基于PLC控制的智能垃圾分類系統(tǒng)研究

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1、基于PLC控制的智能垃圾分類系統(tǒng)研究 摘要：目前，城市可持續(xù)開展和生態(tài)文明建設對開展生活垃圾分類的需求已經極為迫切。基于此，本文基于可編程邏輯控制器〔PLC〕設計了一種具有識別功能的智能化垃圾分類系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能幫助人們實現(xiàn)對常見垃圾的有效分類，而且可以向人們普及垃圾分類知識，滿足人們對垃圾分類知識的需求。 關鍵詞：可編程邏輯控制器;垃圾分類;智能垃圾分類系統(tǒng) 中圖分類號：TP391.44;X705文獻標識碼：A文章編號：1003-5168〔2021〕22-0020-03 Abstract：Atpresent，thesustainabledevelopmentofthecityan

2、dtheconstructionofecologicalcivilizationhaveanurgentneedtocarryoutdomesticwasteclassification.Basedonthis，thispaperdesignedanintelligentgarbagesortingsystemwithidentificationfunctionbasedonPLC.Thesystemcannotonlyhelppeopletorealizetheeffectiveclassificationofcommongarbage，butalsopopularizetheknowled

3、geofgarbageclassificationtomeettheneedsofpeopleforgarbageclassificationknowledge. Keywords：PLC;garbageclassification;intelligentgarbagesortingsystem 1研究背景 隨著科技的進一步開展，智能機器產業(yè)逐漸打破了只效勞于大型工業(yè)化制造業(yè)的壁壘，開始走進尋常百姓家。除制造業(yè)對工業(yè)型機器的需求穩(wěn)步提升外，人民群眾對效勞型機器的需求也在快速增長，洗碗機、掃地機器人等小型智能家用電器在廣闊家庭中的應用為越來越多的人們解決了生活中的家務難題。然而，在公共效勞

4、方面，目前還沒有一個成熟的系統(tǒng)型應用例如。 隨著人們對生態(tài)環(huán)境的重視程度越來越高，政府將“綠水青山〞作為國家規(guī)劃開展的前提條件，垃圾的分類處理對環(huán)境和人們來說，都是有百利而無一害。但目前，我們對實行垃圾分類而做出的努力還遠遠不夠。PLC是可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController，PLC〕，一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運算控制器[1-2]。為了實現(xiàn)垃圾的有效分類，本文利用施耐德M340型PLC設計了一款智能垃圾分類系統(tǒng)。 該型號的PLC運行穩(wěn)定、擴展方式多樣、編程環(huán)境成熟、可復制性高，比較適合開展模型研究。 2系統(tǒng)架構 垃圾分類具有以下三方面特點

5、。第一，動態(tài)性：垃圾的產生與清運是一個動態(tài)的過程，理想狀態(tài)是盡可能將公共空間的垃圾桶維持在始終有存儲容量的狀態(tài)。 第二，延續(xù)性：垃圾的產生與處理貫穿人類社會開展，尤其是進入工業(yè)時代之后，只要有人類存在，就會產生不同種類的垃圾，對垃圾分類的需求也就越來越高。 第三，全民性：真正進入垃圾分類處理的良性循環(huán)階段，使垃圾得到妥善的再利用與無害處理，到達環(huán)保的目的，必定需要全體人類的力量。 基于垃圾分類的上述三個特點，將基于PLC控制的智能垃圾分類系統(tǒng)分為三個主要局部，即中央效勞器、垃圾分類集中處理箱和 APP客戶端【3】。在當下國內垃圾分類體系尚未成熟的背景下，設計該系統(tǒng)旨在到達培養(yǎng)人們分類

6、意識，使其養(yǎng)成分類習慣，并簡化分類流程的目的。其中中央效勞器是數(shù)據處理核心，具有統(tǒng)籌規(guī)劃的作用，監(jiān)控各個處理箱的工作狀態(tài)，搭建垃圾分類知識數(shù)據庫，優(yōu)化垃圾清運流程等。垃圾分類集中處理箱包括PLC模塊與識別系統(tǒng)，主要作用是對人們丟棄的垃圾進行分類，并通過內部機械裝置投放到相應的內部箱體中，方便后期清運處理。 APP客戶端作為該系統(tǒng)的應用終端，為所有使用者提供垃圾分類知識，培養(yǎng)其垃圾分類意識，并提供垃圾類別的識別方法。 3系統(tǒng)設計 中央效勞器作為該系統(tǒng)的命令接收與發(fā)布單元，具有對附屬垃圾分類處理箱的實時監(jiān)控作用，如運行狀態(tài)、垃圾儲量、調度清運等;同時，還需要滿足該系統(tǒng)垃圾分類相關數(shù)據的

7、存儲要求，故需要性能高、穩(wěn)定性好、方便維護的效勞器。 垃圾分類集中處理箱由PLC模塊、識別系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、光電傳感器、可旋轉箱體五局部組成[4-5]。其中，PLC模塊包含M340型PLC與輸入輸出模塊，通過PLC編程序控制，實現(xiàn)對信息的收集、處理和控制工作。識別系統(tǒng)主要是對放入旋轉平臺的垃圾進行類別識別。此系統(tǒng)可識別的垃圾主要分為兩類：一類是零散的垃圾，如礦泉水瓶、面紙、塑料袋等戶外常見的垃圾，此類垃圾比較容易識別;另一類是人們在家中已經完成分類、打包好的垃圾袋，此時只需要在投放時在垃圾袋上貼上對應的顏色貼紙〔可回收垃圾、干垃圾、濕垃圾、有害垃圾等分別設置不同的對應顏色〕。該識別系統(tǒng)可以

8、通過內部的攝像頭掃描貼紙顏色來對封閉垃圾袋進行垃圾類別判斷。設置伺服系統(tǒng)與光電傳感器主要為了對垃圾分類的投放過程進行控制。伺服電機在PLC的直接控制下可改變投擲桿角度和十字柱形擋板角度，以實現(xiàn)垃圾分類投放。 由于日常生活中的垃圾主要有可回收垃圾、干垃圾、濕垃圾、有害垃圾4類，故把垃圾分類集中處理箱的箱體設計為4個90扇柱形箱體，組成一個圓柱形大箱體，便于機械轉軸的旋轉投擲。箱體包括旋轉平臺和垃圾儲箱上下兩局部。垃圾進入垃圾箱，先暫留在旋轉平臺上方，經過箱體內部的識別系統(tǒng)識別出垃圾種類后，通過機械轉軸帶動旋轉平臺將垃圾運送至對應垃圾儲箱上方，轉到相應位置翻開上下層間隔，從而將垃圾分送到對應的箱

9、體，完成垃圾的分類投放。旋轉平臺和垃圾儲箱都分為4個分區(qū)，分別對應可回收垃圾、干垃圾、濕垃圾和有害垃圾。四局部之間相互聯(lián)系，進行信息交流及控制，構成一個整體。垃圾分類集中處理箱示意圖如圖1所示。 以施耐德M340型PLC設備為例，在UnityProXL上使用梯形圖進行編程。軟件局局部為三個主要模塊：伺服電機驅動控制模塊、投放電機驅動控制模塊、模式選擇控制模塊。 設計原理如下，通過編程梯形圖設置變量A、B、C、D分別代表垃圾分類投放過程中的關鍵節(jié)點。變量A表示傳感器讀取的十字擋板的位置，當有物體靠近時，傳感器會輸出一個高電平，當物體離開后，傳感器會輸出低電平。傳感器的感應結果能確定變量B的值

10、;變量C表示箱體內部識別系統(tǒng)讀取的垃圾種類，即垃圾所應投放的位置，其能確定變量D的值。當B=D時，說明待處置的垃圾已經在所應投放的位置上，那么進入模式1，伺服電機不驅動;當B與D的值不相等時，那么進入模式2，伺服電機驅動，使中心轉軸順時針以速度特征曲線下的給定速度轉動到對應位置。當?shù)竭_對應位置后，啟動投放電機驅動控制模塊，翻開箱體內部的上下層隔板，完成垃圾分類投放。 終端 移動網絡的不斷普及，更有利于開發(fā)此垃圾分類系統(tǒng)的終端應用。本APP使用可以跨平臺的MUI框架和HTML5+技術，提高軟件的可移植性，它可以一次開發(fā)屢次使用，輕松實現(xiàn)Android、iOS和微信小程序等多個平臺的同步

11、。 為方便人們提高對垃圾分類的認識，故APP的主要功能為查詢垃圾所屬種類，提高人們對垃圾進行自主分類的能力，進而增強人們垃圾分類意識。為此，作為匹配該智能垃圾分類系統(tǒng)的 端APP，主要承擔的工作有如下兩方面。 第一，垃圾種類查詢功能。查詢功能有三種形式：拍照進行圖像識別、文字輸入查詢、人工客服查詢。這一功能旨在幫助分類意識薄弱、垃圾分類知識缺乏的人群提高分類意識與分類能力。其中拍照識別功能基于TensorFlow?進行機器學習，通過深度可分解卷積網絡訓練人工智能識別圖片內容，將訓練好的模型打包壓縮，使 可以依靠自身算力完成圖像識別。文字查詢功能通過模糊匹配和數(shù)據庫技術實現(xiàn)。人工客服

12、查詢功能需要較高的人力本錢。具體如圖2所示。 第二，垃圾分類科普教育傳播。充分利用移動網絡的終端觸達能力，將垃圾分類的知識傳播給每一位APP使用者。在我國當下提倡垃圾分類的初始階段，進行垃圾分類知識宣傳、提高人們的垃圾分類意識就顯得尤為必要。 4結語 該系統(tǒng)目前還處于“1+1+n〞的初始模型驗證模式，即一個中央效勞器，附加一臺垃圾分類集中處理箱模型，再加上多個APP終端的模式。該模式下，終端APP使用效果良好，根本可以滿足人們對垃圾分類知識的需求，并幫助人們對常見垃圾進行分類。垃圾分類集中處理箱模型在PLC的控制下，可以滿足對垃圾分類投放的初始需求。經過模型驗證，該系統(tǒng)比較適用于辦公樓、

13、行政樓、工業(yè)示范園區(qū)等垃圾種類較少、識別壓力不大的區(qū)域。 參考文獻： 【1】劉麗娜，陳天宇.基于PLC的皮帶運輸機控制裝置的設計[J].現(xiàn)代交際，2021〔21〕：254-255. 【2】李歷銓，周海川，隨志寬.優(yōu)化中國特色垃圾分類模式推動循環(huán)經濟高質量開展[J].社會治理，2021〔11〕：40-42. 【3】吳碧程，鄧祥恩，張子憧，等.基于卷積神經網絡的智能垃圾分類系統(tǒng)[J].物理實驗，2021〔11〕：44-49. 【4】李崇華.可編程控制器原理及應用課程體系的建設與探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021〔7〕：20-22. 【5】范勇.工業(yè)控制系統(tǒng)網絡平安防護建設[J].山東工業(yè)技術，2021〔8〕：141.