PLC與變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)中的綜合應(yīng)用研究

秦 沖

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

0 引言

與家用洗衣機(jī)相比，工業(yè)洗衣機(jī)主要是用來(lái)滿足大容量、大功率的洗衣要求，主要應(yīng)用于賓館、酒店、醫(yī)院、服裝廠、水洗廠及工礦企業(yè)等[1]。其中用得最多的是滾筒式洗衣，主要是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾筒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所洗衣物在滾筒的作用下被重復(fù)提升和摔下，如此往復(fù)循環(huán)，在洗衣粉、洗衣液和水的共同作用下才能保證被洗干凈。滾筒式洗衣機(jī)能夠改善普通洗衣機(jī)洗衣服時(shí)對(duì)衣物的纏繞、洗滌不均勻、磨損衣物等問(wèn)題[2]，因此工業(yè)洗衣機(jī)可以洗羊絨毛、真絲類的衣物。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的自動(dòng)洗衣，本文按照工業(yè)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)要求及原理，對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件及程序設(shè)計(jì)，運(yùn)用變頻器程序運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和外部端子的連接實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的多段調(diào)速。實(shí)現(xiàn)斜坡增速和斜坡減速的效果，利用液位傳感器來(lái)判別高低水位，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的自動(dòng)化控制，提高工作效率。

1 工業(yè)洗衣機(jī)的工作過(guò)程及控制要求

1.1 工作流程

為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的自動(dòng)化，工業(yè)洗衣機(jī)要打破傳統(tǒng)的雙缸手動(dòng)洗衣機(jī)的工作狀態(tài)[3]。按照?qǐng)D1所示的工作過(guò)程進(jìn)行，工作流程為：按下起動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)首先執(zhí)行進(jìn)水工作，待水位上升并到達(dá)高水位傳感器處時(shí)，進(jìn)水工作停止，電機(jī)開(kāi)始正傳洗滌，洗滌時(shí)間持續(xù)15 s，15 s后暫停3 s，單機(jī)起動(dòng)反轉(zhuǎn)洗滌，持續(xù)15 s，洗滌完成后暫停3 s，此工作過(guò)程為一個(gè)小的循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行3次，如果循環(huán)未達(dá)到3次，那么，洗衣機(jī)要進(jìn)行返回到正轉(zhuǎn)開(kāi)始洗滌，執(zhí)行下一個(gè)小的循環(huán)；如果小循環(huán)達(dá)到3次，整個(gè)小循環(huán)結(jié)束，并且開(kāi)始排水。水位開(kāi)始下降，當(dāng)水位下降到低水位傳感器位置處，執(zhí)行脫水工作，并且洗衣機(jī)繼續(xù)排水，脫水時(shí)間為10 s，即完成一個(gè)大循環(huán)。如果大循環(huán)達(dá)不到3次，則將返回進(jìn)水進(jìn)入下一次大循環(huán)；如果3次大循環(huán)完成，則洗衣機(jī)將開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警時(shí)間為10 s，報(bào)警后整個(gè)工作結(jié)束，洗衣機(jī)將自動(dòng)關(guān)機(jī)。其工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理圖

1.2 控制要求

工業(yè)洗衣機(jī)的動(dòng)力源為大功率電機(jī)，為了減少洗衣機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電機(jī)帶來(lái)的沖擊及洗衣機(jī)不同工作環(huán)境下的轉(zhuǎn)速[4]，工業(yè)洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)斜坡起動(dòng)和停止，洗衣機(jī)的正傳15 s暫停3 s，洗滌反轉(zhuǎn)15 s暫停3 s的過(guò)程使用FR-A540變頻器的程序運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)。用變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，洗滌和脫水時(shí)的變頻器輸出頻率為50 Hz，其減速時(shí)間為2 s[5]。整個(gè)控制過(guò)程用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。高水位和低水位均采用也為傳感器來(lái)感知水位，洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水均采用電磁閥來(lái)控制。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 變頻器設(shè)置

根據(jù)控制要求，變頻器的具體參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

2.2 軟元件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)思路和變頻器的設(shè)定參數(shù)，本設(shè)計(jì)選用的是三菱PLC，型號(hào)為FX2N-48MR，共有4各輸入口和7個(gè)輸出口，其具體分配如表2所示。

表1 變頻器參數(shù)

表2 工業(yè)洗衣機(jī)PLCI/O分配表

2.3 PLC程序

根據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)控制要求及控制流程特點(diǎn)，選擇的程序設(shè)計(jì)方法為順序功能[6]。此設(shè)計(jì)方法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法相比具有編程簡(jiǎn)單、程序修改方便、便于調(diào)試等特點(diǎn)[7]，所以選用順序功能圖來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)洗衣機(jī)的系統(tǒng)的程序。如圖2所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)的控制要求及I/O分配特點(diǎn)，為了能夠在滿足要求的同時(shí)降低成本，該系統(tǒng)選擇FX2N-48MR型號(hào)的PLC，利用PLC和變頻器的共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的控制，其控制核心外圍電路連接如圖3所示。

4 過(guò)程調(diào)試

在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，首先是按照表1設(shè)定變頻器的參數(shù)，按照?qǐng)D2進(jìn)行程序編寫和輸入，把程序下載到通電狀態(tài)下的PLC中，根據(jù)圖3所示的外圍接線圖把PLC外圍線路進(jìn)行連接，連接好后進(jìn)行PLC模擬調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中觀察PLC的輸入輸出信號(hào)燈是否按照要求工作，若沒(méi)有按照要求輸出，則需要檢查外圍接線是否錯(cuò)誤，程序編寫是否有誤，直到正確輸出為止；變頻器的空載調(diào)試階段是把PLC和變頻器按照?qǐng)D3進(jìn)行連接，此時(shí)不接電機(jī)，待PLC和變頻器空載調(diào)試，觀察變頻器的操作面板和輸出是否符合設(shè)定要求進(jìn)行，若沒(méi)有按照要求，則需要檢查變頻器的參數(shù)設(shè)定是否有誤，接線是否錯(cuò)誤及編程是否正確。直到變頻器的輸出正確為止；在進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，整個(gè)設(shè)備如圖3所示連接，按下啟動(dòng)按鈕，觀察電動(dòng)機(jī)是否按照要求運(yùn)轉(zhuǎn)，若不能按照要求，檢查整個(gè)系統(tǒng)的接線、變頻器參數(shù)設(shè)置、程序等。直到滿足要求為止。

圖2 SFC圖

圖3 工業(yè)洗衣機(jī)控制核心外圍電路連接

5 小結(jié)

本文在分析工業(yè)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)要求及原理的基礎(chǔ)上，考慮工業(yè)洗衣機(jī)的工作環(huán)境及工作特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件及程序設(shè)計(jì)，運(yùn)用變頻器程序運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和外部端子的連接實(shí)現(xiàn)了工業(yè)洗衣機(jī)的多段調(diào)速[8]。實(shí)現(xiàn)斜坡增速和斜坡減速的效果，消除了傳統(tǒng)電機(jī)制動(dòng)對(duì)洗衣機(jī)帶來(lái)的損害；利用順序功能圖進(jìn)行編程，具有高效、便捷的編程效果；利用液位傳感器來(lái)判別高低水位，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試，達(dá)到了很好的效果，實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)的自動(dòng)化控制，提高工作效率。