畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC全自動(dòng)廁所沖水設(shè)計(jì)

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論文）計(jì)（論文） 題目： plc 全自動(dòng)廁所沖水設(shè)計(jì) 系部：系部： 電氣工程與自動(dòng)化系 專業(yè)：專業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí)：班級(jí)： 機(jī)電 a1304 姓名：姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 山山 西西 職職 業(yè)業(yè) 技技 術(shù)術(shù) 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）任文）任 務(wù)務(wù) 書書 開始日期開始日期：2015 年 11 月 11 日 完成日期完成日期： 2015 年 11 月 18 日 答辯日期：答辯日期：2015 年 11 月 20 日 1 1、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)目的 我國(guó)是一個(gè)水資源極其短缺的國(guó)家，水環(huán)境日益嚴(yán)峻，公共場(chǎng)所水資源浪費(fèi) 現(xiàn)象更是十分嚴(yán)重因此，加強(qiáng)公共場(chǎng)所

2、的節(jié)約用水勢(shì)在必行，而自動(dòng)沖水裝置 可以很好的解決這一問題。 2 2、設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)題目 plc 全自動(dòng)廁所沖水設(shè)計(jì) 3 3、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 內(nèi)容： 將傳感器和 plc 技術(shù)相結(jié)合，采用熱釋電傳感器對(duì)入廁的人員計(jì)數(shù)，當(dāng)有 人如廁后，人次達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，或待人上完廁所離開一定時(shí)間后放水沖洗， 而后系統(tǒng)恢復(fù)。以待下次使用，這樣不僅簡(jiǎn)便易用而且在保證廁所干凈整潔的 同時(shí)節(jié)約珍貴的水資源。 將傳感器和 plc 技術(shù)相結(jié)合，采用熱釋電傳感器對(duì)入廁的人員計(jì)數(shù)，當(dāng)有人如 廁后，人次達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，或待人上完廁所離開一定時(shí)間后放水沖洗，而后 系統(tǒng)恢復(fù)。以待下次使用，這樣不僅簡(jiǎn)便易用而且在保證廁

3、所干凈整潔的同時(shí) 節(jié)約珍貴的水資源。 4 4、設(shè)計(jì)報(bào)告要求、設(shè)計(jì)報(bào)告要求（1）論文構(gòu)成：封面、目錄、摘要、關(guān)鍵詞、正文、結(jié)束語(yǔ)、附錄、 參考文獻(xiàn)及封底； （2）正文各級(jí)標(biāo)題序號(hào)依次為：1、1.1、1.1.1、 （3）每個(gè)自然段起頭空兩格； （4） 用 a4 標(biāo)準(zhǔn)白紙，計(jì)算機(jī)打印，若有圖紙用 a3 紙打印橫裝，上邊距 2.8cm、下邊距 2.5cm、 左邊距 2.5cm、右邊距 2.5cm、裝訂線 0.5cm、頁(yè)眉 1.6cm、頁(yè)腳 1.5cm； （5）從目錄開始至最后一頁(yè)，每頁(yè)的最上方加頁(yè)眉“山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文” 用五 號(hào)宋體左對(duì)齊，頁(yè)眉之下劃一條線；頁(yè)眉右上角標(biāo)注頁(yè)碼（用阿拉伯?dāng)?shù)字）

4、。 （6）正文采用小四號(hào)宋體，標(biāo)題采用四號(hào)黑體，字間距設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)字間距，行距設(shè)置為加 寬 0.2 磅（每頁(yè)按 36 行設(shè)置） ； 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) （論（論 文）進(jìn)文）進(jìn) 度度 計(jì)計(jì) 劃劃 表表 日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況 指導(dǎo)教師簽 字 2015.11 .11 選定設(shè)計(jì)課題 plc 廁所沖水設(shè)計(jì) 2015.11 .12 構(gòu)思設(shè)計(jì)思路 自動(dòng)廁所沖水的步驟 2015.11 .13 查找有關(guān) plc、 運(yùn)用在全自動(dòng)廁所沖水上的相關(guān)資料 2015.11 .14 設(shè)計(jì)廁所沖水硬件方面的要求 2015.11 .15 編輯全自動(dòng)廁所沖水程序 2015.11 .16 整合所有知識(shí)內(nèi)容，編寫論文 2015.1

5、1 .17 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 教師對(duì)進(jìn) 度計(jì)劃實(shí) 施情況 總 評(píng) 簽名 年 月 日 目錄 1、緒 論.3 1.1 概述.3 1.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) .3 2、plc 的簡(jiǎn)介 .4 2.1plc 簡(jiǎn)介.4 2.2 plc 的特點(diǎn).4 2.3 plc 的基本結(jié)構(gòu).4 2.4 plc 的工作原理.5 2.5 plc 發(fā)展新動(dòng)向.6 2.6 plc 發(fā)展歷史.7 2.7 plc 的選型.8 3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).9 3.1 紅外線檢測(cè)模塊 .9 3.2 plc 計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 .11 3.3 電磁閥.13 4、系統(tǒng)工作原理.14 4.1 探測(cè)信號(hào).14 4.2 信號(hào)傳輸過程 .14 4.3 沖水動(dòng)

6、作的觸發(fā) .14 4.4 水箱注水控制 .15 5、plc 程序的設(shè)計(jì) .16 5.1 程序流程圖.16 5.2i/o 分配表.17 5.3 工作原理梯形圖.17 附 錄.18 結(jié)束語(yǔ).19 謝 辭.20 參考文獻(xiàn).21 摘 要 眾所周知，我國(guó)是一個(gè)水資源極其短缺的國(guó)家，水環(huán)境日益嚴(yán)峻，公共場(chǎng)所水資源浪費(fèi)現(xiàn) 象更是十分嚴(yán)重因此，加強(qiáng)公共場(chǎng)所的節(jié)約用水勢(shì)在必行，而自動(dòng)沖水裝置可以很好的解 決這一問題。目前在諸如公廁等公共場(chǎng)有些沒有自動(dòng)沖水控制裝置，有些所采用的自動(dòng)沖 水裝置有的停留在機(jī)械原理控制，有的使用強(qiáng)電工作，布線不方便，不能很好的達(dá)到節(jié)水 節(jié)電目的。而我們介紹的自動(dòng)沖水裝置運(yùn)用模數(shù)電原理，

7、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及低電壓控制的電磁 閥實(shí)現(xiàn)上述控制，從而達(dá)到節(jié)能、優(yōu)化控制的目的，適宜實(shí)際使用與廣泛推廣。 文章介紹了一種應(yīng)用 plc 自動(dòng)沖水節(jié)水智能控制系統(tǒng)。當(dāng)有人入廁的時(shí)候， 熱釋電紅外線傳感器能夠以非接觸的方式檢測(cè)出人體發(fā)出的紅外線輻射，并且 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，觸發(fā) plc 電路?？朔藗鹘y(tǒng)沖水系統(tǒng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了精確的計(jì) 數(shù)。 1、緒 論 1.1 概述 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)水資源的需求越來(lái)越大，而我國(guó)作為一 個(gè)水資源極度短缺的國(guó)家，與此形成了鮮明的對(duì)比，加強(qiáng)節(jié)約用水尤其是公共 場(chǎng)所的節(jié)約用水尤為關(guān)鍵，而自動(dòng)沖水裝置可以很好的解決這一問題。自動(dòng)沖 水裝置可廣泛用于學(xué)校，飯店、商場(chǎng)、超市、

8、博物館、展覽觀、車站、碼頭、 銀行等場(chǎng)公共場(chǎng)所。目前在諸如公廁等公共場(chǎng)有些沒有自動(dòng)沖水控制裝置，有 些所采用的自動(dòng)沖水裝置有的停留在機(jī)械原理控制，有的使用強(qiáng)電工作，布線 不方便，不能很好的達(dá)到節(jié)水節(jié)電目的。本文介紹一種自動(dòng)沖水節(jié)水智能控制 系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是：將傳感器和 plc 技術(shù)相結(jié)合，采用熱釋電傳感器對(duì)入廁的 人員計(jì)數(shù)，當(dāng)有人如廁后，人次達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，或待人上完廁所離開一定時(shí) 間后放水沖洗，而后系統(tǒng)恢復(fù)。以待下次使用，這樣不僅簡(jiǎn)便易用而且在保證 廁所干凈整潔的同時(shí)節(jié)約珍貴的水資源。 1.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 圖 1-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2、什么是 plc 2.1plc 簡(jiǎn)介 工業(yè)生產(chǎn)過程中，

9、大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作， 并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上， 這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1968 年美國(guó) gm（通用汽車） 公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集 成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就 是第一代可編程序控制器，稱 programmable controller（pc） 。隨著個(gè)人計(jì) 算機(jī)（簡(jiǎn)稱 pc）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特 點(diǎn)，可編程序控制器定名為 programmable logic controller（

10、plc） 。 2.2 plc 的特點(diǎn) 可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛運(yùn)用，主要是由于它具有以 下特點(diǎn)： 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)邏輯運(yùn)算，克服了 因繼電器觸點(diǎn)接觸不良造成的故障；輸入采用采用直流低電壓，更加可靠、安 全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)于各種 惡劣的工業(yè)環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 2. 編程簡(jiǎn)單，易于掌握。plc 采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制 邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡(jiǎn)單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。 3. 功能完善，靈活方便。隨著 plc 技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善， 不僅具有開

11、關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能，而且還有模擬量處理、溫度 控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中 控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過程中，可隨時(shí)修改控制邏輯， 增減系統(tǒng)功能。 4. 體積小、質(zhì)量輕、功耗低。于采用了單片機(jī)等集成芯片，其體積小、 質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低。 2.3 plc 的基本結(jié)構(gòu) 1.中央處理器（cpu） 中央處理器（cpu）是 plc 的控制核心。它按照 plc 系統(tǒng)程序賦予的功能： a.接收并存儲(chǔ)從用戶程序和數(shù)據(jù)； b.檢測(cè)電源，存儲(chǔ)器，i/o 以及警戒定時(shí) 器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 2.存儲(chǔ)器 可編程控制器的存儲(chǔ)

12、器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。存放系統(tǒng) 軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序 及其各種管理程序）的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放用戶程序的存儲(chǔ)器稱 為用戶程序存儲(chǔ)器，所以又分為用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。 輸入輸出信號(hào)有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，以開關(guān)量最普遍。 4.輸出信號(hào)電路 可編程控制器的輸出有：繼電器輸出（ m） 、晶體管輸出（t） 、晶閘管輸 出（ssr）三種輸出形式。 5.電源 plc 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般小型 plc 的 電源輸出為兩部分：一部分供 plc 內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場(chǎng)傳 感器等的工作電源。

13、2.4 plc 的工作原理 plc 則是采用循環(huán)掃描的工作方式。一個(gè)掃描周期主要可分為 3 個(gè)階段。 1.輸入刷新階段 在輸入刷新階段，cpu 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄 存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉出入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序 執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這 些變化必須等到下一步周期的輸入刷新階段才能被讀入。 2.程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入端的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行， 并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助存儲(chǔ)器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最 后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。 3.輸出刷新階段

14、 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路 （輸出映像寄存器） ，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作， 這才形成 plc 的實(shí)際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè) 階段構(gòu)成 plc 一個(gè)工作周期，因此稱為循環(huán)掃描方式。顯示掃描周期的長(zhǎng)短 主要取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只 進(jìn)行一次 i/o 刷新，即每一個(gè)掃描周期 plc 只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新 一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出之后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速 度。但是由于其對(duì) i/o 的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的 進(jìn)行刷新，這

15、對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成影響， 還會(huì)提高抗干擾能力?？傊?， plc 采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的 最大特點(diǎn)之一。 2.5 plc 發(fā)展新動(dòng)向 plc 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的 電子裝置。 它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 plc 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、 電力、建材、機(jī)械制造、 汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行 業(yè)，它具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，易學(xué)易用、體

16、積小， 重量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。 1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 大：i/o 點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336 點(diǎn)、32 位為 微處理器、多 cpu 并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化。 ?。河烧w 結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2：plc 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 3：不斷加強(qiáng)通訊功能 4：.新器件和模塊不 斷推出 高檔的 plc 除了主要采用 cpu 以提高處理速度外，還有帶處理器的 eprom 或 ram 的智能 i/o 模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊等專用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 有各種簡(jiǎn)單或 復(fù)雜的編程器及編程

17、軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，亦有高 檔的 plc 指令系統(tǒng) 6：發(fā)展容錯(cuò)技術(shù) 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工 作方式。 7：追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。 2.6 plc 發(fā)展歷史 起源：1968 年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 pdp14 ，在美國(guó)通用 汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是 第一代可編程序控制器，稱 programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) plc。 1969 年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái) pdp-14 1971 年，日本研制出第一臺(tái) dcs-8 1973

18、年，德國(guó)研制出第一臺(tái) plc 1974 年，中國(guó)研制出第一臺(tái) plc 發(fā)展：20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制 器，使 plc 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特 征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的 plc 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的 產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可 編程序控制器定名為 programmable logic controller（plc） 。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全 面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體

19、積、 更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 pid 功能及極高的性價(jià)比奠定了它 在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世 界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制 器已步入成熟階段。 20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 plc 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直 保持為 3040%。在這時(shí)期，plc 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接 口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， plc 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用 上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 dcs 系統(tǒng)。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更

20、加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了 各種人機(jī)界面單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 2.7 plc 的選型 現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的 plc 有三菱、西門子、歐姆龍、松下等。 三菱 plc 結(jié)構(gòu)靈活、傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定 、范圍廣、成本低、 適用面廣但是數(shù)據(jù)處理比西門子弱。 西門子 plc 性能強(qiáng)大、可操作性強(qiáng)、有相配套的伺服系統(tǒng)和組態(tài)軟件 但 是價(jià)錢太高。 3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.1 紅外線檢測(cè)模塊 紅外技術(shù)的內(nèi)容包含四個(gè)主要部分：紅外輻射的性質(zhì)，其中有受熱物體所 發(fā)射的輻射在光譜、強(qiáng)度和方向的分布；輻射在

21、媒質(zhì)中的傳播特性：反射、折 射、衍射和散射；熱電效應(yīng)和光電效應(yīng)等。紅外元件、部件的研制，包括輻射 源、微型制冷器、紅外窗口材料和濾光電等。把各種紅外元件、部件構(gòu)成系統(tǒng) 的光學(xué)、電子學(xué)和精密機(jī)械的組成部分。紅外技術(shù)在軍事上和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著 廣泛的應(yīng)用。 紅外技術(shù)有很多應(yīng)用，例如在夜晚可以用看見物體的紅外線來(lái)確定物體的 位置;用一個(gè)紅外線發(fā)射器和一個(gè)紅外線接收器在生產(chǎn)上可以計(jì)算商品的數(shù)量； 軍事上可以用來(lái)防止敵人侵入,當(dāng)紅外線發(fā)射器和接收器被擋住, 警報(bào)就會(huì)響; 在醫(yī)學(xué)上還可以查看人的病情等等。紅外線計(jì)數(shù)器分為對(duì)射式和反射式兩種電 路。對(duì)射式紅外線是一個(gè)發(fā)射頭和一個(gè)接收頭在中間如有物件通過就遮擋一

22、下 光線，輸出脈沖信號(hào)觸發(fā)計(jì)數(shù)電路；反射式紅外線是把發(fā)射頭和接收頭做在一 塊成為一個(gè)紅外探頭，當(dāng)探頭前有一個(gè)物件出現(xiàn)就把發(fā)射頭的紅外線反射給接 收頭，探頭輸出一個(gè)脈沖給計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 圖 2-1 紅外線接收管 本文所設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器是采用紅外線遮光方式，利用紅外對(duì)射管作計(jì)數(shù)傳感 器, 當(dāng)有物體通過時(shí)光被遮擋住,接收模塊輸出一個(gè)高電平脈沖,對(duì)此脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù), 就可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)基于這種光電檢測(cè)原理, 配合組成集成電路,就可品的統(tǒng)計(jì)。 設(shè)計(jì)測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回光電傳路感應(yīng)反射回來(lái)的光的強(qiáng)弱而 檢測(cè)物體的存在與否。感器首先發(fā)出紅外線光束到達(dá)或透過物體，物體或鏡面 對(duì)紅外線光束進(jìn)行反射，光電傳感器接

23、收反射回來(lái)的光束，根據(jù)光束的強(qiáng)弱判 斷物體的存在，多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。紅外 對(duì)射管的種類很多，有鏡反射式光電開關(guān)、漫反射式、槽式、對(duì)射式、光纖式 等。 紅外檢測(cè)電路如圖所示，當(dāng)紅外對(duì)管之間紅外對(duì)射管將輸入電流在發(fā)射器 上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn) 行探測(cè)。每當(dāng)物件通過紅外對(duì)射管中間一次，紅外光被遮擋一次，光電接收管 的輸出電壓發(fā)生一次變化，這個(gè)變化的電壓將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。對(duì)射式紅外 線計(jì)數(shù)器。該裝置抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定, 計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。 目前常用的紅外線對(duì)射管是根據(jù)物體對(duì)近紅外線光束的反射原理。 圖 2-2 紅外檢測(cè)模塊 圖

24、 2-3 工作原理圖 3.2 plc 計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 計(jì)時(shí)器的分辨率有三種，1ms 、10ms 、100ms 三種。計(jì)時(shí)器的值每增加一 個(gè)數(shù)字表示多長(zhǎng)時(shí)間。計(jì)時(shí)器號(hào)決定定時(shí)器的分辨率 t0 t64 t32 t96 時(shí)間分 辨率是 1ms。t1t4 等時(shí)間分辨率是 10ms ，t5t31 等時(shí)間分辨率是 100ms。 s7200 系列 plc 中定時(shí)器一共三種： （1）接通延時(shí)計(jì)時(shí)器 ton （2） 斷開延時(shí)計(jì)時(shí)器 tof （3）保持型接通延時(shí)計(jì)時(shí)器 tonr 接通延時(shí)計(jì)時(shí)器，ton 工作原理 plc 上電時(shí)，計(jì)時(shí)器的常開接點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器當(dāng)前值為 0。 當(dāng) in 斷開時(shí)，計(jì)時(shí)器的常開接

25、點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器當(dāng)前值為 0。當(dāng) in 閉合時(shí)，計(jì)時(shí)器從 0 開始記時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)值大于或等于設(shè)定值時(shí)，計(jì)時(shí)器的常 開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開，定時(shí)器的值記到 32767 為止。在計(jì)時(shí)的中間，如 果 in 斷開，則計(jì)時(shí)器的當(dāng)前值回到 0，常開接點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合。 斷開延時(shí)計(jì)時(shí)器，tof 工作原理 plc 通電時(shí)，其常開接點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合，其當(dāng)前值為 0。當(dāng) in 接通 時(shí)，其常開接點(diǎn)立即閉合，常閉接點(diǎn)立即斷開，其當(dāng)前值為 0。當(dāng) in 從接通變 到斷開時(shí)，定時(shí)器從 0 開始記時(shí)，當(dāng)當(dāng)前值等于設(shè)定值時(shí)，常開接點(diǎn)斷開，常 閉接點(diǎn)閉合，其當(dāng)前值保持不變。 保持型接通延時(shí)計(jì)時(shí)器，tonr

26、 工作原理 當(dāng) plc 上電時(shí)，其常開接點(diǎn)斷開，常閉接點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)值為 0。當(dāng) in 接通 時(shí)，定時(shí)器其開始計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值大于或等于設(shè)定值時(shí)，常開接點(diǎn)閉 合，常閉接點(diǎn)斷開，同時(shí)定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)。當(dāng) in 斷開時(shí)，定時(shí)器的當(dāng)前值保持 不變，當(dāng) in 再次接通時(shí)，定時(shí)器以此值為基數(shù)開始計(jì)時(shí)?？捎?r 指令復(fù)位定時(shí) 器的當(dāng)前值。 計(jì)時(shí)器注意事項(xiàng)： a、每個(gè)定時(shí)器線圈只能用一次,接點(diǎn)可以多次使用。 b、定時(shí)器的編號(hào)決定定時(shí)器的類型和分辨率。 c、分辨率是 1ms 和 10ms 的定時(shí)器，其接點(diǎn)不能出現(xiàn)在自身的 in 回路中。 d、定時(shí)器在使用時(shí)只能是 ton、tof、tonr 中的一種，不能同時(shí)

27、是其中的 兩種或三種形式。 e、 定時(shí)器的設(shè)定值最大是 32767，最小為 0。 f、in 不能直接接左側(cè)的能量線。 對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)輸入信號(hào)的上升沿計(jì)一次數(shù)。計(jì)數(shù)器用 c 表示。 s7200 一共有 256 個(gè)計(jì)數(shù)器，編號(hào)從 c0 到 c255。 計(jì)數(shù)器有三種類型： (1)加計(jì)數(shù)器，ctu (2)減計(jì)數(shù)器，ctd (3)加減計(jì)數(shù)器，ctud 一個(gè)計(jì)數(shù)器類型可以是三種類型中的一種，和計(jì)數(shù)器編號(hào)無(wú)關(guān)，但是統(tǒng)一 個(gè)計(jì)數(shù)器不可同時(shí)使用兩種或三種以上類型。 加計(jì)數(shù)器，ctu 工作原理 初次上電時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為 0，計(jì)數(shù)器的位為 off，常開接點(diǎn)斷開，常 閉接點(diǎn)閉合。當(dāng)復(fù)位端 r 斷開時(shí)

28、，計(jì)數(shù)輸入端（cu）上升沿時(shí)（onoff） ，計(jì) 數(shù)器加 1，直至加到 32767 時(shí)停止計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值大于或等于設(shè)定值 時(shí)，計(jì)數(shù)器的常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開。當(dāng)復(fù)位端 r 接通時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng) 前值復(fù)歸到 0。對(duì)計(jì)數(shù)器執(zhí)行復(fù)位指令（r）時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值復(fù)歸到 0。 減計(jì)數(shù)器，ctd 裝載輸入 ld 斷開（off） ，在計(jì)數(shù)輸入端 cd 上升沿（off 到 on）時(shí)，計(jì)數(shù) 器當(dāng)前值減 1，直到減到 0 時(shí)，停止計(jì)數(shù)。當(dāng)當(dāng)前值為 0 時(shí)，其常開接點(diǎn)閉合， 常閉接點(diǎn)斷開。當(dāng)裝載輸入 ld 接通（on）時(shí)，計(jì)數(shù)器的常開接點(diǎn)斷開，常閉接 點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器的值變?yōu)樵O(shè)定值。初次上電時(shí)，減計(jì)數(shù)器的位

29、為 on（常開接點(diǎn) 閉合，常閉接點(diǎn)斷開） ，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為 0。 加減計(jì)數(shù)器，ctud 加計(jì)數(shù)輸入 cu 由 off 到 on（上升沿）時(shí)，計(jì)數(shù)器加 1。當(dāng)減計(jì)數(shù)輸入 cd 由 off 到 on（上升沿）時(shí)，計(jì)數(shù)器減 1。當(dāng)計(jì)數(shù)器的值大于或等于設(shè)定值時(shí)， 計(jì)數(shù)器的常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開。復(fù)位 r 變成 on 時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位到 0。 3.3 電磁閥 追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國(guó)內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類 (即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上 的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、 直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活

30、塞結(jié)構(gòu))。 (一)、直動(dòng)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開； 斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但一般通徑不超過 25mm。 (二)、分步直動(dòng)式電磁閥 原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差 0.05mpa，通電時(shí)，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門 打開。當(dāng)入口與出口壓差0.05mpa，通電時(shí)，電磁力先打開先導(dǎo)小閥，主閥下 腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥 和主閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：

31、在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安 裝。 (三)、先導(dǎo)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周 圍形成上低下高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把 先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高 的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。 特點(diǎn)：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。 通過導(dǎo)線將電磁閥體內(nèi)線圈輸入正向脈沖信號(hào)，線圈產(chǎn)生的工作磁通，使 動(dòng)芯吸合，打開閥門。當(dāng)停止正向脈沖信號(hào)輸入時(shí)，動(dòng)芯釋放，動(dòng)芯在彈簧力 的作用下回復(fù)到初始狀態(tài)，關(guān)閉閥門。另外有自保持型的，停止輸入正向脈沖 或斷電

32、后也能保持，需要輸入負(fù)向脈沖信號(hào)才能復(fù)位；脈沖電磁閥的工作原理 是利用電器的脈沖轉(zhuǎn)化為機(jī)械的脈動(dòng)使得脈動(dòng)氣體的強(qiáng)大能量變成動(dòng)量在短時(shí) 間內(nèi)釋放產(chǎn)生巨大沖力。 本文是通過紅外傳感到有人靠近時(shí)輸出一個(gè)信號(hào)給控制電路，控制電路發(fā) 出控制信號(hào)給電磁閥，進(jìn)行短暫沖水；紅外傳感到有人離開時(shí)輸出信號(hào)給控制 電路，控制電路發(fā)出信號(hào)給電磁閥，進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間沖水。4、系統(tǒng)工作原理 4.1 探測(cè)信號(hào) 在公廁的每一個(gè)位置上都安裝紅外線傳感器，探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 0.220m 范圍內(nèi)而人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 910 m。在傳感器頂端開設(shè) 了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為 710m，正 好適

33、合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線則由濾光片予以吸收， 這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。當(dāng)有人入廁的時(shí)候， 紅外線傳感器能夠檢測(cè)出人體發(fā)出的紅外線輻射，并且經(jīng)過紅外線開關(guān)將其轉(zhuǎn) 化為電信號(hào)輸出，產(chǎn)生高電平信號(hào)開始計(jì)數(shù)。當(dāng)人上完廁所離開后，電路恢復(fù) 到低電平信號(hào)，而 plc 電路被輸出脈沖信號(hào)的下降沿觸發(fā)。這樣設(shè)計(jì)的好處是 能夠避免重復(fù)計(jì)數(shù)，準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)入廁人數(shù)，克服了傳統(tǒng)的機(jī)械定時(shí)沖水系統(tǒng)的 缺點(diǎn)。 4.2 信號(hào)傳輸過程 采用新型紅外傳感器探測(cè)入廁人體紅外線輻射，將其經(jīng)過控制電路轉(zhuǎn)化成 微弱的電信號(hào)輸出，經(jīng)運(yùn)算放大器 op1、op2 進(jìn)行運(yùn)算放大，再將放大后的電信

34、號(hào)經(jīng)比較器 cop1 和 cop2 構(gòu)成的雙向鑒幅器處理，同時(shí)濾去干擾信號(hào)，最后將 有效信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 圖 3-1 信號(hào)傳輸過程圖 4.3 沖水動(dòng)作的觸發(fā) 入廁人數(shù)是由輸入的單脈沖個(gè)數(shù)決定的，而單脈沖信號(hào)是由傳感器探測(cè)到 的紅外線信號(hào)經(jīng)過放大器，比較器等處理，濾去干擾信號(hào)而產(chǎn)生的。當(dāng)單脈沖 信號(hào)下降沿輸入 p 計(jì)數(shù)器，分別開始計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)。沖水動(dòng)作的觸發(fā)是由計(jì)時(shí)器 和計(jì)數(shù)器共同決定的，當(dāng)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)入廁人數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)則觸發(fā)沖水； 當(dāng)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)入廁人數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)值，則在預(yù)設(shè)時(shí)間觸發(fā)沖水。沖水動(dòng)作 完成之后電路產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，plc 復(fù)位，控制系統(tǒng)的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)重新開始。 lc 時(shí)

35、一個(gè)工作周期便開始。第一個(gè)脈沖輸人后，plc 啟動(dòng)計(jì)時(shí)器和 4.4 水箱注水控制 水箱采用自動(dòng)注水控制系統(tǒng)，在水箱里安裝水位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控水位。水 箱的水是根據(jù)水位的高低利用液位繼電器對(duì)進(jìn)水閥門的開關(guān)進(jìn)行控制。給水箱 預(yù)設(shè)一個(gè)最低水位和最高水位高度值，當(dāng)水位低于最低水位，自動(dòng)開啟進(jìn)水閥 門開始注水，實(shí)時(shí)保持水箱內(nèi)充滿水；當(dāng)水位高于最高水位，關(guān)閉進(jìn)水閥門停 止注水，不致使水溢出水箱，節(jié)約用水。 5、plc 程序的設(shè)計(jì) 5.1 程序流程圖 圖 4-1 程序流程圖 5.2i/o 分配表 表 4-1 i/o 分配表 5.3 工作原理梯形圖 圖 4-2 梯形圖設(shè)計(jì) plc 的 i/o 地址連接的外部設(shè)備

36、 x000啟動(dòng)開關(guān) m0t1 定時(shí)繼電器 m1t2 定時(shí)繼電器 1 y000輸出繼電器 附 錄 實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)所采用西門子 s7-200 型可編程控制器的硬件配置和程 序設(shè)計(jì)是完全可行的，在實(shí)際控制中，由于 plc 產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈 活性強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境無(wú)要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，使之完全可以將操作 人員從惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中解放出來(lái)，因此深受用戶歡迎。同時(shí)采用 plc 控制 液體混合裝置，還能容易的隨時(shí)修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置 的工作時(shí)間和工作狀態(tài)，滿足不同液 體混合的需要。該控制系統(tǒng)可用較少的 資金投入，達(dá)到很高的控制精度， 有很好的推廣價(jià)值。 任何設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實(shí)踐和時(shí)間的考驗(yàn)方能不斷的完善。