基于PLC的智能垃圾桶清洗站控制系统设计

王玉梅

（德州职业技术学院，山东德州 253004）

0 引言

在现代城市生活高速运转的节奏中，在城市环境的打扫与清除工作以及城市垃圾清扫与运输过程中，环境卫生与环保设施是代表城市形象的重要体现。传统垃圾桶清洗方式劳动度大、人工成本高，手动环卫洗桶工人一天清洗垃圾桶最多达到80个。手动清洗存在工作区域大，水资源严重浪费问题，同时手握的高压冲洗枪会将污水冲贱到四周，污染周边环境，存在细节清洗不干净、顽固污渍难清洗问题。

基于以上问题，研发S7-1200 PLC智能环保垃圾桶清洗设备，设备可单次清洗一个240 L标准垃圾桶，每次仅用1.25 L水，清洗过的污水还可以循环再使用，清洗过程中，水温可加热至100℃。设备配备自动的提桶和翻转机构、桶内外清洗机构、污水处理系统、排放赃物机构、多功能控制显示屏和PLC控制系统。可远程APP与触摸屏智能控制操作，设备节能环保、方便快捷、安全可靠，有效解决了垃圾桶脏污问题。

1 硬件电路设计

设备控制系统选用西门子S7-1200 PLC[1]，实现手动和自动控制，桶内侧清洗毛刷由电机M1拖动，桶外侧清洗毛刷由电机M2拖动，排放的垃圾由传送带电机M3拖动[1]，清水泵电机M4，污水泵电机M5共5台电机拖动，其中M1和M2两台电机分别由西门子G120变频器控制实现多段调速控制，智能环保垃圾桶清洗设备硬件原理如图1所示。

图1 清洗设备硬件原理

2 PLC程序设计

西门子PLC被广泛应用在现代工业控制和现代运动控制的各行各业。其中西门子PLC中较为新型的产品系列S7-1200在市场上应用较多，为现代工业控制系统中的自动化控制、智能制造控制和数字化工厂提供了解决方案。

S7-1200是SIMATIC S7可编程控制器家族系列中的较为新型的一款小型模块化控制器，根据CPU型号不同，可扩展至最多11个模块，支持PROFIBUS或PROFINET通信，S7-1200包含CPU和I/O的小型模块化PLC，其中包含集成式数字量/模拟量I/O，可采用信号板进行扩展，另外S7-1200附件包括电源模块、小型交换机模块、存储卡，用户可与根据工艺需求灵活的选用各模块组合，达到自动控制系统要求的标准。

控制过程如下：首先设备上电，打开显示屏，利用PLC系统存储器初始化各步标志位，并对其他步和内部标志位清零。如满足条件，按下启动按钮，夹爪夹紧需要清洗的垃圾桶（图2），夹爪夹取垃圾桶翻转到位后，链传动装置运行将垃圾桶放置到指定位置，检测到水位达到需求，启动水温加热，水泵电机与毛刷电机启动，高压旋转喷头与滚动毛刷开始动作，对垃圾桶内外进行清洗（图3），毛刷电机可进行三级调速，同时排放脏污传送带动作，桶内外清洗完毕后，排放赃污物系统开始排放赃污物（图4），污水处理电机运行对清洗完后的脏水进行净化，达到水资源二次利用的效果（图5），进行水位检测，水位达到下次清洗需求开始执行下一个循环，否则设备停止，Q点和M点开始复位为下次上电做准备，提示设备缺水；按下停止按钮，设备停止工作，Q点和M点开始复位，为下次上电做准备（图6）。

图2 初始化和系统启动

图3 水温加热及垃圾桶清洗

图4 污水处理程序

图5 污水处理与清水循环程序

图6 设备停止程序

3 变频器参数设置

西门子G120变频器是西门子公司较为新型的一款变频器，G120变频器的主要作用是能够精准的调节电机的转速和转矩。G1210变频器的功率选择范围是0.37～250kW，用户可以根据自己的实际要求灵活的选择不同功率范围内的变频器。

C120变频器采用模块化的组成，其中主要的组成部分是变频器的CU（控制单元）和变频器的PM（功率模块），不同型号的控制单元和功率模块的侧面铭牌上有各自的型号、订货号和版本信息。变频器的BOP-2基本操作面板是可选件，用户可以根据自己的实际需要选择是否配备该附件。

桶内外侧毛刷电机M1、M2由PLC控制G120变频器的数字端实现三级调速，达到控制简单、高效节能的效果，也可以通过电压给定实现无极调速，具体参数设置如下所示。

P0304=380 V，电机额定电压；P0305=0.25 A，电机额定电流；P0307=0.18 W，电机额定功率；P0311=1400 r/min，电机额定转速；P0003=3，访问级别为3；P0010=0（1），变频器调试参数筛选[2]；P1080=0 r/min，电机最低转速；P1082=1495 r/min，电机最高转速；P1120=0.5 s，斜坡上升函数；P1121=0.5 s，斜坡下降函数；P0015=2，宏参数定义[2]；P1000=3，转速设定值源选择P1016=1，直接给定速度选择[2]；P1001=700 r/min固定转速设定值1；P1002=800 r/min，固定转速设定值2；P1001=r/min，固定转速设定值3；P1020=722.0，固定转速设定值选择位；P1021=722.1，固定转速设定值选择位；P1022=722.0，固定转速设定值选择位。

4 触摸屏画面

选用西门子公司精简系列KTP700，如图7所示画面有手动/自动切换按钮，可实现自动一键清洗，手动按钮有夹爪、提桶，链传动、水温加热、清水位置、污水位置、排放赃物系统、高压喷头机构，1～3级调速均可以实现单步运行，也可用于调试及维护过程中的手动操作，操作安全可靠。

图7 触摸屏画面

5 结束语

该设备采用高压旋转喷头与滚动毛刷双重清洗，三级变频调速方式对垃圾桶进行360°无死角清洗，可依照实际需求选配清洗剂实现全面清洁。清洗环节完成后排出的污水经过污水处理系统进行二次再处理，处理完成后的水可以循环使用，降低对水资源的巨大浪费，达到很好的节能减排的效果。配备清洗加热系统，水温可加热至0～100℃可调节，有效清洗顽固污渍和解决冬季垃圾桶清洗难题。设备采用独立夹桶、自动翻转，自动将垃圾桶运送至与清洗喷头对应的清洗位置。方便快捷，提高清洗效率。触摸屏和PLC可编程控制，实现手、自一体操作，可远程电脑或手机APP控制，性能安全可靠。设备将智能控制和物联网技术应用到垃圾桶的智能环保清洗行业，真正实现智能环保、绿色节能，对环境的保护和水资源的节约都有很大程度上的促进作用，应用前景较为广阔。