摘要PLC在工业洗衣机中的运用,是对旧式普通型、半自动型洗衣机的是综合改造。
它不同与家用全自动洗衣机,这是一款应用在工厂需大批量洗涤场合,解决生产生活中洗涤任务繁重的需要而设计的。
在思考工业全自动洗衣机的电气控制方式中,选择PLC作为微电脑程序控制,同时由其控制变频器带动电动机的运行方向。
可编程控制器(PLC)技术,在当今社会发展异常迅速,各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件,使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置,既提高了操作的准确性、安全性、稳定性,同样也带来了极大的经济性,成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
应用PLC技术,解决工业全自动洗衣机的编程,稳定性相当好,同时实现了洗衣机的多功能性。
本篇论文主要介绍了在工厂这种特殊场合有PLC应用在工业洗衣机控制系统中,解决生产生活中洗涤任务繁重的需要而制造的。
关键词:PLC、变频器、洗衣机目录第一章洗衣机概述 (3)1.1洗衣机的应用与发展 (3)1.2工业洗衣机设计及工作原理 (3)第二章工业洗衣机硬件系统设计 (5)2.1主电机调速电路的设计 (5)2.2变频器与电机应用 (7)2.3 P LC系统及外围电路的设计 (10)第三章工业洗衣机软件系统设计 (17)3.1 洗衣机控制要求及整机流程 (17)3.2整机软件程序图 (18)总结 (22)致谢 (23)参考文献 (24)第一章洗衣机概述1.1 洗衣机的应用与发展早在上个世纪初人类就已经发明制造出洗衣机了,可以说洗衣机这种产品的发明创造是工业发展的结晶,给人们的现实生活带来了极大的便利。
当时的洗衣机只有一个盛水桶,在应用中只能进行简单的操作而无法实现更多的功能比如说脱水。
再后来,随着机械、电气技术的进步又相继出现了双桶洗衣机既所谓的半自动型洗衣机,它具有洗涤和脱水两个同心桶结合于一体,可分别进行洗涤和脱水的双用功能。
时间的推移,科学技术在飞速发展。
二十一世纪的今天,对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化,具有全自动多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用。
不仅在洗涤质量上有更强的突破,在洗衣机的制造业还提出了6大要素:最合适的控制力度,最适宜的洗涤温度,最和谐的急缓节奏,最恰当的运行转速,最科学的洗涤时间,最佳的脱水转速;并且在稳定性、安全性、性价比方面与以往普通型洗衣机相比都实现了本质的超越。
随着工业技术日益成熟,我们利用现有技术开发创新出一种具有商业用途的多功能型工业大容量洗衣机,实现工业衣物的大批洗涤。
1.2工业洗衣机设计及工作原理在设计这一款多功能型全自动洗衣机之前,考虑了好多问题,比如说洗衣机在可靠性、安全性、开发推广价值等方面的具体实际问题。
整合了方方面面,认为为工厂大型洗衣房设计的这款商业机型,进行控制,能够实现被控对象的工艺要求,能够提高实际生产效率和完成卫生高效的洗涤质量。
设计的全自动洗衣机中,通过比较搅拌式、滚筒式还有波轮式洗衣机,在大型洗衣量方面我选择了波轮式洗衣机。
因为,滚筒洗衣机虽然具有洗涤均匀性好,衣物磨损小,自动化程度高等诸多优点,可是洗净率方面却很不够理想;搅拌式洗衣机洗净度较高,但洗涤时衣服全部浸泡在洗涤液中,洗衣量比波轮式洗衣机多。
所以,我选择了波轮式洗衣机在大型场合的应用。
在采用控制技术上选择PLC作为控制器,来设计工业洗衣机控制系统,在这里主要为了其产品实现功能齐全、外围电路简单、维护容易方便,容易继续写入编程语言实现更新升级等。
最大限度地满足被控对象的控制要求,在应用中保证PLC控制系统安全可靠,适应企业发展的需要,为需要强洗涤工作量的企业提供了极大便利。
为此设计的洗衣机框架结构示意图如下图1.2所示图1.2工业动洗衣机结构图该洗衣机的进水、排水系统分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时,通过PLC控制系统使进水阀打开,经进水管将水注入到外桶。
洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安放的。
外桶固定,作盛水用。
内桶可以旋转,作脱水用。
内桶的四周有很多小孔,使内外桶的水流相通。
洗涤之前,按照所选水位的高、中、低事前选择好,选择洗涤功能是普通洗还是强效洗,之后进入模式状态,开始进水并且内置加热器开始加热,达到量程要求有阀内浮球控制闭合水位量程开关,进而来控制PLC的输出让进水阀失电。
排水时,通过电控系统使排水阀打开,将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现,此时脱水桶并不旋转。
脱水时,通过电控系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶高速正转进行甩干。
启动按钮用来启动洗衣机进入工作状态。
停止按钮用来实现手动停止电机运转,进而完成排水脱水的洗涤任务。
这款工业洗衣机的设计中综合考虑了水温有利于对洗涤衣物的洗净度效果,所以在外桶底下安置了加热器,最利于洗涤剂去除油污。
我考虑了它的最有应用价值的方面:帮助企业提高自身的企业文化形象:洗涤工厂里工人们的大量油污工作服。
避免员工自己在家洗的种种不变,给员工创造了舒适的业余生活,带来了工作中的愉悦心情,潜移默化中提升了企业的文化内涵。
洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下,将污垢拉入水中来实现洗净的目的。
首先充满于波轮叶片间的洗涤液,在离心力的作用下被高速甩向桶壁,并沿桶壁上升。
在波轮中心处,因甩出液体而形成低压区,又使得洗涤液流回波轮附近。
这样,在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。
衣物在涡流的作用下,作螺旋式回转,吸入中心后又被甩向桶壁,与桶壁发生摩擦。
又由于波轮中心是低压区,衣物易被吸在波轮附近,不断地与波轮发生摩擦,如同人工揉搓衣物,污垢被迫脱离衣物。
由于是大批量洗涤衣物,在选择主电机方面选择了三相交流异步电动机功率在4.0KW适宜大型洗衣机的洗涤,电磁阀选用直流24V作为控制进水和排水的任务及要求,电热器控制电路采用单相线路,在洗涤功能指示灯方面选择LED灯。
第二章工业洗衣机硬件系统设计2.1 主电机调速电路的设计在以往老式的洗衣机调速中多采用交流调速(交流调速与直流调速相比,具有容量大、转速高、耐高压、节能、经济、可靠等优越性)中的串接电阻调速。
在设计中我考虑串入附加电阻而增加的转差率,是以发热的形式消耗在附加电阻上的,从而导致系统的效率减低,而且调速范围小,静差率大,平滑性差,只能用于小功率电动机。
由于它属于消耗转子功率来实现调速,所以改用其他调速。
现代电力传动技术重要发展方向在调速中直接利用交流电在变频器的变频下实现平稳的调速,可以说它将逐渐取代了过去老式的串阻调速,变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于多领域。
通过了解,在工业洗衣机的调速方面,我们选择使用变频器作为理想的调速方式。
它是把工频电源(我国50Hz)变换成需要频率的交流电源,实现电机的无极变速运行,洗衣机的控制电路完成对交流电机主电路的控制。
变频器中,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电逆成交流电。
它是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到目的。
变频器的分类方法有多种,如下表2.1分类方式变频器变频器主电路工作方式电压型电流型开关方式PAW\PWM控制高载频PWM工作原理V/F控制转差频率控制实际用途高频单相和三相VVVF:改变电压、改变频率 CVCF:恒电压、恒频率。
各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)。
用于电机控制的变频器,在工业洗衣机中选择改变频率作为控制电机运转的加强和缓慢。
在了解了变频器的一系列种类及性能用途后,考虑了这款洗衣机的实际使用价值和在学校用过的三菱变频器,在实现被控对象的工艺要求的条件下选择了稳定、可靠、较为经济的三菱E540变频器,铭牌及型号代码,如图2.1-2所示图2.1-2三菱变频器上图变频器只是示意,在应用中选择与电机匹配的FR-E540-5.5K-CHT 变频器。
通常在使用之前,我们一定要注意其铭牌,以免不正确使用导致变频器异常运行,降低使用寿命,甚至会损坏变频器。
另外,变频器不能单独运行,选择正确的外部设备,正确的连接以确保科学由于在电源投入时,变频器会流入很大的冲击电流,在设计中必须选择好断路器。
电磁接触器不能启动和停止变频器,这样会降低变频器的使用寿命。
在使用中,为了改善功率因数或应用大容量电源(500KVA 以上接线距离小于10M)时必须使用电抗器。
下图2.1-3为变频器的正确使用示意结构图图2.1-32.2变频器与电机应用在应用变频器作为洗衣电动机的正反向调速时,端子的接法很重要,如果把接线端子接错将影响变频器正常应用。
下图 2.2-1为FR-E540的接线端子平面图。
图2.2-1RH: 高速 ARM:中速 B: 异常输出RL: 低速 CMRS: 输出停止 10\2\5:频率设定器RES: 复位 4:DC4~20Ma(+)SD: 公共输出端 SD:公共输入端PC:直流24V输出和外部晶体管端子 STF:正转启动SE: 集电极开路输出公共端 STR:反转启动RUN: 运行 SD:公共输入端FU :频率检测除了在接线方面要保证接线端子的正确性,另外在变频器的控制面板方面一定要把操作运转的要求设置好。
如下图2.2-2图2.2-2,变频器的面板模式示意图洗衣机的动力源选择适用于变频器的三相交流异步电动机,它具有比较理想的调速方法,其调速性能最好、效率最高。
我们知道,交流电动机的同步转速表达式为:n=60 f(1-s)/p =(1-S)n1 n——异步电动机的转速; p——电动机极对数。
n1——同步转速f——异步电动机的供电频率;s——电动机转差率;由式可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f,就可以改变异步电动机的同步转速n1,从而改变其转子转速n,即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。
变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
在应用变频器进行工作时,一定要进行模式的设置。
在PU操作模式中要把出厂时的Pr.79的值选择为1。
下图2.2-3为变频器频率及转向的设置流程图;图2.2-3参数的设定方法,除了部分参数之外,参数的设定仅用在Pr.79选择模式时可以实施。
一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用增减键来完成。
按下SET键1.5S写入设定值并更新。
另外,作为与运行模式无关的设定方法,可将Pr.77设为2.表2.2-4 是对上面面板各部的名称进行介绍说明表2.2-4下表2.2-5为设计所需的参数值测定参数号设定值功能Pr.79 3 组合操作模式一Pr.1 50 上限频率Pr.2 0 下限频率Pr.3 50 基底频率Pr.20 50 加减速基准频率Pr.7 5 加速时间Pr.8 5 减速时间Pr.4 50 高速强效洗涤Pr.5 35 中速普通洗涤表2.2-5变频器参数值设定2.3 PLC系统及外围电路的设计在洗衣机的系统控制器方面,由于以前老式工业洗衣机采用的是继电顺序控制,这种方式不利于系统的稳定而且维修率较高,耗时费工,由此在考虑现代工业迅速发展的基础上洗涤衣物的工作量之大,选择稳定可靠价格合理的PLC作为洗衣机的控制器。