基于PLC的智能垃圾桶清洗站控制系統(tǒng)設(shè)計

王玉梅

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253004）

0 引言

在現(xiàn)代城市生活高速運轉(zhuǎn)的節(jié)奏中，在城市環(huán)境的打掃與清除工作以及城市垃圾清掃與運輸過程中，環(huán)境衛(wèi)生與環(huán)保設(shè)施是代表城市形象的重要體現(xiàn)。傳統(tǒng)垃圾桶清洗方式勞動度大、人工成本高，手動環(huán)衛(wèi)洗桶工人一天清洗垃圾桶最多達到80個。手動清洗存在工作區(qū)域大，水資源嚴重浪費問題，同時手握的高壓沖洗槍會將污水沖賤到四周，污染周邊環(huán)境，存在細節(jié)清洗不干凈、頑固污漬難清洗問題。

基于以上問題，研發(fā)S7-1200 PLC智能環(huán)保垃圾桶清洗設(shè)備，設(shè)備可單次清洗一個240 L標準垃圾桶，每次僅用1.25 L水，清洗過的污水還可以循環(huán)再使用，清洗過程中，水溫可加熱至100℃。設(shè)備配備自動的提桶和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、桶內(nèi)外清洗機構(gòu)、污水處理系統(tǒng)、排放贓物機構(gòu)、多功能控制顯示屏和PLC控制系統(tǒng)。可遠程APP與觸摸屏智能控制操作，設(shè)備節(jié)能環(huán)保、方便快捷、安全可靠，有效解決了垃圾桶臟污問題。

1 硬件電路設(shè)計

設(shè)備控制系統(tǒng)選用西門子S7-1200 PLC[1]，實現(xiàn)手動和自動控制，桶內(nèi)側(cè)清洗毛刷由電機M1拖動，桶外側(cè)清洗毛刷由電機M2拖動，排放的垃圾由傳送帶電機M3拖動[1]，清水泵電機M4，污水泵電機M5共5臺電機拖動，其中M1和M2兩臺電機分別由西門子G120變頻器控制實現(xiàn)多段調(diào)速控制，智能環(huán)保垃圾桶清洗設(shè)備硬件原理如圖1所示。

圖1 清洗設(shè)備硬件原理

2 PLC程序設(shè)計

西門子PLC被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)控制和現(xiàn)代運動控制的各行各業(yè)。其中西門子PLC中較為新型的產(chǎn)品系列S7-1200在市場上應(yīng)用較多，為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中的自動化控制、智能制造控制和數(shù)字化工廠提供了解決方案。

S7-1200是SIMATIC S7可編程控制器家族系列中的較為新型的一款小型模塊化控制器，根據(jù)CPU型號不同，可擴展至最多11個模塊，支持PROFIBUS或PROFINET通信，S7-1200包含CPU和I/O的小型模塊化PLC，其中包含集成式數(shù)字量/模擬量I/O，可采用信號板進行擴展，另外S7-1200附件包括電源模塊、小型交換機模塊、存儲卡，用戶可與根據(jù)工藝需求靈活的選用各模塊組合，達到自動控制系統(tǒng)要求的標準。

控制過程如下：首先設(shè)備上電，打開顯示屏，利用PLC系統(tǒng)存儲器初始化各步標志位，并對其他步和內(nèi)部標志位清零。如滿足條件，按下啟動按鈕，夾爪夾緊需要清洗的垃圾桶（圖2），夾爪夾取垃圾桶翻轉(zhuǎn)到位后，鏈傳動裝置運行將垃圾桶放置到指定位置，檢測到水位達到需求，啟動水溫加熱，水泵電機與毛刷電機啟動，高壓旋轉(zhuǎn)噴頭與滾動毛刷開始動作，對垃圾桶內(nèi)外進行清洗（圖3），毛刷電機可進行三級調(diào)速，同時排放臟污傳送帶動作，桶內(nèi)外清洗完畢后，排放贓污物系統(tǒng)開始排放贓污物（圖4），污水處理電機運行對清洗完后的臟水進行凈化，達到水資源二次利用的效果（圖5），進行水位檢測，水位達到下次清洗需求開始執(zhí)行下一個循環(huán)，否則設(shè)備停止，Q點和M點開始復(fù)位為下次上電做準備，提示設(shè)備缺水；按下停止按鈕，設(shè)備停止工作，Q點和M點開始復(fù)位，為下次上電做準備（圖6）。

圖2 初始化和系統(tǒng)啟動

圖3 水溫加熱及垃圾桶清洗

圖4 污水處理程序

圖5 污水處理與清水循環(huán)程序

圖6 設(shè)備停止程序

3 變頻器參數(shù)設(shè)置

西門子G120變頻器是西門子公司較為新型的一款變頻器，G120變頻器的主要作用是能夠精準的調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。G1210變頻器的功率選擇范圍是0.37～250kW，用戶可以根據(jù)自己的實際要求靈活的選擇不同功率范圍內(nèi)的變頻器。

C120變頻器采用模塊化的組成，其中主要的組成部分是變頻器的CU（控制單元）和變頻器的PM（功率模塊），不同型號的控制單元和功率模塊的側(cè)面銘牌上有各自的型號、訂貨號和版本信息。變頻器的BOP-2基本操作面板是可選件，用戶可以根據(jù)自己的實際需要選擇是否配備該附件。

桶內(nèi)外側(cè)毛刷電機M1、M2由PLC控制G120變頻器的數(shù)字端實現(xiàn)三級調(diào)速，達到控制簡單、高效節(jié)能的效果，也可以通過電壓給定實現(xiàn)無極調(diào)速，具體參數(shù)設(shè)置如下所示。

P0304=380 V，電機額定電壓；P0305=0.25 A，電機額定電流；P0307=0.18 W，電機額定功率；P0311=1400 r/min，電機額定轉(zhuǎn)速；P0003=3，訪問級別為3；P0010=0（1），變頻器調(diào)試參數(shù)篩選[2]；P1080=0 r/min，電機最低轉(zhuǎn)速；P1082=1495 r/min，電機最高轉(zhuǎn)速；P1120=0.5 s，斜坡上升函數(shù)；P1121=0.5 s，斜坡下降函數(shù)；P0015=2，宏參數(shù)定義[2]；P1000=3，轉(zhuǎn)速設(shè)定值源選擇P1016=1，直接給定速度選擇[2]；P1001=700 r/min固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值1；P1002=800 r/min，固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值2；P1001=r/min，固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值3；P1020=722.0，固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位；P1021=722.1，固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位；P1022=722.0，固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位。

4 觸摸屏畫面

選用西門子公司精簡系列KTP700，如圖7所示畫面有手動/自動切換按鈕，可實現(xiàn)自動一鍵清洗，手動按鈕有夾爪、提桶，鏈傳動、水溫加熱、清水位置、污水位置、排放贓物系統(tǒng)、高壓噴頭機構(gòu)，1～3級調(diào)速均可以實現(xiàn)單步運行，也可用于調(diào)試及維護過程中的手動操作，操作安全可靠。

圖7 觸摸屏畫面

5 結(jié)束語

該設(shè)備采用高壓旋轉(zhuǎn)噴頭與滾動毛刷雙重清洗，三級變頻調(diào)速方式對垃圾桶進行360°無死角清洗，可依照實際需求選配清洗劑實現(xiàn)全面清潔。清洗環(huán)節(jié)完成后排出的污水經(jīng)過污水處理系統(tǒng)進行二次再處理，處理完成后的水可以循環(huán)使用，降低對水資源的巨大浪費，達到很好的節(jié)能減排的效果。配備清洗加熱系統(tǒng)，水溫可加熱至0～100℃可調(diào)節(jié)，有效清洗頑固污漬和解決冬季垃圾桶清洗難題。設(shè)備采用獨立夾桶、自動翻轉(zhuǎn)，自動將垃圾桶運送至與清洗噴頭對應(yīng)的清洗位置。方便快捷，提高清洗效率。觸摸屏和PLC可編程控制，實現(xiàn)手、自一體操作，可遠程電腦或手機APP控制，性能安全可靠。設(shè)備將智能控制和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到垃圾桶的智能環(huán)保清洗行業(yè)，真正實現(xiàn)智能環(huán)保、綠色節(jié)能，對環(huán)境的保護和水資源的節(jié)約都有很大程度上的促進作用，應(yīng)用前景較為廣闊。