共衛生間的自動沖水控制[J].數字技術與應用，2015，03：5.

[2]歐陽國強，楊德良，王英姿.基于PLC控制的機車整體衛生間氣動沖洗系統的設計[J].液壓與氣動，2011，02：30-31.

[3]歐陽國強，楊德良.基于PLC控制的整體衛生間沖洗控制系統的設計[J].機電工程技術，2011，06：26-27+85+159.

（作者單位：日照市五蓮縣環境衛生管理處）