【文章內(nèi)容簡介】 們選用西門子公司S7200系列PLC中的CPU224。它是一種整體式結(jié)構(gòu)的小型PLC，有14個(gè)數(shù)字輸入接口，10個(gè)輸出接口，CPU226雖然在數(shù)字量輸入輸出（24入/16出）上，不用擴(kuò)展就能滿足需求，但它比CPU224要貴得多，所以考慮到成本方面PLC選用CPU224型，同時(shí)擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字輸入輸出接口模塊EM223(4入/4出)；對(duì)于變送器送過來的標(biāo)準(zhǔn)傳感器4~20mA模擬信號(hào)，我們選用EM231模擬量擴(kuò)展模塊（4路模擬量輸入口）。這樣對(duì)于數(shù)字輸入輸出空余3入/3出，模擬量輸入空余2路，以作備用。PLC的輸入接口有開關(guān)量接口及模擬量接口兩類，而常用開關(guān)量接口又有直流輸入單元與交流輸入單元之分，由于此次設(shè)計(jì)的都是24V的直流開關(guān)信號(hào)，所以采用直流輸入單元。而開關(guān)量輸出單元，既有直流輸出又有交流輸出，同時(shí)要求輸出量的變化不是很頻繁，所以在此選用繼電器輸出電路。對(duì)于SIEMENS S7200系列PLC，用該公司專用的編程器STEP 7Micro/WIN 。 變頻器概述變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。通用變頻器是將固定頻率輸入的交流電源變換為可變頻率交流電輸出的電力電子設(shè)備。下面介紹變頻器的控制方式。　交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速： （21）式中：N1為同步轉(zhuǎn)速，r/min；f1為定子電流頻率，Hz；P為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： （22）式中：S為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，一般小于3％。以上兩式說明，無論是同步電動(dòng)機(jī)還是異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速都與送入電動(dòng)機(jī)的電流頻率成正比例變化，即改變電源頻率可以方便地改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度?！‘惒诫妱?dòng)機(jī)對(duì)供電裝置的要求三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值為： （23）式中：E1為氣隙磁通在定子每相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值，V；f1為定子頻率，Hz；N1為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；kr1為與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；ΦM為每極氣隙磁通量，Wb。由式23可知，如果每相電動(dòng)勢的有效值E1不變，改變定子頻率時(shí)就會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：（1）如果f1大于電動(dòng)機(jī)的額定頻率f1N，氣隙磁通就會(huì)小于定額氣隙磁通量ΦMN，結(jié)果是盡管電動(dòng)機(jī)的鐵芯沒有得到充分利用，但在機(jī)械特性允許的條件下長期使用，電動(dòng)機(jī)不會(huì)損壞。（2）如果f1小于電動(dòng)機(jī)的額定頻率f1N，那么氣隙磁通就會(huì)大于額定氣隙磁通量ΦMN，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的鐵芯產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電動(dòng)機(jī)。因而在保障電動(dòng)機(jī)不因電流加大而過載且充分利用電動(dòng)機(jī)磁路的前提下，變頻調(diào)速時(shí)，電源的電壓與頻率最好同時(shí)變化，有以下兩種情況：（1）基頻以下調(diào)速 要保持ΦM不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時(shí)必須同時(shí)降低E1，使常數(shù)，這就是采用電動(dòng)勢與頻率之比恒定的方式。（2）基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從f1N往上增高，但電壓V1卻不能超過額定電壓V1N，最多只能保持。由式23可知，這將迫使磁通隨頻率的升高而降低，當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速的情況。綜上可知，異步電動(dòng)機(jī)可以有基頻以上調(diào)速及基頻以下兩種調(diào)速方式?；l以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調(diào)速。基頻以下則需電壓與頻率同步變化，磁通不變，為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由此可知，變頻調(diào)速的供電裝置必須具有以上功能才能滿足電動(dòng)機(jī)的要求，這樣的裝置稱為變壓變頻裝置，變壓變頻也是通用變頻器工作的基本模式?！∽冾l器的控制方式及分類如何實(shí)現(xiàn)變壓變頻，輸出平滑規(guī)則的正弦波形，實(shí)現(xiàn)良好的驅(qū)動(dòng)性能，是變頻器的根本任務(wù)，變頻器控制中出現(xiàn)了多種控制方式，現(xiàn)在此做一簡單介紹：（1）控制 即電壓與頻率成比例變化控制。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制 從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率確定變頻器輸出頻率的控制方式。（3）矢量控制（VC） 矢量控制將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC） 轉(zhuǎn)矩控制把轉(zhuǎn)矩作為直接被控量，而不是通過控制電流及磁鏈間接控制轉(zhuǎn)矩。 變頻器的選擇由于洗衣機(jī)在洗滌時(shí)桶內(nèi)有大量水，對(duì)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩要求較高。對(duì)于這一點(diǎn)可選用與西門子PLC相配套的變頻器MM440，它是一種矢量型通用變頻器，具有良好的低速高轉(zhuǎn)矩輸出及良好的動(dòng)態(tài)性能。MM440變頻器的輸出頻率控制有以下四種方式：（1）基本操作面板（BOP）操作方式這是通過操作面板上的按扭手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率的操作方式，這種方式在此不適合自動(dòng)調(diào)節(jié)。（2）外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式變頻器通常設(shè)有多段固定頻率選擇操作功能。各固定頻率值通過功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。由于這種方式所能實(shí)現(xiàn)的頻率個(gè)數(shù)有限，所以不采用這種方式。（3）外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式MM440設(shè)有模擬量輸入端子，當(dāng)接在這些端子上的電流或電壓量在一定的范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸出頻率在一定的范圍內(nèi)平常變化。這類方式可由PLC擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出模塊，輸了模擬量來控制變頻器，這種方法缺點(diǎn)是要擴(kuò)展一個(gè)模塊，從而增加了成本。（4）通信數(shù)字量操作方式為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接收頻率控制指令，西門子公司設(shè)計(jì)了與PLC專用的通信協(xié)議——通用的串行口協(xié)議（USS），它是按照串行總線的主從通訊原理來確定訪問的方法?？偩€上可以連接一個(gè)主站和最多31個(gè)從站。主站根據(jù)通訊報(bào)文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。在主站沒有要求它進(jìn)行通訊時(shí)，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行信息的傳輸。這種方法可以通過指令設(shè)置想要的頻率輸出，只需用一根通信線把PLC與變頻器連接起來便可。所以比較四種方式，選用通信數(shù)字量操作方式最好。S7200系列PLC安裝的是標(biāo)準(zhǔn)的9針“D型”插頭/座，為了解方便設(shè)備的連接，西門子公司提供了專用的網(wǎng)絡(luò)連接器，用于連接RS—485接口設(shè)備。而變頻器MM440有相應(yīng)的RS—485通信端口，所以只需用相應(yīng)電纜將CPU224與MM440的端子1與3與28與30相連就能實(shí)現(xiàn)硬件上的通信。變頻器MM440要實(shí)現(xiàn)USS通信還得對(duì)其相關(guān)參數(shù)設(shè)置事先置，請(qǐng)使用變頻器自帶小鍵盤設(shè)定表3－1中相關(guān)的參數(shù)。表3－1　變頻器參數(shù)設(shè)定參數(shù)號(hào)設(shè)定值功能說明P00033專家模式，使能讀/寫所有參數(shù)P000420通迅P01000輸入交流電率（50Hz）P03001電動(dòng)機(jī)類型（異步電動(dòng)機(jī)）P0304380電動(dòng)機(jī)額定電壓設(shè)定P0305電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)定P0307電動(dòng)機(jī)額定功率設(shè)定P0308電動(dòng)機(jī)額定功率因素設(shè)定P030987%電動(dòng)機(jī)效率設(shè)定P031050電動(dòng)機(jī)額定頻率設(shè)定P03111440電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定P07005USS對(duì)變頻器進(jìn)行控制P10005USS通迅發(fā)送頻率設(shè)定值P13000線性v/f控制方式P20106變頻器USS波特率設(shè)為9600P20110變頻器從站USS節(jié)點(diǎn)地址（0~30） 第四章 設(shè)計(jì)正文 硬件設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)各種控制功能，在此對(duì)PLC、變頻器等器件進(jìn)行選型和電路連接，在硬件上實(shí)現(xiàn)控制功能要求。 元件選型根據(jù)控制要求確定，相應(yīng)的輸入與輸出，主要選擇PLC、變頻器和電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。 輸入元件由控制要求我們可以選擇4個(gè)按鈕(SB)作為程序選擇和暫停，選用三個(gè)位置開關(guān)（SQ）作為高、中、低水位的輸入，選用二個(gè)3輸入的選擇開關(guān)(SA)用于選擇所洗衣物的類型、洗滌強(qiáng)度。（1） 按扭（SB）　按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單的手動(dòng)主令電器，當(dāng)按鈕被按下時(shí)，先斷開常閉觸點(diǎn)，然后才接通常開觸點(diǎn)。按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸點(diǎn)復(fù)位。在沒有按動(dòng)按鈕時(shí)，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點(diǎn)接線柱的線路是接通的；當(dāng)按下按鈕時(shí)，兩種觸點(diǎn)狀態(tài)改變，同時(shí)也使與之相連的電路狀態(tài)改變?；诎粹o的這種不按常開觸點(diǎn)不通，按下導(dǎo)通后一旦放手又還原為不導(dǎo)通，這種優(yōu)點(diǎn)正適合用來做選擇全自動(dòng)、單排水、單脫水、停止這四種功能的輸入主令電器。（2）位置開關(guān)（SQ）　滾筒式洗衣機(jī)一般使用水位控制器來檢測水位。水位控制器由動(dòng)靜觸點(diǎn)、橡膠氣模片和氣室等組成，它安裝在洗衣機(jī)的上部，通過一根密封的導(dǎo)管與洗衣機(jī)的外桶（盛水桶）底部的貯氣室相連，形成氣路。當(dāng)水注入外桶時(shí)，貯氣室被封閉，隨著水位的升高，密閉室內(nèi)的空氣氣壓隨水壓成正比例增大，密閉室內(nèi)的空氣壓力也隨之增大，到一定水位后，空氣壓力使橡膠氣模片發(fā)生形變而推動(dòng)電觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)接通，從而使洗衣機(jī)檢測到相應(yīng)的水位。由于有三種水位（高、中、低），所以要采用三個(gè)水位控制器。我們選用3個(gè)位置開關(guān)表示水位控制器的動(dòng)靜觸點(diǎn)。（3）選擇開關(guān)（SA）　開關(guān)是一種有別于按鈕的主令電器，開關(guān)有很多種，最簡單開關(guān)只表示兩種狀態(tài)——開與關(guān)，按下后常開觸點(diǎn)閉合，電路接通，放手后，開關(guān)不會(huì)像按鈕那樣自動(dòng)復(fù)位，仍保持開的狀態(tài)。對(duì)于帶沖洗與帶漂洗這兩種功能的輸入控制可以選用開關(guān)來做主令器件。對(duì)于電路中，希望選擇性的導(dǎo)通其中一路，那么可以使用選擇開關(guān)。對(duì)于洗滌強(qiáng)度、衣物分類這兩種功能的實(shí)現(xiàn)，可以選擇兩個(gè)三選一的選擇