PLC和變頻器在工業洗衣機控制系統中的應用

馮婉研

摘 要：工業洗衣機是一類用在工廠、飯店、賓館或洗衣店清洗大批量衣物的洗衣電器設備，其洗滌工藝如下：進水→洗滌正轉→暫停→洗滌反轉→排水→脫水。在工業洗衣機控制系統中，PLC與變頻器的應用尤其關鍵。本案選取的是三菱FX2N-48MR型PLC和德國GVF-G3變頻器。通過工業洗衣機實際運行情況以及功能要求，本人將結合工業洗衣機控制系統的技術指標與相關知識，深入分析采用三菱FX2N-48MR型PLC和德國GVF-G3變頻器在工業洗衣機控制系統中的應用。調試結果表明，該系統的穩定性、靠干擾能力、控制與操作性能都能滿足工業洗衣機的工作要求。

關鍵詞：工業洗衣機；FX2N-48MR型PLC；GVF-G3變頻器；系統調試

1 前言

工業洗衣機控制系統一般經變頻器接入三相電源，同時用PLC控制程序來調控工作流程，并在PLC運行至洗滌小循環時，與變頻器接通，此時變頻器將按預設的程序來進行洗滌小循環。在這一過程中，全部由變頻器來設定洗滌正反轉、洗滌正反裝轉速及正反轉暫停時間等參數，以滿足工業洗衣機的工作要求。其中，PLC與變頻器的選型至關重要。針對變頻器的選型，鑒于變頻器適配電機容量的額定值應比洗衣電動機大及洗滌時，低速啟動的瞬時負荷超級大，則要求選用具備低速轉速補償功能的變頻器，同時變頻器還應內置PLC功能，以實現洗衣機洗滌從正轉向反轉的循環動作。鑒于洗滌小循環借助的是變頻器的調節功能，則其在洗滌、脫水時的輸出功率皆設為50Hz及其加減速時間視情況而定。據此，本案選用的變頻器是德國博世力士樂研發的GVF-G3變頻器。針對PLC的選型，本案選用的是三菱公司研發的FX2N-48MR型PLC，其是一種小型的PLC，具有價格低、擴展性能優、功能強大及結構緊湊等優點，可切實滿足工業洗衣機控制系統的工作要求。據此，本人結合實踐經驗，分別三菱FX2N-48MR型PLC與德國GVF-G3變頻器在工業洗衣機控制系統中的應用。

2 FX2N-48MR型PLC的應用

2.1 硬件設計

為了滿足工業洗衣機的工作要求，系統選用的是FX2N-48MR型PLC。其中，輸入點共4個，即其編號和輸入設備分別為：XO-啟動按鈕、X1-停止按鈕、X2-高水位開關、X3-低水位開關；輸出點共6個，即其編號和輸入設備分別為：Y0-進水電磁閥、Y1-排水電磁閥、Y2-脫水電磁閥、Y3-結束報警指示燈、Y4-變頻器FW端子和Y5-變頻器X1端子。上述設置方案同時亦可用作PLC的輸入、輸出分配方案。據此，在工業洗衣機控制系統中，主電路包括GVF-G3變頻器和三相異步電動機，其中工業洗衣機的正反轉運行由三相異步電動機來實現；控制電路包括電磁閥、按鈕和PLC等，其中PLC的輸出點Y4、Y5分別控制變頻器FDW和X1端子，并借助內置在變頻器中的PLC功能來控制工業洗衣機的暫停、暫停動作、正轉和反轉洗滌，同時由PLC的輸出點Y0-Y3來分別驅動進水、排水、脫水電磁閥和結束報警指示燈，以防直流24V電壓接入變頻器的COM、FDW和X1端子上。

2.2 軟件設計

工業洗衣機PLC控制應用程序應用的是PLC狀態轉移圖，詳見圖1。

結合圖1，工業洗衣機控制系統的工作要求如下：1.在初始狀態下，按下啟動按鈕，進水開始，直至水位升至高水位時，進水停止，洗滌正轉開始；2.洗滌先正轉15s并暫停3s，再反轉15s并暫停3s，如此為一個洗滌小循環；3.若洗滌小循環少于3次，則再次進行洗滌正轉，然后再進入下一個小循環；4.若洗滌小循環達到3次，則直接進入排水環節，并在水位降至低水位時，脫排水開始，脫水時長為10s，如此為一個大循環；5.若大循環的次數少于3次，則再次進水，然后再進入下一個大循環；6.若大循環的次數達到3次，則直接進入洗完報警環節，并在報警10s后自動停機。其中，在PLC控制中，以電磁閥為執行機構。

3 GVF-G3變頻器的應用

為了滿足工業洗衣機PLC控制系統的工作要求，系統選用的是GVF-G3變頻器，其具有轉矩高、段速多、電壓范圍寬、支持正反轉及按需調速等優點。其中，按需調速指的是GVF-G3變頻器可以洗滌劑和衣料等為依據來調節洗衣機在清洗、洗凈和均布平衡時的轉速，從而提高洗衣機的洗滌轉數與洗滌劑和衣物質地的匹配度。應用表明，在切換速度時，既不會產生沖擊力，也可省去制動裝置、正反裝開關和離合器等易損器件，甚至無需維保。另外，根據GVF-G3變頻器外部使用的配線情況可知，借助三相斷路器開關，可將外部三相電源接入變頻器的輸入端及將三相電動機接入變頻器的輸出端，而變頻器的FWD、X、CM信號輸入端子和FX2N-48MR型PLC則用作控制與通信連接。表1所示為GVF-G3變頻器控制應用程序的功能參數設置表。

在GVF-G3變頻器控制應用程序中，共包括17個基本參數、30個中級參數、36個高級參數，且全部取的是GVF-G3變頻器的默認值。據此，可將變頻器在洗滌時的輸出頻率設為35Hz，并將其在脫水時的輸出頻率設為低、中、高3個等級，即為50Hz、80Hz和100Hz，注意脫水時的輸出頻率應按衣物量來設定，而變頻器的加減速時間則應按實際情況而定。

4 工業洗衣機控制系統的調試

一般來講，可按如下步驟調試工業洗衣機PLC控制系統：第一，按表1設定GVF-G3變頻器的運行參數；第二，將設好的參數經操作面板輸入GVF-G3變頻器中；第三，將圖1所示的PLC狀態轉移圖輸入FX2N-48MR型PLC中；第四，對PLC進行模擬調試，并查看輸出指示燈與要求相符與否，其中可將電磁閥線圈替代為指示燈；第五，若相符，對PLC和變頻器進行空載調試，并按圖2連接變頻器，注意電動機無需連接；第六，運行程序，并從操作面板來勘察變頻器的輸出與要求相符與否；第七、連接電動機及進行調試，并查看電動機的運行與控制要求相符與否。

調試結果表明，在FX2N-48MR型PLC、GVF-G3變頻器及電動機正確連接的前提下，FX2N-48MR型PLC及GVF-G3變頻器的控制應用程序都能按預設程序工作，從而保證了工業洗衣機的運行效果。

5 結語

綜上，在工業洗衣機控制系統中，PLC與變頻器的應用可顯著提高工業洗衣機的運行效果。但工業洗衣機是一種功率較大的電器產品，則在實際使用中，應注意如下事項：一是若將工業洗衣機用在賓館或社區洗衣店等場所，應將隔音問題考慮其中，并通過將電抗器裝在變頻器的進線側來防止變頻器干擾周圍的電器設備；二是盡量保持工業洗衣機工作環境的通風性和干燥度，以防變頻器因水汽進入而發生電氣短路等問題；三是在確定工業洗衣機的運轉模式時，應設均布排水工況，以保證衣物在污水排出時均勻分布；四是鑒于工業洗衣機在高速工況下會產生劇烈振動，則建議定期檢查變頻器的安裝情況，以防變頻器被振松。總之，PLC與變頻器在工業洗衣機控制系統中的應用是工業洗衣機發展的產物，其滿足了當前社會的實際需要。但在未來的發展中，工業洗衣機控制系統的研究應做到與時俱進，以滿足衣物質地多樣化與高級化的發展要求。

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（作者單位：廣東省佛山南海技師學院）