變頻器在工業(yè)洗衣機中的應用

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1、煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 目錄 目錄 1 摘要 2 前言 2 第一章、工業(yè)洗衣機 3 一、工業(yè)洗衣機的工作原理 3 二、工業(yè)洗衣機的工作過程 4 第二章、變頻器 6 一、變頻器簡介 6 二、變頻器的工作原理 7 三、變頻器的控制方式及選型 7 四、變頻器的參數(shù)設(shè)置 8 第三章、PLC簡介 14 一、PLC的定義及特點 14 二、PLC的應用和發(fā)展前景 14 三、PLC的基本組成及工作原理 15 四、PLC的編程語言 17 案例：用PLCf變頻器設(shè)計控制電路，并進行模擬安裝與調(diào)試 19 結(jié)論 25

2、致謝 26 參考文獻 27 ——1—— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 題目：變頻器在工業(yè)洗衣機中的應用 姓名：朱提磊 摘要 工業(yè)洗衣機是指用于賓館、飯店、洗衣店或工廠進行大批量衣物清洗用的洗衣機， 具有 洗滌容量大、效果好、成本低、效率高、污染小等特點。近些年來，工業(yè)洗滌設(shè)備尤其以水 洗設(shè)備為主，變頻器的應用越來越普及， 變頻器也因此為工業(yè)洗滌設(shè)備帶來了全新的技術(shù)革 命，從最早的不可調(diào)速的半自動洗衣機到用兩個雙速電機來實現(xiàn)四個速率的全自動洗衣機， 最后發(fā)展到只需一個電機就可實現(xiàn)多段速率的現(xiàn)代洗衣機。 工業(yè)洗衣機整個洗滌控制的關(guān)鍵 在于低速洗滌時有

3、很平滑的力矩以及脫水時有很高的旋轉(zhuǎn)速度。 由于負載很大，為了獲得大 的起動轉(zhuǎn)矩要采用大電阻電機， 減速時還另需制動裝置。 隨著大功率開關(guān)器件制造技術(shù)及計 算機控制技術(shù)的發(fā)展，采用變頻調(diào)速控制電機已滲透到各種電力傳動系統(tǒng)中。 刖百 本文采用三菱 FX2N系列可編程邏輯控制器（PLC）和通用系列變頻器為例改造一套傳統(tǒng) 的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)。在洗衣機中 PLC的使用提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的 穩(wěn)定性；變頻器的使用顯著提高了工業(yè)洗衣機的性能， 可用一臺電動機從低速到高速大范圍 調(diào)節(jié)，滿足低速洗滌大轉(zhuǎn)矩和高速脫水的要求， 且傳動裝置可做的很小， 控制性能和操作性 能都大幅提高；另

4、外，變頻器的使用可以節(jié)約大量的水和電。 本設(shè)計通過對洗衣機洗衣原理和洗衣過程的分析，判斷出洗衣機洗衣過程所需要的各 種轉(zhuǎn)速。然后分析介紹了通用變頻器的工作原理以及控制方式等， 進而針對變頻器的型號和 容量的選擇進行了簡要說明。接著詳細的介紹了變頻器的各種參數(shù)設(shè)置及 PLC的相關(guān)知識, ? ? 并通過案例重點分析了在洗衣機的洗衣過程中，變頻器多段速功能的多種轉(zhuǎn)速是如何同洗衣 ? ? ? ? 機的控制程序（PLC程序）以及電動機相輔相成，完成洗衣任務(wù)的。 第一章工業(yè)洗衣機 一 工業(yè)洗衣機的工作原理 洗衣機是利用電能產(chǎn)生機械作用來洗滌衣物的清潔電器。在我們的日常生活 中已經(jīng)十分普及

5、了，它省時省力節(jié)水，特別是在天寒水冷的時候，才會真正體驗 到它的妙處。我們按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類。工業(yè)洗衣機就是集 體用類。 洗衣機按洗滌方式來分，可分為波輪式洗衣機和滾桶式洗衣機兩種。下面先 說一下波輪式洗衣機電路的工作原理： 放入衣物后，打開進水龍頭的閥門，選擇 好正確的水位及工作程序，接通電源，閉合倉門，門安全開關(guān)閉合，此時水位開 關(guān)內(nèi)部的公共觸點是和脫水觸點相通， 進水閥通電進水，當桶內(nèi)水位到達指定高 度時，在氣壓的作用下水位開關(guān)內(nèi)部公共觸點斷開脫水觸點而接通洗滌觸點， 進 水閥斷電停止進水，電動機電源被接通，電動機開始運轉(zhuǎn)，周期性的時而正轉(zhuǎn)、 時而反轉(zhuǎn)，相互交替，通

6、過離合器帶動波輪用同樣的周期正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以一定速 度旋轉(zhuǎn)的波輪會帶動桶內(nèi)的水及衣物形成旋轉(zhuǎn)水流， 衣物在水流中相互磨擦而達 到洗衣的目的 工業(yè)洗衣機結(jié)構(gòu)采用臥式滾筒型。滾桶洗衣機也是洗衣桶套著脫水桶，脫水 桶與洗衣桶同軸心安裝，這兩只桶扁且直徑比較大，就像是側(cè)放的盆子， 盆口對 著倉門，脫水桶底部有一軸橫穿出洗衣桶的底部軸心，并安裝有皮帶輪， 同安裝 在洗衣桶外側(cè)的電動機通過皮帶連接， 兩桶均為不銹鋼制造。滾桶洗衣機的倉門 面向正前方，在洗衣機的上部及面板上還有進水閥，排水閥，水位開關(guān)，程控器 等部件。電路的工作原理同波輪洗衣機基本相同，洗衣的程序受程控器控制， 因 為洗衣機工作在洗滌

7、狀態(tài)時，脫水桶轉(zhuǎn)動的速度較慢，而工作于脫水狀態(tài)時， 脫 水桶要高速旋轉(zhuǎn)，波輪式洗衣機是通過離合器內(nèi)部的齒輪轉(zhuǎn)換實現(xiàn)變速， 電機的 轉(zhuǎn)速是恒定的。滾桶洗衣機它沒有離合器變速， 但是它的電機是雙速電機，所以 當洗衣機工作于洗滌態(tài)時，程控器接通電機的洗滌低速繞組，電機的轉(zhuǎn)速慢， 工 作于脫水態(tài)時，則接通脫水高速繞組， 電機高速運轉(zhuǎn)，這個過程是通過程控器和 電機的共同作用來完成。 3— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 工業(yè)洗衣機的工作過程 工業(yè)洗衣機的洗滌過程如下: 首先，加水，正反轉(zhuǎn)洗滌25分鐘，洗滌完畢后，排水，進入脫水階段，脫 水階段包括均布、中脫和高脫

8、三個過程， 均布即是在有水和無水的情況下， 以比 洗滌過程高的轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)1.5分鐘，使衣物均勻地附著在洗衣機的滾筒內(nèi)側(cè)， 以使后續(xù)的脫水過程平穩(wěn)；排水后，提高轉(zhuǎn)速進入中速脫水過程（ 2分鐘），隨 后再進入高速脫水過程（5分鐘），使衣物的含水率降至所要求的水平。各階段 的運行速度為： 洗滌：30rpm左右 均布：60rpm左右 中脫：400rpm左右 高脫：700?800rpm 工業(yè)洗衣機電氣接線原理示意圖 V/f曲線 以100kg型洗衣機為例： （A、a）點：2Hz, 24V （B、b）點：25Hz, 112V （C、c）點：50Hz, 380V 綜上，

9、工業(yè)洗衣機的正常運轉(zhuǎn)需要使洗衣機電機高轉(zhuǎn)矩、多段速、寬電壓范 圍、自動轉(zhuǎn)差補償和方便的通訊方式；而且要性能穩(wěn)定，能適應各種賓館、酒店 洗衣房的高溫、高濕的環(huán)境等。因此，變頻器在其中充當了不可替代的作用！這 就要求變頻器供應商能提供及時、 完善的服務(wù)，總之，要求變頻器能適應工業(yè)洗 衣機特定的洗滌工藝要求和特定客戶群的服務(wù)要求。 —5— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 第二章變頻器 一變頻器簡介 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， 是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以 實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中

10、控制電路完成對主電路的控制， 整流電路將交 流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波， 逆變電路將 直流電再逆成交流電。 變頻技術(shù)是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。 20世紀60年代以后，電 力電子器件經(jīng)歷了 SCR的閘管）、GTOC極可關(guān)斷晶閘管）、BJT（雙極型功率晶 體管）、MOSFE堂屬氧化物場效應管）、SIT（靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應 晶閘管）、MGT（MOS制晶體管）、MCT（MOS制品閘管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶 體管）、HVIGBT耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管）的發(fā)展過程，器件的更新促進了電 力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈

11、寬調(diào)制變壓變頻（PWIM- VVVF） 調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWMS 式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣， 并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWMS 式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的 VVVF 變頻器已投入市場并獲得了廣泛應用。 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻 器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM空制變頻器、PWME制變 頻器和高載頻PWMI制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f控制變頻器、 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等； 按照用途分類，可以分為通

12、用變頻器、 高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 VVVF:改變電壓、改變頻率 CVCF恒電壓、恒頻率。 各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均 為400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz）,等等。通常把電壓和頻率固定不變的交流電 變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。 為了產(chǎn)生可變的電壓和 頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電 （DC）。 二變頻器的工作原理 我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位： n = 60 f(1 — s)/p 式中 n ——異步電動機的轉(zhuǎn)速； f ——異步電動機的頻率；

13、s——電動機轉(zhuǎn)差率； p ——電動機磁極對數(shù)。 由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn) 速，當頻率f在。?50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。 變頻器 就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的， 是一種理想的高效率、高性能的 調(diào)速手段。 三變頻器的控制方式及選型 1、變頻器的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380?650V,輸出功率為 0.75?400kW；工作 頻率為0?400Hz，它的主電路都采用交一直一交電路。其控制方式經(jīng)歷了 以下四代。 (1) U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM控制方式 (2)電壓空間矢量(SVPWM控制

14、方式 (3)矢量控制(V。方式 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制(DTQ方式 (5)矩陣式交一交控制方式 2變頻器的選型 (1)變頻器的類型選擇 1)采用變頻的目的；包壓控制或恒流控制等。 2)變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性 能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。 3)變頻器與負載的匹配問題 ——7—— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 ① .電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 ② .電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電 流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電 流確定變頻器電流和過載能

15、力。 ③ .轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。 4）在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次 諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，具容 量要稍大于普通電機的選型。 5）變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地 耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量 要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 6） 對于一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻 器的降容，變頻器容量要放大一擋 （2）、變頻器容量選擇 變頻器的容量通常用額定輸出電流（A）、輸出容量（kV?A）、適用電動機功率

16、 （kW）表示，其中額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值， 不 論什么情況下都不允許連續(xù)輸出超過此電流值。 輸出容量取決于變頻器的額定輸 出電流與變頻器的額定輸出電壓的三相視在輸出功率。適用電動機功率是以 2、 4極的標準電動機為對象，表示在額定輸出電流以內(nèi)可以驅(qū)動的電動機功率。因 6極以上的電動機、變極電動機、特殊電動機的額定電流比標準電動機大，故不 能根據(jù)所采用電動機的功率選擇變頻器容量。因此，對于用6極以上和變極電動 機拖動的負載、變動負載、斷續(xù)負載和短時負載，變頻器的容量應按運行過程中 可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。 在選擇和使用變頻器時，還應考慮對于三相籠型異步

17、電動機，由于變頻器輸 出的電壓、電流中含有高次諧波的影響，將會使電動機的效率、功率因數(shù)降低， 溫度會有所增加，同一負載下電流將增加 10%。因變頻器的限流功能設(shè)置在 1.5In,電動機短時最大轉(zhuǎn)矩只有1.5Tn（工頻下電動機的最大轉(zhuǎn)矩一般有 2.0Tn）。 為避免溫度增加，低速時連續(xù)運轉(zhuǎn)要適當降低負載轉(zhuǎn)矩， 1/2速度以下必須減小 10%負載轉(zhuǎn)矩，1/3速度以下必須減小20%負載轉(zhuǎn)矩。 9— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 四變頻器的參數(shù)設(shè)置 L1(R) 電源輸入謊 L3(n 正翱停止 骸箭腳止 反期停止 或反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 也隨復位扁子 公共點 12 1

18、3 14 15 14 制動電阻或 制動單元連 提蛤 鳳附 T1(U) T3(W) C0N1 C0N2 11 ， 通訊界面 故隆帝號斯 出端子 多功能輸出 籽 一 10一 （一）主電路端子說明 1、L1、L2、L3 端子 變頻器的主電路電源輸入端子，它通過斷路器接到三相電源。實驗使用的變 頻器既可接單相電源，使用 L1、L2端子，又可以接三相電源，使用 L1、L2、 L3端子。 2、T1、T2、T3 端子 變頻器的主電路輸出端子，接三相電動機。變頻器在使用時，主電路電源輸 入端子與輸出端子一定不要弄錯，否則會造成變頻器的損壞。 3、P、

19、R端子 制動電阻連接端子（容量在10HP以下的變頻器有此端子）。當負載慣量較大 或減速時間短，使變頻器容易過壓跳閘時使用。 4、P、N端子 制動單元連接端子（容量在10HP以上的變頻器有此端子）。變頻主電路中間 直流電路電壓的輸出端可連接外部制動單元電源， 其中P接正電壓，N接負電壓。 需要特別指出的是：變頻器如不接制動單元，P、N端子應保持開路狀態(tài)，切不可 將兩端短路，否則將會造成變頻器損壞。 （二）控制電路端子說明 N2系列變頻器控制電路端子共有 15個，可以用1、2、3、……、15標識, 具體的端子符號和端子功能說明： 端子符號 功能說明 1 2 TRIP RELA

20、Y 故障接點輸出端子 接點額定容量：250VAC/A （ 30VDC/A 3 FWD 運行控制端子 FW芋正轉(zhuǎn)REV 反轉(zhuǎn) 4 REV 5 COM 端子3、4、5、6、7、8、9的公共點 6 SP1 多功能輸入端子 7 SP2 8 SP3 9 RESET 故障復位端子 10 SYN- 負接點 多功能輸出端子 端子容量：35VDC/50mA 11 SYN+ 正接點 12 + J - +5V 頻率旋鈕（VR）電源端子 13 模擬量輸入正接點 模擬頻率信號輸入端子 14 模擬量公共點 模擬信號共同點 15 FM+

21、 模擬量輸出正接點 多功能模擬輸出端子 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 1、鍵盤操作鍵說明 RUN STOP I RAO I 叵 | FUhJ 正軾，反特例 轉(zhuǎn)換/功能鍵 上J —數(shù)據(jù)增鍵 FREQ.SET I READ] |enter| 數(shù)據(jù)讀出，寫入犍 鍵盤頻率設(shè)置旋鈕VR —15― (1)運行/停止鍵和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)鍵 當變頻器的運行由鍵盤控制(F010設(shè)為0)時，按運行/停止鍵，變頻器開 始運行；若需要轉(zhuǎn)向控制，可以按正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)鍵；再按運行/停止鍵，變頻器停止 運行。 當變頻器的運行由外端子控制(F010設(shè)為1)時，正轉(zhuǎn)/反

22、轉(zhuǎn)鍵及運行鍵失 效，停止鍵是否有效可由F048設(shè)置。 (2)轉(zhuǎn)換/功能鍵 按此鍵可以進行監(jiān)視模式和編程模式的轉(zhuǎn)換，。當顯示器顯示頻率、轉(zhuǎn)速、 線速度、電壓、電流等(由F047、F051設(shè)定)時屬于監(jiān)視模式下，按一次鍵， 顯示的物理量改變一個，依次順序下去。當再按一次鍵，顯示器顯示功能碼F000 時，變頻器處于編程模式，可以輸入程序。 (3)數(shù)據(jù)增鍵和數(shù)據(jù)減鍵 修改數(shù)據(jù)時，控制數(shù)據(jù)增加和減小。按一下，數(shù)據(jù)增加或減小一個單位；持 續(xù)按鍵，數(shù)據(jù)持續(xù)增加或減小。 (4)位移/復位鍵 修改數(shù)據(jù)時，控制數(shù)據(jù)位移動；報警復位時使用。 (5)數(shù)據(jù)讀出/寫入鍵 監(jiān)視模式下數(shù)據(jù)修改時，按此鍵確認修

23、改的數(shù)據(jù)值；變頻器處于編程模式， 顯示功能碼F000時，按此鍵可以讀出該功能碼下的參數(shù)碼，此時可以進行參數(shù) 碼修改，再按此鍵寫入(確認)參數(shù)碼。 (6)鍵盤頻率設(shè)置旋鈕VR 當F011設(shè)為1時，頻率由此旋鈕設(shè)定。 2. LED指示燈說明 (1) SEQ燈：運行指令由外端子控制時(即 F010設(shè)為1),燈亮。 (2) FRQ燈：頻率指令由鍵盤旋鈕或外端子設(shè)定時(即 F011設(shè)為1、2、 3),燈亮。 (3) FWW：轉(zhuǎn)向設(shè)為正轉(zhuǎn)，燈會動作(停機中閃爍，運行后一直亮著) 。 (4) REV燈：轉(zhuǎn)向設(shè)為反轉(zhuǎn)，燈會動作(停機中閃爍，運行后一直亮著)c (5) Hz/RPM燈：LED數(shù)碼

24、顯示屏顯示頻率/轉(zhuǎn)速時，燈亮。 (6) FUN燈：LEDR碼顯示屏顯示功能碼時，燈亮；顯示功能碼下數(shù)據(jù)時， 燈會閃爍。 (7) VOLT燈：LED數(shù)碼顯示屏顯示電壓時，燈亮。 (8) AMP燈：LED數(shù)碼顯示屏顯示電流時，燈亮。 3. LED數(shù)碼顯示屏顯示的數(shù)據(jù)說明 LED數(shù)碼顯示屏顯示四位數(shù)，這些數(shù)據(jù)可分為三大類： (1)運行數(shù)據(jù)的顯示 變頻器接通電源，顯示器會先閃爍目前電源電壓(由 F030設(shè)定)，幾秒后， 或運行信號投入后，改顯示各種運行數(shù)據(jù)，如頻率、轉(zhuǎn)速、線速度、電壓、電流 等(由F047、F051設(shè)定)。此時屬于監(jiān)視模式下。 (2)功能碼及其參數(shù)碼的顯示 按國鍵，

25、進行模式轉(zhuǎn)換,使變頻器處于編程模式時，顯示器顯示功能碼 F000,;再按READS (數(shù)據(jù)讀出鍵)，可顯示對應功能碼下的參數(shù)碼，詳細功能 碼及參數(shù)碼見“功能參數(shù)表”。 (3)指示數(shù)據(jù)的顯示 顯示故障類型、特殊情況、按鍵操作錯誤等信息 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 三、鍵盤操作鍵基本操作說明 1 .監(jiān)視模式 下面以頻率修改為例說明基本操作，變頻器在停機中操作； 變頻器在運行中操作。 2 .編程模式 變頻器編程序的基本操作步驟如下： (1)按FUN鍵，使變頻器處于編程模式，此時LE躁碼顯示屏顯示F000。 (2)按斗、電才、H鍵，找出需要的功能碼。 (3)按Re

26、aDS,讀出該功能碼中原有的參數(shù)碼。 (4)通過理、電|、 鍵，修改參數(shù)碼。 (5)按〔ENTERa確認參數(shù)碼。 (6)如需繼續(xù)設(shè)置其他功能，那么重復①--⑤的操作。如不需繼續(xù)設(shè)置其 他功能，則可按RuNa,電動機就開始運行了。 (7)運行中的變頻器，按STOP鍵，可以使其停止運行 -#- 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 第三章PLC簡介 一 PLC的定義及特點 1、PLC的定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而 設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、 定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并

27、通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制 各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整 體，易于擴充其功能的原則而設(shè)計。 2、PLC的特點 PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、 方便的優(yōu)點而設(shè)計制 造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點。 (1)可靠性高，抗干擾能力強 (2)通用性強，使用方便 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 (4)編程語言簡單、易學，便于掌握 (5)系統(tǒng)設(shè)計周期短 (6)對生產(chǎn)工藝改變適應性強 (7)安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小 二PLC的應用和發(fā)展前景 1

28、、PLC的應用 PLC是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā) 展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強、程 序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等一系列的優(yōu)點，因而在冶金、能源、化工、 交通、電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱( PLG機 器人和CAD/CAM之一。 2、PLC的發(fā)展前景 為了適應市場的各方面的需求，各生產(chǎn)廠家對 PLC不斷進行改進，推出功 能更強、結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來說，朝兩個方向發(fā)展：一個是 向超小型、專用化和低價格的方向發(fā)展，以進行單機控制；另一個是向大型、高 速、多功能和分布式全自動

29、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展， 以適應現(xiàn)代化的大型工廠、企業(yè)自 動化的需要。 三PLC的基本組成及工作原理 1、PLC的基本組成 圖3—1 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在圖3—1中，PLC的主機由微處理器（CPU、存儲器（EPROMRAM、輸 入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。對于整體式的 PLG這些 部件都在同一個機殼內(nèi)。而對于模塊式結(jié)構(gòu)的PLG各部件獨立封裝，稱為模塊， 各模塊通過機架和電纜連接在一起。 主機內(nèi)的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。 根據(jù)實際控制對象的需要配備一定的外部設(shè)備， 可構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。下 面分別介紹PL*組成部

30、分及其作用: —17— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 (1)處理單元CPU CPU PLC的控制中樞，PLC在CPU勺控制下有 條不紊的工作，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的各個設(shè)備進行控制。 CPU 的具體作用如下： ①接收、存儲用戶程序。 ②、以掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應的 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 ③、執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。 ④、響應外部設(shè)備的請求。 (2)存儲器 可編程控制器有兩種存儲器，即系統(tǒng)存儲器(EPROM和用戶存儲器(RAM。 系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。 用戶存儲器用來存放編制的應用程序和工作

31、數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶 存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器 /計數(shù)器 預置數(shù)和當前的數(shù)據(jù)區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。 (3)輸入/輸出模塊 PLC的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，實際生產(chǎn)過程中的信號電平是多種多樣的， 外部執(zhí)行機構(gòu)所需的電平也是各不相同的， 而可編程控制器的CPU 所處理的信號 只能是標準電平，這樣就需要有相應的I/O模塊作為CPUW工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的橋梁， 進行信號電平的轉(zhuǎn)換。 2、PLC的基本工作原理 PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好 控制程序后，用編程器將程序鍵入到 PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC

32、的控制 功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。 PLC 掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 (1)輸入采樣PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序 將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入 一 16一 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 采樣。PLC*運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是 取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變， 只 有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 (2)程序執(zhí)行PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程 序進行掃描執(zhí)行

33、，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中 獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映 像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子 上。 (3)輸出刷新 在執(zhí)行到END勺命令時，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。 四PLC的編程語言 PLC的控制功能是由車工女婿實現(xiàn)的。目前 PLC常用的編程語言有：梯形圖 語言、助記符(指令表)語言、功能圖語言、順序功能圖語言、高級編程語言等。 1、梯形圖語言 (1)梯形圖與繼電器控制的區(qū)別 梯形圖語言形象直觀，類似電

34、氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。 邏輯關(guān)系明 顯，電氣技術(shù)人員容易接受。讀同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸 入、輸出信號、控制過程等效。但兩者有本質(zhì)的區(qū)別：繼電器控制原理圖使用的 是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路。而PLC的梯形圖使用的是內(nèi) 部繼電器、定時器/計數(shù)器等，靠軟件實現(xiàn)控制。 (2)梯形圖程序簡介 ① .梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。 PLC程序 執(zhí)行順序與梯形圖的編寫一致。 ② .梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊稱為右母線。左母線右側(cè)放置 輸入接點和內(nèi)部繼電器觸點。梯形圖觸點有兩種，即常開觸點和常閉觸點。 ③ .梯形最右側(cè)必須放置輸出器

35、件。PLC的輸出器件用圓圈表示，圓 圈可以表示內(nèi)部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時 /計數(shù)器的邏輯運算結(jié)果。 其邏輯動作只有在線圈接通后，對應的觸點才動作。輸出線圈直接與右母線相連， 一 17一 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 輸出線圈與右母線之間不能連有觸點。 ④ .梯形圖程序中的觸點可以任意申、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能 串聯(lián)。 ⑤ .輸出線圈只對應輸出映像區(qū)的相應位，不能直接驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。 ⑥ .梯形圖中每個編程元件應按一定的規(guī)則加標字母數(shù)字用。 2、助記符語言 PLC的助記符語言是PLC的命令語句表達式，它與計算機匯編語言相類似。 用戶可以直觀地根據(jù)

36、梯形圖，寫出助記符語言程序，并通過編程器送到PLC中去, 3、功能圖語言 功能圖語言是一種類似于數(shù)字邏輯電路圖的編程語言，熟悉數(shù)字電路的人比 較容易掌握。 4、順序功能圖語言 順序功能圖常用來編制順序控制類程序， 可以將一個復雜的控制過程分解為 一些具體的工作狀態(tài)，把這些具體的狀態(tài)依一定的順序控制要求， 組合成整體的 控制程序。 —#― 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 案例：用PLC與變頻器設(shè)計控制電路，并進行模擬安裝與調(diào)試 考核內(nèi)容：用PLC與變頻器進行工業(yè)洗衣機控制線路的設(shè)計 (工作方式由考 評員現(xiàn)場設(shè)定)，并進行模擬安裝與調(diào)試。 1、控制要求： (1

37、)按下啟動按鈕，開始進水直到高水位，停止進水。 (2) 2秒后開始洗滌。 (3)洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒，停3秒，然后反轉(zhuǎn)15秒，停3秒。 (4)如此循環(huán)3次后開始排水，排空后脫水10秒。 (5)開始清洗，重復(1)?(4),清洗兩遍。 (6)清洗完成，報警5秒并自動停機。 (7)若按下停車按扭，可手動排水(不脫水)和手動脫水(不計數(shù)) 。 2、控制示意圖 洗滌運行曲線示意圖 脫水運行曲線示意圖 3 .考核要求： (1)根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計主電路圖，并畫出 I/O (輸入/輸出)接線圖。 (2)設(shè)計并繪制梯形圖，列出變頻器參數(shù)設(shè)定表。 (3)模擬安裝線路 (4)熟練操

38、作計算機，能正確將所編程序輸入 PLG (5)熟練操作變頻器，能正確設(shè)置參數(shù)。 (6)按設(shè)計要求進行模擬調(diào)試。 4 .使用器材：可編程控制器采用三菱 FX2計48M驚列主機、變頻器采用三菱 E500系歹限 編程軟件為三菱 PLC編程軟件FXGPWI曲GX Developer 8.34L版任 選其一。 全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 啟動按鈕 停止按鈕 指示燈 控制按鈕 全自動洗衣機示意圖 1、全自動洗衣機中PLC主機的I/O資源分配 名稱 電路器件 地址編號 說明 輸入信號 啟動按鈕 SB1 X000 啟動洗衣機 停止按鈕 SB2 X001 停止洗

39、衣機 高水位按鈕 SB3 X002 高水位選擇 低水位按鈕 SB4 X003 低水位選擇 手動排水 SB5 X004 手動排水選擇 手動脫水 SB6 X005 手動脫水選擇 高水位探測器 SQ1 X006 高水位檢測 低水位探測器 SQ2 X007 低水位檢測 排空檢測 SQ3 X010 排空檢測 —23 — 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 輸出信號 進水電磁閥 KM1 Y000 進水控制 電機止轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Y001 電機止轉(zhuǎn)控制 電機反轉(zhuǎn)接觸器 KM3 Y002 電機反轉(zhuǎn)控制

40、排水離合器 KM4 Y003 排水控制 脫水離合器 KM5 Y004 脫水控制 蜂鳴器 KM6 Y005 聲首提小 2、全自動洗衣機中PLC主機中輔助繼電器分配 名稱 地址 名稱 地址 啟動、停止 M0 止轉(zhuǎn)清洗暫停時間 T39 高水位 M1 反轉(zhuǎn)清洗時間 T40 低水位 M2 反轉(zhuǎn)清洗暫停時間 T41 進水閥控制 M3 止轉(zhuǎn)開始 M4 循環(huán)次數(shù)計數(shù) C1 清洗遍數(shù) C2 進水閥關(guān)閉后延時 T37 止轉(zhuǎn)清洗時間 T38 3、梯形圖 圖1程序預定義 XUU

41、. X001 C2 ti-I— 肝 r mo 1 MO T I― X002 福 MO T I- II r Ml 1 Ml T I~~ 加幅 Ml MO ^l- II 1 M2 1 M2 —# ― 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 —25 ― 圖2:按下后動按鈕及局水位選擇開關(guān)，開始進水 舟 KD1J M4 壞 Ml X008 HI R- 福: t Y001 戰(zhàn) X010 U 圖3: 2秒后開始洗滌 rocu —W- T37 —I卜 M4 —I卜 Cl M。 11 <137 K20 M4 T

42、58 HI M0 Y002 f Y001 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 圖4:洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒，停3秒，然后反轉(zhuǎn)15秒，停3秒，如此循環(huán)3 次后 M4 卅 K2 {EST C2 M0 小 圖8:若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)） NO 外 近年來可編程序控制器（PLC）以及變頻調(diào)速技術(shù)日益發(fā)展，性能價格比日益 提高，并在機械、冶金、制造、化工

43、、紡織等領(lǐng)域得以普及和應用。為滿足溫度、 速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制， PLC模擬量 控制模塊的使用也日益廣泛。 通常情況下，變頻器的速度調(diào)節(jié)可采用鍵盤調(diào)節(jié)或電位器調(diào)節(jié)方式，但 是，在速度要求根據(jù)工藝而變化時，僅利用上述兩種方式則不能滿足生產(chǎn)控制或 工作要求，因此，我們須利用PLC靈活編程及控制的功能，實現(xiàn)速度因工藝而變 化，從而保證產(chǎn)品的合格率及工作效率。 29 結(jié)論 當今社會大批量衣物的洗滌需求，促進了洗滌機械工業(yè)的迅速發(fā)展， 集團化專業(yè)洗滌已經(jīng)成為先進國家工業(yè)發(fā)展的重要體現(xiàn)。而高品質(zhì)洗滌機 械的研制、生產(chǎn)和運用則是一個國家科技進步的重要標志之

44、一 變頻調(diào)速控制是實現(xiàn)工業(yè)洗衣機自動控制的一種很好的選擇。采用 PLC和 變頻器的調(diào)速系統(tǒng)能滿足標準洗滌和高速脫水等各種工況的要求 ，并能提高洗 滌質(zhì)量；變頻器的使用減少了傳動機構(gòu)，增加了系統(tǒng)的運行壽命，減少了機械和電 氣噪聲，還優(yōu)化了洗滌速度，降低了電力損耗。目前，針對工業(yè)洗衣機特有的負 載特性而設(shè)計的洗衣機專用變頻器已處于研制階段。 隨著衣物質(zhì)地的高級化和多 樣化，變頻化的工業(yè)洗衣機也會繼續(xù)向前不斷發(fā)展。 利用可編程控制器、變頻器與人機界面等自動化產(chǎn)品的有機結(jié)合來實現(xiàn)對工 業(yè)洗滌設(shè)備的自動控制，其主要控制思路是對洗滌設(shè)備的進水/出水、洗滌模式、 洗滌時間、脫水頻率的設(shè)定、可編程控制

45、器通訊功能的應用、變頻器簡易 PLC功 能的應用進行有機的組合與設(shè)計。此方案的應用，實現(xiàn)了可編程控制器與變頻器 的通訊功能；可編程控制器與人機界面的實時數(shù)據(jù)交換功能。從根本上解決設(shè)備 控制線路繁鎖、故障點多、操作復雜等一系列問題；有效的提高設(shè)備生產(chǎn)效率與 設(shè)備性能。經(jīng)調(diào)試與運行測試后能達到客戶的設(shè)計要求并已投入生產(chǎn) 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 致謝語 經(jīng)過這半年來的忙碌和學習，本次畢業(yè)論文設(shè)計已接近尾聲，作為一個大專 生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方， 如果沒有導師 的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的在 畢業(yè)

46、論文設(shè)計過程中，我遇到了許多意想不到的困難。在此我要感謝我的指導老 師李明老師給我悉心的幫助和對我耐心而細致的指導，我的畢業(yè)論文較為復雜煩 瑣，但是李老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。 除了敬佩李老師的專業(yè)水平，他 的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣， 并將積極影響我今后的學 習和工作，我才得以解決畢業(yè)設(shè)計中遇到的種種問題。 同時感謝系領(lǐng)導對我們的 教導和關(guān)注；感謝大學三年傳授我們專業(yè)知識的老師。 還有謝謝我周圍的同窗期 友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵， 也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂。 我非 常珍視和他們的友誼。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。 他們在我設(shè)計中

47、給了我許多寶貴的意見和建議。 同時也要感謝自己遇到困難的時 候沒有一蹶不振，能夠找到最好的方法來解決問題。最后，感謝生我養(yǎng)我的父母。 他們給了我無私的愛，我深知他們?yōu)槲仪髮W所付出的巨大犧牲和努力， 而我至今 仍無以為報。祝福他們，以及那些給予我關(guān)愛的長輩，祝他們幸福，安康。 —#— 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 2010屆畢業(yè)設(shè)計 參考文獻 1 中國家用電器研究所.《家用電器時尚消費》 2002—2003 2 王春剛.《洗衣機的特點及原理》 北京農(nóng)村讀物出版社，2002 3 吳存宏.《淺談PLC在全自動洗衣機中運用》.［J］家用電器科技，2004 4 余雷聲，《方宗達等編.電氣控制與PLC應用》.北京：機械工業(yè)出版社，1996 5 鄧則名.《電器與可編程序控制器應用技術(shù)》北京：機械工業(yè)出版社， 1998 6 韓服善，張石平《全自動洗衣機 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計》［J］家用電器.消費，2002 7 宋德玉主編.《可編程序控制器原理及應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》 .北京：冶金工業(yè)出版 社，2001 8 姚錫祿《變頻器技術(shù)應用》 電子工業(yè)出版社，2009 —31―