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2009年全国技工教育和职业培训
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应用PLC及变频器对工业洗衣机控制系统改造

应用PLC及变频器对工业洗衣机控制系统改造
【摘要】工业洗衣机洗涤与脱水时的转速相差很大,通常使用变极电动机或数台一般电动机用离合器切换运转,而且减速时需加制动装置。采用PLC和变频器改造可实现一台电动机从低速到高速大范围调速而且装置可做很小,控制性和操作性都得到很大提高,并解决设备控制线路繁锁、故障点多、操作复杂等一系列问题
【关键词】变频器 PLC 工业洗衣机
工业用洗衣机是指额定洗涤容量大于6kg,应用于专业洗涤部门及服务行业使用的工业用洗衣机,目前工业用洗衣机的主要结构是滚筒式。近年来在家用全自动洗衣机大力推广的影响下,大型工业用洗衣机也从原来的继电器控制方式逐步进入全自动控制时代。大型工业用洗衣机在全国各医院、酒店宾馆及大型企业应用广泛。 从用户使用要求方面看,工业用洗衣机使用要求环境和条件均不同于家用洗衣机,家用工业用洗衣机以洗衣为主,工业用洗衣机以床上用品、桌布等为主,工艺上的区别就更大了。工业洗衣机洗涤与脱水时的转速相差很大,通常使用变极电动机或数台一般电动机用离合器切换运转,由于负载惯性很大,为了获得很大启动转矩特性要采用较大的电阻的电动机,减速时需制动装置。由于工业洗衣机电机为直接启动或Y/Δ启动,启动电流等于(3-7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的损坏,而且会对电网容量要求过高,启动时产生
大的电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。
鉴于以上问题本人尝试用三菱FR-A540变频器和三菱FX2N-48MR的PLC对工业洗衣机进行改造。PLC可编程控制器与人机界面的实时数据交换功能,从根本上解决设备控制线路繁锁、故障点多、操作复杂等一系列问题,有效的提高设备生产效率与设备性能。用变频器控制电动机即可实现一台电动机从低速到高速大范围调速而且装置可做很小,控制性和操作性都得到很大提高,平衡了过程中洗衣桶的转速,缩短了工作周期时间。
一、方案的实现
一)、采用的硬件及其工作原理
1)变频器的结构及工作原理
变频器是计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。计算机是变频器的核心,电力电子器件构成了变频器的主电路。
交流电动机的同步转速为:
N1 =
式中 N1 ——同步转速,r/min;
——定子频率,Hz
——电动机的磁极对数。
及异步电动机转速
N = N1(1 — S)= (1 — S)
式中S-----导步电动机转差率,S =(N1 –N)/N1 ,一般小于3%。
均与送入电动机的电流频率f成正比例或近于正比例,也就是说,改变频率可以方便的改变电动机的运行速度,也就是说变频对于交流电动机的调速来说是十分合适的。
2)PLC及其工作原理
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
二、用PLC和变频器控制的工业洗衣机系统的工作原理
1)控制内容:
PLC送电,系统进入初始状态准备起动。起动时开始进水,水位到达高水位时停止进水,并开始洗涤,洗涤正转15S,暂停3S,然后反转15S,暂停3S为一次小循环,若小循环不足3次,则返回洗涤正转,若小循环达到3次,则开始排水,水位下降到达低水位时开始脱水并继续排水,脱水10S即完成一次大循环,大循环不足3次,则返回进水进行下次大循环。若完成3次大循环
则结束全部过程自动停机。
2)洗涤时变频器输出频率为35HZ,脱水时变频器输出频率分高、中、低100HZ、80HZ、50HZ,根据衣物量的多少来设定,其加减速时间根据实际情况设定。
3)根据控制要求PLC编写洗衣机自动控制的应用程序,配合变频器进行正反转及转速的切换。
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工业洗衣机PLC状态转移图
4)工业洗衣机电气自动控制电路的连接
工业洗