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摘 要 众所周知，我国是一个水资源极其短缺的国家，水环境日益严峻，公共场 所水资源浪费现象更是十分严重因此，加强公共场所的节约用水势在必行，而 自动冲水装置可以很好的解决这一问题。目前在诸如公厕等公共场有些没有自 动冲水控制装置，有些所采用的自动冲水装置有的停留在机械原理控制，有的 使用强电工作，布线不方便，不能很好的达到节水节电目的。而我们介绍的自 动冲水装置运用模数电原理，结构简单以及低电压控制的电磁阀实现上述控制， 从而达到节能、优化控制的目的，适宜实际使用与广泛推广。 文章介绍了一种应用 PLC 自动冲水节水智能控制系统。当有人入厕的时候， 热释电红外线传感器能够以非接触的方式检测出人体发出的红外线辐射，并且 转化为电信号，触发 PLC 电路。克服了传统冲水系统的缺点，实现了精确的计 数。 关键词：PLC、节水、智能控制、热释红外线传感器 Abstract As everyone knows, China is a country of water shortage, water environment is increasingly serious, public water resources waste phenomenon is very serious so, strengthen public saving water potential is necessary, and automatic flushing device can be a very good solution to this problem. At present, such as toilets and other public field does not have the automatic flushing control device, some adopted automatic flushing device and some stay in mechanical principle control, some use the heavy work, wiring is convenient, can achieve very good water-saving power- saving purpose. And we introduce the automatic flushing device using the module electrical principle, simple structure and low voltage control of the electromagnetic valve to realize the control, to achieve energy-saving, optimized control purposes, suitable for practical use and popularization. This paper introduces an application of PLC automatic flushing water-saving intelligent control system. When someone throw when, pyroelectric infrared sensor in non-contact mode to detect body emits infrared radiation, and converted to electrical signals, the trigger circuit of PLC. To overcome the shortcomings of traditional flushing system, realizing the accurate counting. Key words: PLC, water-saving, intelligent control, pyroelectric infrared sensor 目 录 第一章 引言 .1 第二章 系统的总体设计 .2 第三章 红外线检测模块 .3 第一节 红外技术的介绍 .3 第二节 红外对射管的工作原理 .3 第三节 工作原理图 .4 第四章 PLC 计时计数器.5 第一节 计时器 .5 第二节 计数器 .6 第五章 电磁阀 .7 第一节 电磁阀分类 .7 第二节脉冲电磁阀.8 第六章 系统工作原理 .9 第一节 探测信号 .9 第二节 信号传输过程 .9 第三节 冲水动作的触发 .9 第四节 水箱注水控制 .10 第七章 PLC 程序的设计.11 第一节 程序流程图 .11 第二节 工作原理梯形图 .12 第三节 程序设计 .13 结束语 .14 谢 辞 .15 参考文献 .16 1 第一章 引言 随着我国经济社会的不断发展，对水资源的需求越来越大，而我国作为一 个水资源极度短缺的国家，与此形成了鲜明的对比，加强节约用水尤其是公共 场所的节约用水尤为关键，而自动冲水装置可以很好的解决这一问题。自动冲 水装置可广泛用于学校，饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、 银行等场公共场所。目前在诸如公厕等公共场有些没有自动冲水控制装置，有 些所采用的自动冲水装置有的停留在机械原理控制，有的使用强电工作，布线 不方便，不能很好的达到节水节电目的。本文介绍一种自动冲水节水智能控制 系统。它的特点是：将传感器和 PLC 技术相结合，采用热释电传感器对入厕的 人员计数，当有人如厕后，人次达到预先设定值，或待人上完厕所离开一定时 间后放水冲洗，而后系统恢复。以待下次使用，这样不仅简便易用而且在保证 厕所干净整洁的同时节约珍贵的水资源。 2 第二章 系统的总体设计 图 2-1 系统总体设计 3 第三章 红外线检测模块 第一节第一节 红外技术的介绍红外技术的介绍 红外技术的内容包含四个主要部分：红外辐射的性质，其中有受热物体所 发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性：反射、折 射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。红外元件、部件的研制，包括辐射 源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。把各种红外元件、部件构成系统 的光学、电子学和精密机械的组成部分。红外技术在军事上和国民经济中有着 广泛的应用。 红外技术有很多应用，例如在夜晚可以用看见物体的红外线来确定物体的 位置; 用一个红外线发射器和一个红外线接收器在生产上可以计算商品的数量； 军事上可以用来防止敌人侵入, 当红外线发射器和接收器被挡住, 警报就会响; 在医学上还可以查看人的病情等等。红外线计数器分为对射式和反射式两种电 路。对射式红外线是一个发射头和一个接收头在中间如有物件通过就遮挡一下 光线，输出脉冲信号触发计数电路；反射式红外线是把发射头和接收头做在一 块成为一个红外探头，当探头前有一个物件出现就把发射头的红外线反射给接 收头，探头输出一个脉冲给计数器计数。 图 3-1 红外线接收管 本文所设计的计数器是采用红外线遮光方式，利用红外对射管作计数传感 器, 当有物体通过时光被遮挡住, 接收模块输出一个高电平脉冲, 对此脉冲进 行计数, 就可实现对产基于这种光电检测原理, 配合组成集成电路, 就可品的 统计。设计对射式红外线计数器。该装置抗干扰能力强,工作稳定, 计数准确。 第二节第二节 红外对射管的工作原理红外对射管的工作原理 目前常用的红外线对射管是根据物体对近红外线光束的反射原理，利用被 检测物对光束的遮挡或反射，由同步回光电传路感应反射回来的光的强弱而检 测物体的存在与否。感器首先发出红外线光束到达或透过物体，物体或镜面对 4 红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断 物体的存在，多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。红外对 射管的种类很多，有镜反射式光电开关、漫反射式、槽式、对射式、光纤式等。 红外检测电路如图所示，当红外对管之间红外对射管将输入电流在发射器 上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进 行探测。每当物件通过红外对射管中间一次，红外光被遮挡一次，光电接收管 的输出电压发生一次变化，这个变化的电压将产生一个脉冲信号。 图 3-2 红外检测模块 5 第三节第三节 工作原理图工作原理图 图 3-3 工作原理图 6 第四章 PLC 计时计数器 第一节第一节 计时器计时器 计时器的分辨率有三种，1Ms 、10Ms 、100Ms 三种。计时器的值每增加一 个数字表示多长时间。计时器号决定定时器的分辨率 T0 T64 T32 T96 时间分 辨率是 1Ms。T1T4 等时间分辨率是 10Ms ，T5T31 等时间分辨率是 100Ms。 S7200 系列 PLC 中定时器一共三种： （1）接通延时计时器 TON （2） 断开延时计时器 TOF (3)保持型接通延时计时器 TONR （1）接通延时计时器 TON 工作原理 PLC 上电时，计时器的常开接点断开，常闭接点闭合，计时器当前值为 0。 当 IN 断开时，计时器的常开接点断开，常闭接点闭合，计时器当前值为 0。当 IN 闭合时，计时器从 0 开始记时，当计时值大于或等于设定值时，计时器的常 开接点闭合，常闭接点断开，定时器的值记到 32767 为止。在计时的中间，如 果 IN 断开，则计时器的当前值回到 0，常开接点断开，常闭接点闭合。 （2） 断开延时计时器 TOF 工作原理 PLC 通电时，其常开接点断开，常闭接点闭合，其当前值为 0。当 IN 接通 时，其常开接点立即闭合，常闭接点立即断开，其当前值为 0。当 IN 从接通变 到断开时，定时器从 0 开始记时，当当前值等于设定值时，常开接点断开，常 闭接点闭合，其当前值保持不变。 (3)保持型接通延时计时器 TONR 工作原理 当 PLC 上电时，其常开接点断开，常闭接点闭合，计时值为 0。当 IN 接通 时，定时器其开始计时，当定时器的当前值大于或等于设定值时，常开接点闭 合，常闭接点断开，同时定时器继续计时。当 IN 断开时，定时器的当前值保持 不变，当 IN 再次接通时，定时器以此值为基数开始计时。可用 R 指令复位定时 器的当前值。 计时器注意事项： a 每个定时器线圈只能用一次,接点可以多次使用。 b 定时器的编号决定定时器的类型和分辨率。 c 分辨率是 1mS 和 10mS 的定时器，其接点不能出现在自身的 IN 回路中。 d 定时器在使用时只能是 TON、TOF、TONR 中的一种，不能同时是其中的两 种或三种形式。 e 定时器的设定值最大是 32767，最小为 0。 7 f IN 不能直接接左侧的能量线。 第二节第二节 计数器计数器 对输入的信号进行计数，在计数输入信号的上升沿计一次数。计数器用 C 表示。 S7200 一共有 256 个计数器，编号从 C0 到 C255。 计数器有三种类型： (1)加计数器 CTU (2)减计数器 CTD (3)加减计数器 CTUD 一个计数器类型可以是三种类型中的一种，和计数器编号无关，但是统一 个计数器不可同时使用两种或三种以上类型。 (1)加计数器 CTU 工作原理 初次上电时，计数器的当前值为 0，计数器的位为 OFF，常开接点断开，常 闭接点闭合。当复位端 R 断开时，计数输入端（CU）上升沿时（ONOFF） ，计 数器加 1，直至加到 32767 时停止计数。当计数器的当前值大于或等于设定值 时，计数器的常开接点闭合，常闭接点断开。当复位端 R 接通时，计数器的当 前值复归到 0。对计数器执行复位指令（R）时，计数器的当前值复归到 0。 (2)减计数器 CTD 装载输入 LD 断开（OFF） ，在计数输入端 CD 上升沿（OFF 到 ON）时，计数 器当前值减 1，直到减到 0 时，停止计数。当当前值为 0 时，其常开接点闭合， 常闭接点断开。当装载输入 LD 接通（ON）时，计数器的常开接点断开，常闭接 点闭合，计数器的值变为设定值。初次上电时，减计数器的位为 ON（常开接点 闭合，常闭接点断开） ，计数器的当前值为 0。 (3)加减计数器 CTUD 加计数输入 CU 由 OFF 到 ON（上升沿）时，计数器加 1。当减计数输入 CD 由 OFF 到 ON（上升沿）时，计数器减 1。当计数器的值大于或等于设定值时， 计数器的常开接点闭合，常闭接点断开。复位 R 变成 ON 时，计数器复位到 0。 8 第五章 电磁阀 第一节第一节 电磁阀分类电磁阀分类 追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类 (即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上 的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、 直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。 (一)、直动式电磁阀 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开； 断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过 25mm。 (二)、分步直动式电磁阀 原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口压差 0.05Mpa，通电时，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门 打开。当入口与出口压差0.05Mpa，通电时，电磁力先打开先导小阀，主阀下 腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀 和主阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。 特点：在零压差或真空、高压时亦能可靠工作，但功率较大，要求竖直安 装。 (三)、先导式电磁阀 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周 围形成上低下高的压差，推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把 先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高 的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。 特点：流体压力范围上限很高，但必须满足流体压差条件。 第二节第二节 冲电磁阀冲电磁阀 通过导线将电磁阀体内线圈输入正向脉冲信号，线圈产生的工作磁通，使 动芯吸合，打开阀门。当停止正向脉冲信号输入时，动芯释放，动芯在弹簧力 的作用下回复到初始状态，关闭阀门。另外有自保持型的，停止输入正向脉冲 或断电后也能保持，需要输入负向脉冲信号才能复位；脉冲电磁阀的工作原理 是利用电器的脉冲转化为机械的脉动使得脉动气体的强大能量变成动量在短时 间内释放产生巨大冲力。 本文是通过红外传感到有人靠近时输出一个信号给控制电路，控制电路发 9 出控制信号给电磁阀，进行短暂冲水；红外传感到有人离开时输出信号给控制 电路，控制电路发出信号给电磁阀，进行较长时间冲水。 10 第六章 系统工作原理 第一节第一节 探测信号探测信号 在公厕的每一个位置上都安装红外线传感器，探测元件的波长灵敏度在 0.220m 范围内而人体辐射的红外线中心波长为 910 m。在传感器顶端开设 了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 710m，正 好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线则由滤光片予以吸收， 这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。当有人入厕的时候， 红外线传感器能够检测出人体发出的红外线辐射，并且经过红外线开关将其转 化为电信号输出，产生高电平信号开始计数。当人上完厕所离开后，电路恢复 到低电平信号，而 PLC 电路被输出脉冲信号的下降沿触发。这样设计的好处是 能够避免重复计数，准确的统计入厕人数，克服了传统的机械定时冲水系统的 缺点。 第二节第二节 信号传输过程信号传输过程 采用新型红外传感器探测入厕人体红外线辐射，将其经过控制电路转化成 微弱的电信号输出，经运算放大器 OP1、OP2 进行运算放大，再将放大后的电信 号经比较器 COP1 和 COP2 构成的双向鉴幅器处理，同时滤去干扰信号，最后将 有效信号输入驱动计数器计数。 图 6-1 信号传输过程图 第三节第三节 冲水动作的触发冲水动作的触发 入厕人数是由输入的单脉冲个数决定的，而单脉冲信号是由传感器探测到 的红外线信号经过放大器，比较器等处理，滤去干扰信号而产生的。当单脉冲 信号下降沿输入 PLC 时一个工作周期便开始。第一个脉冲输人后，PLC 启动计 时器和计数器，分别开始计时和计数。冲水动作的触发是由计时器和计数器共 同决定的，当在预设的时间内入厕人数达到预设值时则触发冲水；当在预设的 时间内入厕人数未达到预设值，则在预设时间触发冲水。冲水动作完成之后电 路产生一个复位信号，PLC 复位，控制系统的计时和计数重新开始。 11 第四节第四节 水箱注水控制水箱注水控制 水箱采用自动注水控制系统，在水箱里安装水位传感器实时监控水位。水 箱的水是根据水位的高低利用液位继电器对进水阀门的开关进行控制。给水箱 预设一个最低水位和最高水位高度值，当水位低于最低水位，自动开启进水阀 门开始注水，实时保持水箱内充满水；当水位高于最高水位，关闭进水阀门停 止注水，不致使水溢出水箱，节约用水。 12 第七章 PLC 程序的设计 第一节第一节 程序流程图程序流程图 图 7-1 程序流程图 13 第二节第二节 工作原理梯形图工作原理梯形图 PLC 的工作原理是：当信号输入端 X010 由 OFF 变为 ON 时，计数器的计数 和计时同时开始启动，当计数或者计时有任意一个完成时，中间继电器 M100 和 M101 就分别得以导通，输出线圈 Y000 被驱动；以此同时，计数器和计时器 在系统的作用下复位，为新一个周期的工作做好准备。这样就能实现避免冲水 系统自动按时放水，是在有人使用之后才进行工作，实现了节水，避免浪费的 目的。 图 7-2 工作原理梯形图 14 第三节第三节 程序设计程序设计 LD X10 LD C0 OUT M100 LD X010 OUT T250 LD T250 OUT M101 LD M101 OR M100 OUT Y000 LD M100 OUT RST T250 LD M101 OUT RST C0 ANB END 15 结束语 在地球水资源日益匮乏的今天，如何珍惜水资源，提高水资源的利用率对 于每个人都是很关心的问题。随着我国经济社会的不断发展，对水资源的需求 越来越大，而我国作为一个水资源极度短缺的国家，与此形成了鲜明的对