應(yīng)用PLC及變頻器對工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)改造

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1、 應(yīng)用PLC及變頻器對工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)改造 【摘要】 工業(yè)洗衣機(jī)洗滌與脫水時的轉(zhuǎn)速相差很大，通常使用變極電動機(jī)或數(shù)臺一般電動機(jī)用離合器切換運(yùn)轉(zhuǎn)，而且減速時需加制動裝置。采用PLC和變頻器改造可實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)從低速到高速大范圍調(diào)速而且裝置可做很小，控制性和操作性都得到很大提高，并解決設(shè)備控制線路繁鎖、故障點(diǎn)多、操作復(fù)雜等一系列問題 【關(guān)鍵詞】 變頻器 PLC 工業(yè)洗衣機(jī) 是指額定洗滌容量大于6kg，應(yīng)用于專業(yè)洗滌部門及服務(wù)行業(yè)使用的，目前的主要結(jié)構(gòu)是滾筒式。近年來在家用全自動洗衣機(jī)大力推廣的影響下，大型也從原來的繼電器控制方式逐步進(jìn)入全自動

2、控制時代。大型在全國各醫(yī)院、酒店賓館及大型企業(yè)應(yīng)用廣泛。從用戶使用要求方面看，使用要求環(huán)境和條件均不同于家用洗衣機(jī)，家用以洗衣為主，以床上用品、桌布等為主，工藝上的區(qū)別就更大了。工業(yè)洗衣機(jī)洗滌與脫水時的轉(zhuǎn)速相差很大，通常使用變極電動機(jī)或數(shù)臺一般電動機(jī)用離合器切換運(yùn)轉(zhuǎn)，由于負(fù)載慣性很大，為了獲得很大啟動轉(zhuǎn)矩特性要采用較大的電阻的電動機(jī)，減速時需制動裝置。 由于工業(yè)洗衣機(jī)電機(jī)為直接啟動或Y/Δ啟動，啟動電流等于（3-7）倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的損壞，而且會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生大的電流和震動時對設(shè)備的使用壽命極為不利。 鑒于以上問題本人嘗試用三菱FR-A

3、540變頻器和三菱FX2N-48MR的PLC對工業(yè)洗衣機(jī)進(jìn)行改造。PLC可編程控制器與人機(jī)界面的實(shí)時數(shù)據(jù)交換功能，從根本上解決設(shè)備控制線路繁鎖、故障點(diǎn)多、操作復(fù)雜等一系列問題，有效的提高設(shè)備生產(chǎn)效率與設(shè)備性能。用變頻器控制電動機(jī)即可實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)從低速到高速大范圍調(diào)速而且裝置可做很小，控制性和操作性都得到很大提高，平衡了過程中洗衣桶的轉(zhuǎn)速，縮短了工作周期時間。 一、方案的實(shí)現(xiàn) 一）、采用的硬件及其工作原理 1）變頻器的結(jié)構(gòu)及工作原理 變頻器是計算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。計算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。 交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為： N1 = 式中

4、 N1 ——同步轉(zhuǎn)速，r/min； ——定子頻率，Hz ——電動機(jī)的磁極對數(shù)。 及異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速 N = N1(1 — S)= (1 — S) 式中S-----導(dǎo)步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率，S =（N1 –N）/N1 ，一般小于3%。 均與送入電動機(jī)的電流頻率f成正比例或近于正比例，也就是說，改變頻率可以方便的改變電動機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對于交流電動機(jī)的調(diào)速來說是十分合適的。 2）PLC及其工作原理 PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取

5、代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。 二、用PLC和變頻器控制的工業(yè)洗衣機(jī)系統(tǒng)的工作原理 1）控制內(nèi)容： PLC送電

6、，系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)準(zhǔn)備起動。起動時開始進(jìn)水，水位到達(dá)高水位時停止進(jìn)水，并開始洗滌，洗滌正轉(zhuǎn)15S，暫停3S，然后反轉(zhuǎn)15S，暫停3S為一次小循環(huán)，若小循環(huán)不足3次，則返回洗滌正轉(zhuǎn)，若小循環(huán)達(dá)到3次，則開始排水，水位下降到達(dá)低水位時開始脫水并繼續(xù)排水，脫水10S即完成一次大循環(huán)，大循環(huán)不足3次，則返回進(jìn)水 進(jìn)行下次大循環(huán)。若完成3次大循環(huán)則結(jié)束全部過程自動停機(jī)。 2）洗滌時變頻器輸出頻率為35HZ，脫水時變頻器輸出頻率分高、中、低100HZ、80HZ、50HZ，根據(jù)衣物量的多少來設(shè)定，其加減速時間根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。 3）根據(jù)控制要求PLC編寫洗衣機(jī)自動控制的應(yīng)用程序，配合變頻器進(jìn)行正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)

7、速的切換。 1 5 10 0 1 0 1 2 5 1 6 0 4 0 0 10 6 1 7 1 4 3 4 4 4 2 工業(yè)洗衣機(jī)PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4）工業(yè)洗衣機(jī)電氣自動控制電路的連接 工業(yè)洗衣機(jī)自動控制接線圖 2、結(jié)合控制要求進(jìn)行PLC程序的編寫及變頻器參數(shù)的設(shè)定。 I/O分配表 I/O分配表 輸入 輸出 名稱 代號 輸入點(diǎn)編號 輸出點(diǎn)編號 代號 名稱 起動按鈕 SB1 X0 Y0 KM0 進(jìn)水接觸器 高

8、水位開關(guān) SQ1 X1 Y1 KM1 排水接觸器 低水位開關(guān) SQ2 X2 Y2 HL 報警指示燈 停止按鈕 SB2 X3 Y4 STF 電動機(jī)正轉(zhuǎn) 脫水（低速） X4 Y5 STR 電動機(jī)反轉(zhuǎn) 脫水（中速） X5 Y6 RM 脫水（高速） X6 Y7 RH Y10 RL 變頻參數(shù)設(shè)置 參數(shù)號 設(shè)定值 設(shè)定范圍 注 解 3% 0-30% 啟動時的力矩 120Hz 0-120Hz 上限頻率 0Hz 0-120Hz 下限頻率 50Hz 0-400H

9、z 基底頻率 100Hz 0-400Hz 多段速度設(shè)定（高速脫水） 80Hz 0-400Hz 多段速度設(shè)定（中速脫水） 35Hz 0-400Hz 多段速度設(shè)定（洗滌） 2s 0－360s 加速時間 1s 0－360s 減速時間 6 0－500A 電子過流保護(hù) 50Hz 1-400Hz 加減速基準(zhǔn)頻率 60Hz 0-400Hz 多段速度設(shè)定 (低速脫水) 2 0-7 外部運(yùn)行模式 3、工業(yè)洗衣機(jī)自動控制梯形圖

10、 在上通過用變頻器可實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)從低速到高速大范圍調(diào)速而且變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電的要求延長了設(shè)備和模具的使用壽命減少了維修成本，提高穩(wěn)定性，節(jié)約可觀的電費(fèi)。而且PLC控制，更簡潔方便，改造后得到客戶一致好評。 參考文獻(xiàn): [ 1 ]齊占慶. 《電氣控制與PLC的應(yīng)用》[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993. [ 2 ]潘海麗.機(jī)床故障分析與維修，西安電子科技大學(xué)出版社，2006. [ 3 ]金海明.電力電子技術(shù)，北京郵電大學(xué)出版社，2006. [ 4 ]王侃夫。電氣線路故障診斷及維護(hù)，北京機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [ 5 ]林輝，王輝.電力電子技術(shù).武漢理工大學(xué)出版社，2002。