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1、洗衣机介绍洗衣机介绍http:/ 本文介绍了由艾默生网络的限公司的可编程控制器、变频器在工业洗衣机控制系统中的应用。该系统利用艾默生可编程控制器与变频器强大通讯，结合人机界面组成一控制系统，满足了对工业洗衣机运行的智能控制。关键词：可编程控制器 变频器 工业洗衣机1、概述湖南某洗涤设备有限公司（原医疗器械厂）是专业从事工业洗涤设备生产与研发的企业。为医院、化工、石化、酒店宾馆及各生产企业提供各种规格的自动洗涤设备。旗下产品有半/全自动离心式洗衣机、半全自动卧式滚筒洗衣机、全自动物料结晶机等三十余种洗涤产品。产品在全国各医院、酒店宾馆及大型企业应用广泛。近年来在家用全自动洗衣机大力推广的影响下，
2、大型工业洗涤设备也从原来的继电器控制方式时期逐步进入全自动控制时代。 2、工艺流程整个洗涤过程分为进水、洗涤、放水、脱水四个部分，系统从进水环节开始到脱水环节结束共循环三次。A系统运行循环三次：第一次循环转鼓进水至中水位时开始洗涤；第二、三次转鼓进水至高水位时开始洗涤。B 洗涤方式分轻洗、标准洗、强洗（按正转、停止、反转、停止四步动作循环至洗涤时间到达）C在 20-80HZ 频率脱水环节时如转鼓出现运行振动较大，则变频器停止输出至转鼓停止后再从 20HZ 重新脱水。3、控制要求及功能A 洗涤设备应具备延时停止进水功能（即洗涤水进至中水位或高水位时开始洗涤但不关闭进水阀，直至延时时间到再停止进水
3、）B系统具备停止与急停功能（即系统在运行时按下停止键则终止所有运行，再启动时又从第一环节开始。按下急停键时则系统暂停运行，急停复位时系统再从急处继续运行）C 洗涤设备的启动、停止、急停操作、参数设定均由人机界面完成。D 系统使用变频器简易 PLC 功能来完成洗衣机脱水环节的多段速度曲线（第一段 20HZ / 20 秒；第二段 50HZ/15 秒；第三段80HZ/15 秒；第四段 100HZ/10 秒；第五段 130HZ/10 秒）E 洗涤频率加/减速速率 2HZ/秒，脱水频率加速速率 0.5HZ/秒，减速速率 1.5HZ/秒。F 脱水过程中如机械振动大于设计要求的振动时，系统应立即停止变频器输
4、出直至转鼓停止后再重新从第一阶段开始脱水（由振动开关提供信号） 。G 变频器中的简易 PLC 一至五阶段运行频率与运行时间由可编程控制器通过通讯方式设定。4、系统控制原理该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易 PLC 程序的执行及其它相关运行参数的传送。PLC 与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。5、方案的实现触摸屏：通过对厂家参数画面进行相关参数设置，将设备的洗涤时间、洗涤频率、手动脱水频率、自动脱水简易
5、PLC 的运行频率及运行时间固化到可编程控制器中，再将运行频率与运行时间等参数通过自由口通讯协议方式传送到变频器中。操作画面上设置诸如设备的启/停、运行时间及运行状态显示。楞编程控制器：可编程控制器中编写主机带频率正转、主机带频率反转子程序供洗涤环节调用，编写阶段一至价段五运行频率设定、阶段一至阶段五运行时间设定子程序供厂家修改变频器简易 PLC 程序中的参数。变频器:1） 频率给定通道与命令给定通道均选择串口给定; 主机各运行频率与运行指令由 PLC 通过通讯的方式发给变频器。2） 将上限频率与运行频率设为 130HZ。3） 加速时间 1、减速时间 1（洗涤环节的加/减速速率 2HZ/秒）设
6、为 65 秒，加速时间 2、减速时间 2（脱水环节的加速速率 0.5HZ/秒，减速速率 1.5HZ/秒）分别设为 260 秒和 80 秒。4） V/F 曲线电压值 V1 设为 35%，频率值设定为 20HZ 否则电机会因起动转矩过低而无法启动;5） X1、X2 端子设定为选择加/减速时间 2 功能，系统运行在脱水环节时（X2 为高电平）加减/速时间 2 有效，变频器按加减时间 2 进行加/减速。 6） X3 端子设定为外部停机命令功能，当 PLC 给出停止命令或振动过大时（X3 为高电平）变变频器停止输出。7） X4 设定为简易 PLC 程序失效功能；系统运行在进水与洗涤环节时（X4 为高电平
7、）简易 PLC 程序不能运行。8） X5 设定为简易 PLC 程序暂停功能；系统运行在脱水环节时如按下急停键（X5 为高电平）简易 PLC 程序将暂停运行。急停复位后再从暂停处继续运行。系统控制：参数设置 A.进入厂家参数画面设置洗涤频率、洗涤时间、延时停止进水时间。B进入脱水参数画面设置阶段一至阶段五的运行频率与运行时间。手动控制 按进水、洗涤、放水、低脱、中脱、高脱的顺序对设备进行独立启、停操作，操作过程中程序运行不受设置的运行的时间与转鼓振动频率影响。自动控制 A.设置好各运行参数后按下系统启动键，进水电磁阀打开转鼓开始进水简易 PLC 程序运行为无效。B转鼓进水至中水位时洗涤启动，设备
8、按所选择的洗涤模式（轻洗、标准洗、强洗）运行，设定的洗涤时间到达时停止洗涤。C洗涤完成后开启放水电磁阀放水，简易 PLC 程序运行设为有效，放水至低水位时简易 PLC 程序开始按设定运行速度曲线运行。D如在脱水时出现机械振动大时，接近开关接通（X3 为高电平）变频器停止输出，直至转鼓停止后再从阶段一开始脱水。E 脱水环节完成后系统自动进入第二次循环（第二、三次循环时进水水位到高水位时再开始洗涤）6、总结利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变
9、频器简易 PLC 功能的应用进行有机的组合与设计。此方案应用艾默生可编程控制器、艾默生 EV1000 变频器、深圳人机触摸屏组成自动控制系统，结合艾默生可编程控制器、变频器与人机界面的控制优点，实现了可编程控制器与变频器的通讯功能；可编程控制器与人机界面的实时数据交换功能。从根本上解决设备控制线路繁锁、故障点多、操作复杂等一系列问题；有效的提高设备生产效率与设备性能。经调试与运行测试后能达到客户的设计要求并已投入生产。 工业洗衣机是洗衣机（洗衣房设备）的一种，与普通的家用洗衣机的最大区别就在于其容量，现有的工业洗衣机的最大容量可以达到300 千克，而普通的家用洗衣机的容量最多也就在 7 千克左
10、右。也正是为了适应大容量的要求，其结构与普通的家用洗衣机也有所差别。工业洗衣机一般适用于各类服装水洗厂，印染厂，医院，宾馆，化工厂，部队，矿山，消防等企事业单位。工作原理工业洗衣机一般采用滚筒式的洗衣方式。利用电动机的机械做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。因为衣物在洗涤过程中不缠绕、洗涤均匀、磨损小，所以就连羊绒、羊毛、真丝衣物也能在机内洗涤，做到真正的全面洗涤性能。而且用水量较小，可以在桶内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的洗衣效果。 特点由于工业洗衣机的容量非常大，而且又是采用的滚筒式的工作原理，这使得机
11、器在运转时会产生巨大的离心力。这便使得工业洗衣机的减震和固定成为了最主要的问题。一般可以采用安装重型减震器来解决这个问题，有时候还需要用水泥将其固定在水泥地面上，甚至在有的时候，需要将其安装在液压缸上，从而解决震动和倾斜的问题。工业洗衣机是指用于宾馆、 饭店、 洗衣店或工厂进行大批量衣物清洗用的洗衣机 ,具有洗涤容量大、 效果好、 成本低、 效率高、 污染小等特点。其洗涤工艺一般由洗涤、 漂洗、 均布排水和脱水等几部分组成。整个洗涤控制的关键在于低速洗涤时有很平滑的力矩以及脱水时有很高的旋转速度。工业洗衣机的传动系统相当复杂,在洗涤和脱水时电机转速相差很大 ,一般为多台笼型电机采用离合器切换运
12、转或者使用变级电机加上离合器、皮带轮及正反转开关等机械装置实现速度调节。而且由于负载很大 ,为了获得大的起动转矩要采用大电阻电机 ,减速时还另需制动装置。随着大功率开关器件制造技术及计算机控制技术的发展 ,采用变频调速控制电机已渗透到各种电力传动系统中。本文采用 Siemens S72 200 可编程逻辑控制器(PLC)和 VF2 7F 系列变频器改造一套传统的工业洗衣机控制系统。PLC 的使用提高了系统的抗干扰能力 ,保证了系统的稳定性;变频器的使用显著提高了工业洗衣机的性能 ,可用一台电动机从低速到高速大范围调节 ,满足低速洗涤大转矩和高速脱水的要求 ,且传动装置可做的很小 ,控制性能和操
13、作性能都大幅提高;另外,变频器的使用可以节约大量的水和电。二、工业洗衣机的动力要求对于工业洗衣机滚筒来说:洗涤和漂洗过程是频繁的正、 反转运行过程;均布排水过程是排除滚筒内洗涤用水并将衣物均匀分布在滚筒周围的平衡过程;脱水是高速运转甩出衣物内含水的过程;干燥则是长时间的低速运转过程。为了确定各过程的运行时间和转速 ,需要通过安装在洗衣机内部的各种传感器检测衣物布质、 布量、 洗涤方式、 混浊度等 ,再经过模糊决策的方法得出最佳的洗涤策略。由模糊控制器得出的运转模式如图 2 所示。洗涤、 清漂的转速为 40 r /min,均布排水的转速为 70 r /min, 2 次脱水的转速分别为 400 r
14、 /min 和 500 r /min,干燥的转速为 30 r /min,对应各段洗涤时间分别为 t 1 = 5 min, t 2 = 1 min, t 3 = 2 min, t 4 = 3min, t 5 = 1 min, t 6 = 4 min, t 7 = 5 min;另外 ,变频器还设置了 2 个斜坡上升 /下降时间 , 1 个用于洗涤周期 , 1 个用于脱水周期。从图中可看出 ,电机运转过程中需要不断地改变转向 ,而且调速的范围很宽 ,这种工作变频器完全能够胜任。三、控制系统介绍（1）调速控制系统的主要设备选型：变频器的选用：变频器的容量应满足以下规则:变频器的容量应比变频器说明书中“
15、陪用电动机容量 ” 大 ,变频器的电流应大于电动机的电流。同时,由于在洗涤过程中 ,滚筒在低速起动时会引起瞬间的超大负荷 ,为此要求电机具有低速转矩提升补偿功能;而在高速脱水时 ,由于水已经排出 ,负载大为降低 ,电机应工作在恒功率状态 ,并且为使衣物在滚筒内均匀分布 ,电机应保持高惯性。根据现有电动机的功率电流特性和控制要求 ,选用松下 BFV70374FP 变频器 ,其主要技术规 2 . 1 . 2 PLC 的选用 SI MATI C S72 200 系列是西门子公司推出的一种小型 PLC。其结构紧凑、 扩展性能良好、 价格低廉 ,深受用户喜爱。CPU 选用 CPU224、 6ES7214
16、2 1BD222 0XB0,其数字量输入 /输出点共 24 点 ,用于实现洗衣机起停控制和多级速率选择;扩展模块选用一个模拟量输入接口 ,用来采集衣物布料、 水温、 重量、 混浊度等 ,从而确定洗衣机的运转模式。（2）调速控制系统的设计结构图和控制流程：具体控制流程如下:先由控制面板选择洗涤方式 ,并发出起动指令;然后分布在洗衣滚筒附近的各种传感器将检测到的布质、 布量等信号送入 PLC, PLC 根据这些信息经过模糊决策 ,得出洗衣机的运转模式 ,确定洗涤各阶段的操作顺序、 洗涤时间等; PLC 再通过开关量输出信号给变频器发出指令 ,以控制电动机的正反转、 起停、 多级速率选择、 多级加减速率选择。当检测到电动机过载时 ,将故障报警信号反馈给 PLC,控制指示灯报警或者控制电动机停机。其中 ,布量检测根据电机“转 ” 、 “停 ” 时惯性转速的脉冲数计测。在洗涤桶内放入一定衣物和水 ,然后驱动电机以“ 开 ” 0 . 3 s、 “ 停 ” 0 . 7 s 的规律反复操作 ,期间电
