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1、机电设备维修实训指导书编写：杨 菊校对：马 艳审核：徐良雄武汉交通职业学院机电工程系制二一一年四月目 录1实训目的12实训器材13实训任务14用PLC和变频器控制的工业洗衣机系统的工作原理25 系统调试66 时间安排67 实训报告及要求77.1 编写设计说明书77.2 实训总结78 成绩评定7PLC、变频器在工业洗衣机控制系统中的综合应用1 实训目的 进一步掌握PLC与变频器综合控制的思路。 能运用步进指令编制较复杂的控制程序。 掌握变频器程序运行参数的设置和外部端子的接线。 能运用变频器的外部端子和参数实现变频器的程序运行。2实训器材 可编程控制器实训装置1台。 变频器模块1个。 PLC主机
2、模块1个。 计算机1台。 开关、按钮板模块1个。 指示灯模块1个。 电动机1台。 电工常用工具1套。 导线若干。3实训任务用PLC、变频器设计一个工业洗衣机的控制系统，其控制要求如下。工业洗衣机的控制流程如图1所示。系统在初始状态时，按启动按钮则开始进水，到达高水位时，停止进水，并开始洗涤正转。洗涤正转15s暂停3s，洗涤反转暂停3s（为一个小循环）。若小循环未满3次，则返回洗涤正转开始下一个小循环；若小循环满3次，则结束小循环开始排水。水位下降到低水位时，开始脱水并继续排水，脱水10s即完成一个大循环。若大循环未满3次，则返回进水进入下一次大循环；若完成3次大循环，则进行洗完报警，报警10s
3、后结束全部过程，自动停机。其实训要求如下。 洗衣机的洗涤正转15s暂停3s洗涤反转15s暂停3s，要求使用变频器的程序进行功能实现； 用变频器驱动电动机，洗涤和脱水时的变频器输出频率为50Hz，加减速时间根据实际情况设定； 实训时PLC控制的执行机构（如电磁阀）用指示灯代替。图1 工业洗衣机的控制流程根据要求设计PLC梯形图并列些程序清单、绘制控制线路图，分析说明控制原理及每个控制过程，按照任务说明书要求编写技术文件，总结设计心得等。4 用PLC和变频器控制的工业洗衣机系统的工作原理工业用洗衣机是指额定洗涤容量大于6kg，应用于专业洗涤部门及服务行业使用的工业用洗衣机，目前工业用洗衣机的主要结
4、构是滚筒式。近年来在家用全自动洗衣机大力推广的影响下，大型工业用洗衣机也从原来的继电器控制方式逐步进入全自动控制时代。大型工业用洗衣机在全国各医院、酒店宾馆及大型企业应用广泛。从用户使用要求方面看，工业用洗衣机使用要求环境和条件均不同于家用洗衣机，家用工业用洗衣机以洗衣为主，工业用洗衣机以床上用品、桌布等为主，工艺上的区别就更大了。工业洗衣机洗涤与脱水时的转速相差很大，通常使用变极电动机或数台一般电动机用离合器切换运转，由于负载惯性很大，为了获得很大启动转矩特性要采用较大的电阻的电动机，减速时需制动装置。由于工业洗衣机电机为直接启动或Y/启动，启动电流等于（3-7）倍额定电流，这样会对机电设备
5、和供电电网造成严重的损坏，而且会对电网容量要求过高，启动时产生大的电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。鉴于以上问题尝试用博士CVF-G3变频器和三菱FX2N-48MR的PLC对工业洗衣机进行改造。PLC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。用变频器控制电动机即可实现一台电动机从低速到高速大范围调速而且装置可做的很小，控制性和操作性都得到很大提高，平衡了过程中洗衣桶的转速，缩短了工作周期时间。方案的实现采用的硬件及其工作原理1）变频器的结构及工作原理变频器是计算机及现代电力电子技术高度发展的结果
6、。计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。交流电动机的同步转速为：N1 = 式中 N1 同步转速，r/min； 定子频率，Hz 电动机的磁极对数。及异步电动机转速N = N1(1 S)= (1 S)式中S-导步电动机转差率，S =（N1 N）/N1 ，一般小于3%。均与送入电动机的电流频率f成正比例或近于正比例，也就是说，改变频率可以方便的改变电动机的运行速度，也就是说变频对于交流电动机的调速来说是十分合适的。变频器主电路接线主电路接线就是将变频器与电源及电动机连接。变频器主接线一般有6个端子，其中输入端子L1、L2、L3接三相电源，输出端子U、V、W接三相电动机，其接线图如图
7、示。图2变频器的主回路外接原理图注：电动机为0.51.5kW三相异步电动机要求：变频器的输入端R、S、T和输出端U、V、W绝对不能接错，如将输入电源接到U、V、W端，将使逆变管迅速烧坏。FSC-G3变频器的基本配线图图3 FSC-G5变频器的基本配线图2）PLC及其工作原理PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的
8、存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 控制系统的工作原理1）控制内容：PLC送电，系统进入初始状态准备起动。起动时开始进水，水位到达高水位时停止进水，并开始洗涤，洗涤正转15S，暂停3S，然后反转15S，暂停3S为一次小循环，若小循环不足3次，则返回洗涤正转，若小循环达到3次，则开始排水，水位下降到达低水位时开始脱水并
9、继续排水，脱水10S即完成一次大循环，大循环不足3次，则返回进水 进行下次大循环。若完成3次大循环则结束全部过程自动停机。2）洗涤时变频器输出频率为35HZ，脱水时变频器输出频率分高、中、低100HZ、80HZ、50HZ，根据衣物量的多少来设定，其加减速时间根据实际情况设定。3）根据控制要求PLC编写洗衣机自动控制的应用程序，配合变频器进行正反转及转速的切换。工业洗衣机PLC状态转移图如图4所示。图4 工业洗衣机PLC状态转移图4）工业洗衣机电气自动控制电路的连接图工业洗衣机电气自动控制电路的连接图如图5所示。图5 工业洗衣机电气自动控制电路的连接图 结合控制要求进行PLC程序的编写及变频器参
10、数的设定。I/O分配表如表1 表1 I/O分配表输入输出名称代号输入点编号输出点编号代号名称起动按钮SB0X0Y0KM0进水接触器（用指示灯替代）停止按钮SB1X1Y1KM1排水接触器（用指示灯替代）高水位开关SQ1X2Y2HL脱水电磁阀（用指示灯替代）低水位开关SQ2X3Y3HL结束报警指示灯Y4FWD电动机正转Y5X1选择第一段程序开始循环变频功能参数设置表1.基本运行参数（b参数）参数号设定值说明注 解b-02高级运行参数运行参数选择b-19外部端子选择频率输入通道选择b-2500.00上限频率频率数字设定b-32外部端子(键盘STOP有效)运行命令通道选择b-40与设定方向一致转向控制
11、b-61005.00-500.00Hz负载电机额定频率b-7380200-500V负载电机额定电压b-830.16000s加速时间b-930.16000s减速时间b-100直线加减速方式2.中级运行参数（L参数）L-550下限频率500.00 Hz上限频率L-100.50.00上限频率下限频率L-1350.0010.00 Hz启动频率L-22100.00上限频率点动频率L-23100.16000秒点动加速时间L-2400.16000秒点动减速时间H-14500.00上限频率多段速频率1H-1500.00上限频率多段速频率2H-16350.00上限频率多段速频率3H-1700.00上限频率多段速
12、频率43.高级运行参数（H参数）H-292分钟，连续循环可编程多段速运行设定H-30120.16000阶段1运行时间H-3100：正转阶段1运行方向H-3230.16000秒阶段1加减速时间H-3360.06000阶段2运行时间H-3410：正转阶段2运行方向H-3530.16000秒阶段2加减速时间H-36120.06000阶段3运行时间H-3700：反转阶段3运行方向H-3830.16000秒阶段3加减速时间H-3960.16000秒阶段4运行时间H-4010：正转阶段4运行方向H-4130.16000秒阶段4加减速时间5 系统调试设定参数。按上述变频器的设定参数值设定变频器的运行参数。输
13、入程序。按图2状态转移图正确输入程序。PLC模拟调试。按图3所示的控制系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟调试，观察PLC的输出指示灯是否按要求指示，若不按要求指示，检查并修改程序，直至指示正确。空载调试。按图3所示的控制系统接线图，将PLC与变频器连接好（不接电动机），进行PLC、变频器的空载调试，通过变频器的操作面板观察变频器的输出是否符合要求，若不符合要求，检查系统接线、变频器参数、PLC程序，直至变频器按要求运行。系统调试，按图3所示的控制系统接线图正确接好全部设备（接电动机），进行系统调试，观察电动机能否按控制要求运行，若不按控制要求运行，检查系统接线、变频器参数、PLC程
14、序，直至电动机按控制要求运行。6 时间安排本次课程设计实训为一周，其进程和步骤可参考下表：设计准备并熟悉用PLC和变频器控制的工业洗衣机系统的工作原理1天阅读设计任务书，明确设计任务并掌握用PLC和变频器控制的工业洗衣机系统的工作原理。绘制PLC梯形图并列写程序清单、设定变频器的运行参数值1天按状态转移图正确输入程序、按上述变频器的设定参数值设定变频器的运行参数。PLC模拟调试1天按图所示的控制系统接线图正确连接号输入设备，进行PLC的模拟调试，观察PLC的输出指示灯是否按要求指示，若不按要求指示，检查并修改程序，直至指示正确。空载调试、系统调试1天按图所示的控制系统接线图正确接线，观察电动机能否按控制要求运行，若不按控制要求运行，检查系统接线、变频器参
