【正文】 世界上第一臺電動洗衣機(jī)。布萊克斯的洗衣機(jī)構(gòu)造極為簡單，是在木筒里裝上 6 塊葉片，用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到“ 凈衣 ” 的目的。近年來在家用全自動洗衣機(jī)大力推廣的影響下，大型 工業(yè)用洗衣機(jī) 也從原來的繼電器控制方式逐步進(jìn)入全自動控制時(shí)代。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(shí)間。 但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機(jī)的自動化程度的要求 了，必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展。該論文就怎樣利用 PLC 和變頻器來控制工業(yè)洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào)查，對其中軟件設(shè) 計(jì)、硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了分析和研究，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能?？v觀洗衣機(jī)市場，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機(jī)一直在市場上占主導(dǎo)地位。 大學(xué)畢業(yè) 論文 PLC 和變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制中的 應(yīng)用設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號： 院 （系）： 年 級 專 業(yè)： 指 導(dǎo) 教 師： 助理指導(dǎo)教師： 二〇一一年六月 I 摘 要 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，工業(yè)全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。 根據(jù)工業(yè)全自動洗衣機(jī)的工作原理，利用可編程控制器和變頻器實(shí)現(xiàn)控制 。 關(guān)鍵詞 工業(yè)洗衣機(jī)，可編程控制器，變頻器控制 II ABSTRACT As social and economic development and raising the level of science and technology, industrial fully automated an inevitable trend of development. Industrial production of fully automated washing machine very convenient for the production. After several years of industrial washing machines made the smooth development or function in terms of both quality and worldleading level of synchronization. Throughout the washing machine market, energy efficient, save water and energy saving, environmentfriendly washing machine has been dominant in the market. According to the working principle of automatic washing machine industry, the use of programmable controller and inverter to achieve control. PLC39。 工業(yè)洗衣機(jī)洗滌與脫水時(shí)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(shí)需制動裝置 。 本課題所做的工作 本課題以企業(yè)對工業(yè)洗衣機(jī)的實(shí)際需求為例，綜合應(yīng)用了相關(guān)的專業(yè)知識研究了 PLC 和變頻器對工業(yè)洗 衣 機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本文所做的工作主要有： ① 綜合分析了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求； ② 分析 了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的變頻調(diào)速原理及 PLC 的控制； ③ 介紹了 PLC 和變頻器等主要設(shè)備； ④ 重點(diǎn)設(shè)計(jì)了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)并論述了PLC 控制電路的設(shè)計(jì)思路并給出了設(shè)計(jì)圖及 PLC 和變頻器的外部端子連接； ⑤ 重點(diǎn)設(shè)計(jì)了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)各部分的軟件，其中利用RSLogix5000 設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)人機(jī)界面程序，并給出了系統(tǒng)關(guān)鍵梯形圖程序 。大型 工業(yè)用洗衣機(jī) 在全國各醫(yī)院、酒店賓館及大型企業(yè)應(yīng)用廣泛。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機(jī)的改進(jìn)過程開始大大加快。電動洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。攪拌式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，受到人們的普遍歡迎。 由電機(jī)通過皮帶變速帶動內(nèi)膽轉(zhuǎn)動， 衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運(yùn)動，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。外筒的軸承座上設(shè)計(jì)有密封裝置，其密封可用壓緊圈調(diào)節(jié)。 工業(yè)洗衣機(jī)工藝流程及動力要求 整個(gè)洗滌過程分為進(jìn)水、洗滌、排水、脫水四個(gè)部分。脫水 20s 即完成一次大循環(huán)。 對于工業(yè)洗衣機(jī)滾筒來說：洗滌和漂洗過程是頻繁的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程 ，均布排水過程是排除滾筒內(nèi)洗滌用水并將衣物均勻分布在滾筒周圍的平衡過程 ， 脫水是高速運(yùn)轉(zhuǎn)甩出衣物內(nèi)含水的過程 ， 干燥則是長時(shí)間的低速運(yùn)轉(zhuǎn)過程。變頻器一般 由 整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護(hù)電路以及控制器等部分組成。 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速為： 2 1 1(1 ) 60 (1 ) /n n s f s p? ? ? ? 式（ ） 上式中： n2— 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， r／ min； n1— 同步轉(zhuǎn)速； p— 極對數(shù)； f1— 電源頻率， Hz； s — 轉(zhuǎn)差率。 5 AC50Hz ~恒壓恒頻 （CVCF）中間直流環(huán)節(jié)變壓變頻 （VVVF）整流逆變AC 由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，所以又稱為間接式的變壓變 頻器。 2） 輸出電壓波形是一系列的 PWM 波但由于采用了恰當(dāng)?shù)?PWM 控制 r技 術(shù)，正弦基波的比重較大，影響電動機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。受到開關(guān)器件額定電壓和電流的限制，對于特大容量電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速 仍只好采用半控型的晶閘管（ SCR）并用可控整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交 直 交變壓變頻器如圖 所示 。 逆變器逆變器L d+ + C d I d(a) (b)U d U d 1） 電壓源型逆變器（ Voltage Source Inverter， VSI），直流環(huán)節(jié)采用大電流濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下時(shí)一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓時(shí) 為 矩形波或階梯波 [14]。 電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是國家發(fā)展和改革委員會啟動的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一，國家發(fā)展規(guī)劃要求當(dāng)前應(yīng)推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)。在工業(yè)中，許多變動負(fù)荷電動機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動機(jī)容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。根據(jù)生產(chǎn)的需要，在變頻器性能規(guī)格、容量等方面進(jìn)行選擇。 ② 多功能通用變頻器 多功能變頻器主要適應(yīng)工業(yè)自動化類的高速、 高效需求。 ① 型號 一般廠家自定的系列名稱，包括電壓等級和可適配電機(jī)的容量。 ④ 電源 變頻器對電源的要求主要有電壓 /頻率、允許電壓變化率和允許頻率變化率等三個(gè)方面。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。 設(shè)安全系數(shù)取 ，則變頻器的容量 bP 為 )(c o s/ kwyhPP mmb ?? 式 （ ） 式 （ ） 中 ， mP 為電機(jī)負(fù)載 , mh 為電機(jī)功率。最后經(jīng)過再三的篩選，確 定選用三菱 FRA540 變頻器 [8] [9]。 異常端子模擬信號輸出（D C 0 1 0 v ）公共端輔助輸入電流輸入頻度設(shè)定電位器1/2W（漏型 輸入公共端）瞬時(shí)掉電再起動選擇復(fù)位電流輸入選擇直流2 4 V 輸出和外部晶體管公共端子正轉(zhuǎn)起動反轉(zhuǎn)起動起動自保持選擇高速中速低速點(diǎn)動模式第二加/ 減速度時(shí)間選擇輸出停止運(yùn)行頻率達(dá)到瞬時(shí)停電過負(fù)載頻率檢測（集電極開路輸出公共端）指示儀表切換模擬信號公共端切換刻度校正阻抗接地電動機(jī)PU接口（RS485）三相交流電源短路片當(dāng)用F R B E L 時(shí)請卸掉此短路片短路片當(dāng)用F R A B R 時(shí)請卸掉此短路片注：端子P R 、P X 在0 . 4 ～7 . 5 K W 中裝有短接片控制電路輸入信號（無電源輸入）頻率設(shè)定信號（模擬）(+)()圖 控制端子接線圖 10 端子接線說明 ① 主回路端子說明 如表 。 表 控制回路端子說明 類型 端子記號 端子 名稱 說 明 輸 啟 動點(diǎn) STF 正轉(zhuǎn)啟動 STF信號處于 ON便正轉(zhuǎn)，處于 OFF便停止。用啟動信號（ STF和 STR）可以點(diǎn)動運(yùn)行。 RES 復(fù)位 用于解除保護(hù)回路動作的保持狀態(tài)。 CS 瞬停電再啟動選擇 CS信號預(yù)先處于 ON，瞬時(shí)停電再恢復(fù)時(shí)變頻器便可自動啟動。當(dāng)選擇源型時(shí)，這端子作為接點(diǎn)輸入的公共端。輸入輸出成比例。 12 1 輔助頻率 設(shè)定 輸入 0～ 177。5VDC 或 0～ 177。 5 變頻設(shè)定 公共端 頻率設(shè)定信號 (端子 2,1 或 4)和模擬輸出端子 AM 的公共端子。10%( 出廠設(shè)定 ,可變更 )時(shí)為低電平 ,正在加 /減速或停止時(shí)為高電平 *2。 IPF 瞬時(shí)停電 瞬時(shí)停電 ,電壓不足保護(hù)動作時(shí)為低電平 *2,容許負(fù)荷為 DC24V, FU 頻率檢測 輸出頻率為任意設(shè)定的檢測頻率以上時(shí)為低電平 ,以下時(shí)為高電平 *2, SE 集電極開 路輸出公共端 端子 RUN,SU,OL,IPF,FU 的公共端子 脈 沖 FM 指示儀表用 可以從 16 種監(jiān)示項(xiàng)目中選一種作為輸出 *3 出廠設(shè)定的 : 頻率容許負(fù)荷電流 1 mA 60H時(shí) 1440脈沖 /s 模 擬 AM 模擬信號 輸出 出廠設(shè)定的 : 頻率輸出信號 0 到 DC 10V容許負(fù)荷電流 1 mA 通 信 R S 4 8 5 PU接口 通過操作面板的接口 , 進(jìn)行 RS485通迅 遵守標(biāo)準(zhǔn) :EIA RS485標(biāo)準(zhǔn) 通訊方式 : 多任務(wù)通信 通迅速率 :最大 :19200bps 最長距離 : 500m 13 ③ 主回路接線說明 1） 電源及電機(jī)接線的壓著端子，請使用帶 有絕緣管的端子。在控制臺上打孔時(shí)，請注意不要使碎片粉末等進(jìn)入變頻器中。 7） 在 P 和 PR 端子間建議連 接制定的制動電阻選件 , 端子間原來的短路片必須拆下。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控 制器，簡稱 PC。 PLC 一般采用循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 PLC 的硬件 選擇 隨著 PLC 在工業(yè)控制中的推廣普及， PLC 產(chǎn)品的種類越來越多，其結(jié)構(gòu)型號、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。 CONTROLLOGIX PLC 系統(tǒng)概述 國內(nèi) 外有許多工控產(chǎn)品廠商例如西門子系列、松下 FP 系列、 Omron C200H 系列和本次設(shè)計(jì)選用的羅克韋爾的 ControlLogix 系統(tǒng) PLC，實(shí)現(xiàn) PLC在工業(yè)洗衣機(jī)的控制。用戶可以 16 按照自己的需要，在一塊背板上，安裝不同數(shù)目的數(shù)字量 I/O 模塊、模