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(shè)對開展生活垃圾分類的需求已經(jīng)極為迫切。基于此，本文基于可編程邏輯控制器〔PLC〕設(shè)計(jì)了一種具有識(shí)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(shí)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(shí)，滿足人們對垃圾分類知識(shí)的需求。 關(guān)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(hào)：TP391.44;X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(jìn)一步開展，智能機(jī)器產(chǎn)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(jìn)尋常百姓家。除制造業(yè)對工業(yè)型機(jī)器的需求穩(wěn)步提升外，人民群眾對效勞型機(jī)器的需求也在快速增長，洗碗機(jī)、掃地機(jī)器人等小型智能家用電器在廣闊家庭中的應(yīng)用為越來越多的人們解決了生活中的家務(wù)難題。然而，在公共效勞

4、方面，目前還沒有一個(gè)成熟的系統(tǒng)型應(yīng)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(shí)行垃圾分類而做出的努力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器[1-2]。為了實(shí)現(xiàn)垃圾的有效分類，本文利用施耐德M340型PLC設(shè)計(jì)了一款智能垃圾分類系統(tǒng)。 該型號(hào)的PLC運(yùn)行穩(wěn)定、擴(kuò)展方式多樣、編程環(huán)境成熟、可復(fù)制性高，比較適合開展模型研究。 2系統(tǒng)架構(gòu) 垃圾分類具有以下三方面特點(diǎn)

5、。第一，動(dòng)態(tài)性：垃圾的產(chǎn)生與清運(yùn)是一個(gè)動(dòng)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(chǔ)容量的狀態(tài)。 第二，延續(xù)性：垃圾的產(chǎn)生與處理貫穿人類社會(huì)開展，尤其是進(jìn)入工業(yè)時(shí)代之后，只要有人類存在，就會(huì)產(chǎn)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(jìn)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(dá)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(gè)特點(diǎn)，將基于PLC控制的智能垃圾分類系統(tǒng)分為三個(gè)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(dāng)下國內(nèi)垃圾分類體系尚未成熟的背景下，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)旨在到達(dá)培養(yǎng)人們分類

6、意識(shí)，使其養(yǎng)成分類習(xí)慣，并簡化分類流程的目的。其中中央效勞器是數(shù)據(jù)處理核心，具有統(tǒng)籌規(guī)劃的作用，監(jiān)控各個(gè)處理箱的工作狀態(tài)，搭建垃圾分類知識(shí)數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化垃圾清運(yùn)流程等。垃圾分類集中處理箱包括PLC模塊與識(shí)別系統(tǒng)，主要作用是對人們丟棄的垃圾進(jìn)行分類，并通過內(nèi)部機(jī)械裝置投放到相應(yīng)的內(nèi)部箱體中，方便后期清運(yùn)處理。 APP客戶端作為該系統(tǒng)的應(yīng)用終端，為所有使用者提供垃圾分類知識(shí)，培養(yǎng)其垃圾分類意識(shí)，并提供垃圾類別的識(shí)別方法。 3系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)時(shí)監(jiān)控作用，如運(yùn)行狀態(tài)、垃圾儲(chǔ)量、調(diào)度清運(yùn)等;同時(shí)，還需要滿足該系統(tǒng)垃圾分類相關(guān)數(shù)據(jù)的

7、存儲(chǔ)要求，故需要性能高、穩(wěn)定性好、方便維護(hù)的效勞器。 垃圾分類集中處理箱由PLC模塊、識(shí)別系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、光電傳感器、可旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)對信息的收集、處理和控制工作。識(shí)別系統(tǒng)主要是對放入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的垃圾進(jìn)行類別識(shí)別。此系統(tǒng)可識(shí)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(shí)別;另一類是人們在家中已經(jīng)完成分類、打包好的垃圾袋，此時(shí)只需要在投放時(shí)在垃圾袋上貼上對應(yīng)的顏色貼紙〔可回收垃圾、干垃圾、濕垃圾、有害垃圾等分別設(shè)置不同的對應(yīng)顏色〕。該識(shí)別系統(tǒng)可以

8、通過內(nèi)部的攝像頭掃描貼紙顏色來對封閉垃圾袋進(jìn)行垃圾類別判斷。設(shè)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(jìn)行控制。伺服電機(jī)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(shí)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(shè)計(jì)為4個(gè)90扇柱形箱體，組成一個(gè)圓柱形大箱體，便于機(jī)械轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)投擲。箱體包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和垃圾儲(chǔ)箱上下兩局部。垃圾進(jìn)入垃圾箱，先暫留在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上方，經(jīng)過箱體內(nèi)部的識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出垃圾種類后，通過機(jī)械轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)將垃圾運(yùn)送至對應(yīng)垃圾儲(chǔ)箱上方，轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置翻開上下層間隔，從而將垃圾分送到對應(yīng)的箱

9、體，完成垃圾的分類投放。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和垃圾儲(chǔ)箱都分為4個(gè)分區(qū)，分別對應(yīng)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(jìn)行信息交流及控制，構(gòu)成一個(gè)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(shè)備為例，在UnityProXL上使用梯形圖進(jìn)行編程。軟件局局部為三個(gè)主要模塊：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、投放電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、模式選擇控制模塊。 設(shè)計(jì)原理如下，通過編程梯形圖設(shè)置變量A、B、C、D分別代表垃圾分類投放過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。變量A表示傳感器讀取的十字擋板的位置，當(dāng)有物體靠近時(shí)，傳感器會(huì)輸出一個(gè)高電平，當(dāng)物體離開后，傳感器會(huì)輸出低電平。傳感器的感應(yīng)結(jié)果能確定變量B的值

10、;變量C表示箱體內(nèi)部識(shí)別系統(tǒng)讀取的垃圾種類，即垃圾所應(yīng)投放的位置，其能確定變量D的值。當(dāng)B=D時(shí)，說明待處置的垃圾已經(jīng)在所應(yīng)投放的位置上，那么進(jìn)入模式1，伺服電機(jī)不驅(qū)動(dòng);當(dāng)B與D的值不相等時(shí)，那么進(jìn)入模式2，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使中心轉(zhuǎn)軸順時(shí)針以速度特征曲線下的給定速度轉(zhuǎn)動(dòng)到對應(yīng)位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)對應(yīng)位置后，啟動(dòng)投放電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，翻開箱體內(nèi)部的上下層隔板，完成垃圾分類投放。 終端 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，更有利于開發(fā)此垃圾分類系統(tǒng)的終端應(yīng)用。本APP使用可以跨平臺(tái)的MUI框架和HTML5+技術(shù)，提高軟件的可移植性，它可以一次開發(fā)屢次使用，輕松實(shí)現(xiàn)Android、iOS和微信小程序等多個(gè)平臺(tái)的同步

11、。 為方便人們提高對垃圾分類的認(rèn)識(shí)，故APP的主要功能為查詢垃圾所屬種類，提高人們對垃圾進(jìn)行自主分類的能力，進(jìn)而增強(qiáng)人們垃圾分類意識(shí)。為此，作為匹配該智能垃圾分類系統(tǒng)的 端APP，主要承擔(dān)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(jìn)行圖像識(shí)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(shí)薄弱、垃圾分類知識(shí)缺乏的人群提高分類意識(shí)與分類能力。其中拍照識(shí)別功能基于TensorFlow?進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，通過深度可分解卷積網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練人工智能識(shí)別圖片內(nèi)容，將訓(xùn)練好的模型打包壓縮，使 可以依靠自身算力完成圖像識(shí)別。文字查詢功能通過模糊匹配和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)的終端觸達(dá)能力，將垃圾分類的知識(shí)傳播給每一位APP使用者。在我國當(dāng)下提倡垃圾分類的初始階段，進(jìn)行垃圾分類知識(shí)宣傳、提高人們的垃圾分類意識(shí)就顯得尤為必要。 4結(jié)語 該系統(tǒng)目前還處于“1+1+n〞的初始模型驗(yàn)證模式，即一個(gè)中央效勞器，附加一臺(tái)垃圾分類集中處理箱模型，再加上多個(gè)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(shí)的需求，并幫助人們對常見垃圾進(jìn)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(jīng)過模型驗(yàn)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(shí)別壓力不大的區(qū)域。 參考文獻(xiàn)： 【1】劉麗娜，陳天宇.基于PLC的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制裝置的設(shè)計(jì)[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(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量開展[J].社會(huì)治理，2021〔11〕：40-42. 【3】吳碧程，鄧祥恩，張子憧，等.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能垃圾分類系統(tǒng)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2021〔11〕：44-49. 【4】李崇華.可編程控制器原理及應(yīng)用課程體系的建設(shè)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(wǎng)絡(luò)平安防護(hù)建設(shè)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2021〔8〕：141.