【文章內容簡介】 們選用西門子公司S7200系列PLC中的CPU224。它是一種整體式結構的小型PLC，有14個數字輸入接口，10個輸出接口，CPU226雖然在數字量輸入輸出（24入/16出）上，不用擴展就能滿足需求，但它比CPU224要貴得多，所以考慮到成本方面PLC選用CPU224型，同時擴展一個數字輸入輸出接口模塊EM223(4入/4出)；對于變送器送過來的標準傳感器4~20mA模擬信號，我們選用EM231模擬量擴展模塊（4路模擬量輸入口）。這樣對于數字輸入輸出空余3入/3出，模擬量輸入空余2路，以作備用。PLC的輸入接口有開關量接口及模擬量接口兩類，而常用開關量接口又有直流輸入單元與交流輸入單元之分，由于此次設計的都是24V的直流開關信號，所以采用直流輸入單元。而開關量輸出單元，既有直流輸出又有交流輸出，同時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，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。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備。下面介紹變頻器的控制方式?！〗涣麟妱訖C轉速控制從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是50Hz。而交流電動機的同步轉速： （21）式中：N1為同步轉速，r/min；f1為定子電流頻率，Hz；P為電動機的磁極對數。異步電動機轉速： （22）式中：S為異步電動機轉差率，一般小于3％。以上兩式說明，無論是同步電動機還是異步電動機，轉速都與送入電動機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機的運行速度?！‘惒诫妱訖C對供電裝置的要求三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為： （23）式中：E1為氣隙磁通在定子每相繞組中感應電動勢的有效值，V；f1為定子頻率，Hz；N1為定子每相繞組串聯匝數；kr1為與繞組結構有關的常數；ΦM為每極氣隙磁通量，Wb。由式23可知，如果每相電動勢的有效值E1不變，改變定子頻率時就會出現以下兩種情況：（1）如果f1大于電動機的額定頻率f1N，氣隙磁通就會小于定額氣隙磁通量ΦMN，結果是盡管電動機的鐵芯沒有得到充分利用，但在機械特性允許的條件下長期使用，電動機不會損壞。（2）如果f1小于電動機的額定頻率f1N，那么氣隙磁通就會大于額定氣隙磁通量ΦMN，會導致電動機的鐵芯產生過飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電動機。因而在保障電動機不因電流加大而過載且充分利用電動機磁路的前提下，變頻調速時，電源的電壓與頻率最好同時變化，有以下兩種情況：（1）基頻以下調速 要保持ΦM不變，當頻率f1從額定值f1N向下調節(jié)時必須同時降低E1，使常數，這就是采用電動勢與頻率之比恒定的方式。（2）基頻以上調速 在基頻以上調速時，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，當于直流電動機弱磁升速的情況。綜上可知，異步電動機可以有基頻以上調速及基頻以下兩種調速方式?；l以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調速?；l以下則需電壓與頻率同步變化，磁通不變，為恒轉矩負載特性。由此可知，變頻調速的供電裝置必須具有以上功能才能滿足電動機的要求，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現變壓變頻，輸出平滑規(guī)則的正弦波形，實現良好的驅動性能，是變頻器的根本任務，變頻器控制中出現了多種控制方式，現在此做一簡單介紹：（1）控制 即電壓與頻率成比例變化控制。其特點是控制電路結構簡單，成本較低、機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求。（2）轉差頻率控制 從電動機轉速角度看，這是一種以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉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機的定子電流采用矢量分解的方法，計算出定子電流的磁場分量及轉矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電動機轉速及力矩控制的精度及性能。（4）直接轉矩控制（DTC） 轉矩控制把轉矩作為直接被控量，而不是通過控制電流及磁鏈間接控制轉矩。 變頻器的選擇由于洗衣機在洗滌時桶內有大量水，對電動機在低速時輸出轉矩要求較高。對于這一點可選用與西門子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矩輸出及良好的動態(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調節(jié)輸出頻率的操作方式，這種方式在此不適合自動調節(jié)。（2）外輸入端子數字量頻率選擇操作方式變頻器通常設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定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。由于這種方式所能實現的頻率個數有限，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設有模擬量輸入端子，當接在這些端子上的電流或電壓量在一定的范圍內平滑變化時，變頻器的輸出頻率在一定的范圍內平常變化。這類方式可由PLC擴展一個模擬量輸出模塊，輸了模擬量來控制變頻器，這種方法缺點是要擴展一個模塊，從而增加了成本。（4）通信數字量操作方式為了方便與網絡接口，變頻器一般都設有網絡接口，都可以通過通信方式接收頻率控制指令，西門子公司設計了與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€上可以連接一個主站和最多31個從站。主站根據通訊報文中的地址字符來選擇要傳輸數據的從站。在主站沒有要求它進行通訊時，從站本身不能首先發(fā)送數據，各個從站之間也不能直接進行信息的傳輸。這種方法可以通過指令設置想要的頻率輸出，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，選用通信數字量操作方式最好。S7200系列PLC安裝的是標準的9針“D型”插頭/座，為了解方便設備的連接，西門子公司提供了專用的網絡連接器，用于連接RS—485接口設備。而變頻器MM440有相應的RS—485通信端口，所以只需用相應電纜將CPU224與MM440的端子1與3與28與30相連就能實現硬件上的通信。變頻器MM440要實現USS通信還得對其相關參數設置事先置，請使用變頻器自帶小鍵盤設定表3－1中相關的參數。表3－1　變頻器參數設定參數號設定值功能說明P00033專家模式，使能讀/寫所有參數P000420通迅P01000輸入交流電率（50Hz）P03001電動機類型（異步電動機）P0304380電動機額定電壓設定P0305電動機額定電流設定P0307電動機額定功率設定P0308電動機額定功率因素設定P030987%電動機效率設定P031050電動機額定頻率設定P03111440電動機額定轉速設定P07005USS對變頻器進行控制P10005USS通迅發(fā)送頻率設定值P13000線性v/f控制方式P20106變頻器USS波特率設為9600P20110變頻器從站USS節(jié)點地址（0~30） 第四章 設計正文 硬件設計 為了實現各種控制功能，在此對PLC、變頻器等器件進行選型和電路連接，在硬件上實現控制功能要求。 元件選型根據控制要求確定，相應的輸入與輸出，主要選擇PLC、變頻器和電動機的型號。 輸入元件由控制要求我們可以選擇4個按鈕(SB)作為程序選擇和暫停，選用三個位置開關（SQ）作為高、中、低水位的輸入，選用二個3輸入的選擇開關(SA)用于選擇所洗衣物的類型、洗滌強度。（1） 按扭（SB）　按鈕是一種結構簡單的手動主令電器，當按鈕被按下時，先斷開常閉觸點，然后才接通常開觸點。按鈕釋放后，在復位彈簧作用下使觸點復位。在沒有按動按鈕時，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點接線柱的線路是接通的；當按下按鈕時，兩種觸點狀態(tài)改變，同時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不通，按下導通后一旦放手又還原為不導通，這種優(yōu)點正適合用來做選擇全自動、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（SQ）　滾筒式洗衣機一般使用水位控制器來檢測水位。水位控制器由動靜觸點、橡膠氣模片和氣室等組成，它安裝在洗衣機的上部，通過一根密封的導管與洗衣機的外桶（盛水桶）底部的貯氣室相連，形成氣路。當水注入外桶時，貯氣室被封閉，隨著水位的升高，密閉室內的空氣氣壓隨水壓成正比例增大，密閉室內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)生形變而推動電觸點狀態(tài)發(fā)生轉換，使常閉觸點斷開，常開觸點接通，從而使洗衣機檢測到相應的水位。由于有三種水位（高、中、低），所以要采用三個水位控制器。我們選用3個位置開關表示水位控制器的動靜觸點。（3）選擇開關（SA）　開關是一種有別于按鈕的主令電器，開關有很多種，最簡單開關只表示兩種狀態(tài)——開與關，按下后常開觸點閉合，電路接通，放手后，開關不會像按鈕那樣自動復位，仍保持開的狀態(tài)。對于帶沖洗與帶漂洗這兩種功能的輸入控制可以選用開關來做主令器件。對于電路中，希望選擇性的導通其中一路，那么可以使用選擇開關。對于洗滌強度、衣物分類這兩種功能的實現，可以選擇兩個三選一的選擇