【電氣工程及其自動化】基于PLC的工業(yè)洗衣機控制器終稿

1、 A 基礎理論 B 應用研究 C 調查報告 D 其他本科生畢業(yè)論文（設計）基于PLC的工業(yè)洗衣機控制器二級學院：信息科學與技術學院專 業(yè)：電氣工程及其自動化完成日期：2014年5月10日目錄1 緒論11.1 工業(yè)洗衣機簡介11.2 工業(yè)洗衣機的發(fā)展11.3 工業(yè)洗衣機類型21.4 工業(yè)洗衣機的原理及其特點31.5 設計意義41.6 系統(tǒng)功能簡介41.7 控制方案的確定52 系統(tǒng)硬件設計82.1 PLC選型82.1.1 輸入模塊的選擇82.1.2 輸出模塊的選擇82.1.3 I/O分配92.2 電機調速系統(tǒng)設計102.2.1 調速系統(tǒng)選擇102.2.2 電機選型112.2.3 變頻器選型132.

2、2.4 PLC與變頻器的連接142.3 電磁閥選型152.4水位開關選型162.5其他硬件選擇163 工業(yè)洗衣機軟件系統(tǒng)設計173.1 洗衣機控制要求173.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能及PLC程序194 系統(tǒng)組裝與調試234. 1 硬件系統(tǒng)組裝與調試234.2軟件調試255 結論與展望255.1 結論255.2 展望25參考文獻26附錄27附錄A：工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)PLC梯形圖27附錄B：工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)程序指令表31附錄C：三菱FR-F740變頻器端子接線圖33附錄D：工業(yè)洗衣機電氣總接線圖34致 謝基于PLC的工業(yè)洗衣機控制器設計摘 要： 本文針對工業(yè)洗衣機，以三菱FX-2N系列可編程控制器作為主

3、控單元，利用變頻器來改變電機的運行方向及轉速，設計成工業(yè)洗衣機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了洗衣機的進水，洗滌，排水，脫水等功能。關鍵詞：工業(yè)洗衣機；可編程控制器；變頻器The Control System of Industrial Washing Machine Based on PLC Control Abstract: Based on the industrial washing machine, this project treated the Programmable Logic Controller(PLC) of Mitsubishi FX-2N series as the main c

4、ontrol unit, used the Variable-Frequency Drive(VFD) to change the direction and speed of the motor, so as to construct a control system of industrial washing machine, implementing multiple functions of a washing machine in terms of water entering, washing, draining, dewatering and others.Key words:

5、Industrial washing machine; PLC; VFD1 緒論1.1 工業(yè)洗衣機簡介工業(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,他與家用洗衣機相比具有洗滌容量大(每次可洗干衣數(shù)十至數(shù)百公斤 )、洗滌效果好、成本低、效率高、污染小等特點,工業(yè)洗衣機與一般家庭用全自動洗衣機在功能上基本相同,家庭用洗衣機利用水流使衣物互相摩擦,從而去掉污垢;而工業(yè)洗衣機則利用桶軸的橫向轉動,使衣物上下翻滾,把污垢擠壓出來,即所謂的敲打式洗滌。使用的洗滌劑也是堿性的,因而可以得到比家庭用洗衣機更好的洗滌效果1.2 工業(yè)洗衣機的發(fā)展工業(yè)洗衣機也叫水洗機，是工業(yè)行業(yè)中不可缺少

6、的一個產(chǎn)業(yè)，早在一百多年前就開始興起，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，工業(yè)洗衣機經(jīng)過了幾次大的革命，最終發(fā)展成為現(xiàn)在的工業(yè)洗衣機，發(fā)展過程有以下幾個階段：第一階段：木制手搖工業(yè)洗衣機，早在1874年美國人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖工業(yè)洗衣機，木制手搖工業(yè)洗衣機就是在一個木筒里裝上6片葉片，用手柄和齒輪傳動，讓衣物在木桶里翻滾，達到洗滌效果，木制手搖工業(yè)洗衣機的問世讓工業(yè)洗衣機的發(fā)展有了啟發(fā)，為工業(yè)洗衣機的發(fā)展奠定了基礎。第二階段：蒸汽工業(yè)洗衣機的問世，在此的蒸汽工業(yè)洗衣機和現(xiàn)在的蒸汽工業(yè)洗衣機是不同的，1880你那的蒸汽工業(yè)洗衣機，是通過蒸汽取代人力手搖，是工業(yè)洗衣機的一大進步，之后出現(xiàn)的水力工業(yè)洗衣機和

7、內燃機工業(yè)洗衣機也是一樣的道理。第三階段：電動工業(yè)洗衣機，1911年依然在美國研制出了世界上第一臺電動工業(yè)洗衣機，電動工業(yè)洗衣機的問世是一個新的里程碑，為工業(yè)洗滌行業(yè)的發(fā)展開創(chuàng)了新的歷史，同時標志著人類電動化的開始。第四階段：攪拌式工業(yè)洗衣機，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，依然是美國研制出新的洗衣方法，就是攪拌式工業(yè)洗衣機，此款洗衣機就是利用筒中心樹立一個立軸，在立軸的下面裝一個攪拌翼，用電動機帶動軸進行周期性運作，讓衣物和水不斷翻滾已達到洗滌效果。第五階段：前置式滾動洗衣機的問世讓電動洗衣機躍上了一個新的臺階，1932年美國本德克斯航空公司研制出了前置式滾筒工業(yè)洗衣機此款工業(yè)洗衣機集洗滌、漂洗、脫水在一

8、個滾筒里面完成，此款洗衣機的誕生在工業(yè)以及家用洗衣機中都起到了決定性的作用。第六階段：噴流式工業(yè)洗衣機，英國研制并生成出的噴流式工業(yè)洗衣機，噴流式工業(yè)洗衣機是靠筒體的一側運轉波輪產(chǎn)生強烈的水流使衣物和洗滌液在桶內翻滾已達到洗滌效果。第七階段：波輪式工業(yè)洗衣機，波輪式工業(yè)洗衣機是由日本在1955年根據(jù)英國的噴流式改進的獨特的、一直使用至今的工業(yè)洗衣機，波輪式洗衣機是由電動機帶動波輪轉動，衣物隨水不斷上下翻滾，從而達到洗滌效果。第八階段：半自動工業(yè)洗衣機的誕生，20世紀60年代由日本研制出半自動洗衣機，半自動洗衣機開始誕生讓洗衣機在家庭中的普及率提高。第九階段：全自動工業(yè)洗衣機，在70年代后期，由

9、電腦控制的全自動洗衣機問世為洗滌行業(yè)開出了新的世界，經(jīng)過80年代的發(fā)展，到90年代，隨著科技的高速發(fā)展，電動機的革新，相繼對全自動工業(yè)洗衣機不斷更新，出現(xiàn)了現(xiàn)在的全自動工業(yè)洗衣機，新一代的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。1.3 工業(yè)洗衣機類型工業(yè)洗衣機按其用途可分為干洗機類、水洗機、烘干機、熨燙機、折疊機類、輔助機械類（熨燙平臺，去漬臺，小型蒸汽發(fā)生器，衣物運送機械）。上述六大類工業(yè)洗滌設備適用于賓館、酒店、專業(yè)洗滌公司、部隊、醫(yī)院和洗店，通常星級賓館使用成套洗滌設備，包括干洗、水洗、烘干、熨燙、折疊各類設備，而醫(yī)院部隊則常用干洗機、洗脫機、烘干機和萬能夾機等，小型洗衣店視其業(yè)務選擇干洗機，水洗機及相應的小型設

10、備。按結構形式按工業(yè)洗衣機結構形式的不同，可分為單桶工業(yè)洗衣機、雙桶工業(yè)洗衣機和套桶工業(yè)洗衣機三種類型。單桶工業(yè)洗衣機。顧名思義，即在單桶內實現(xiàn)洗滌和漂洗兩種功能，而且需要人工轉換。單桶工業(yè)洗衣機體積小、重量輕、價格便宜，但因其只是作為一種輔助洗衣的工具，目前已逐漸被淘汰。雙桶工業(yè)洗衣機。雙桶工業(yè)洗衣機是單桶水洗機與脫水機的組合，類似微電腦臥式工業(yè)水洗機。它的洗滌系統(tǒng)與脫水系統(tǒng)是相對獨立的，由兩臺電動機分別取得波輪和脫水桶，洗滌或脫水時間也是由兩個定時器分別控制的。除了普通型外，這種水洗機還可制成洗、漂連續(xù)或漂、脫連續(xù)的半自動型。套桶工業(yè)洗衣機。套桶工業(yè)洗衣機的桶體由同軸的內、外兩個桶組成。典

11、型的套桶水洗機是微電腦立式工業(yè)洗衣機，波輪式套桶水洗機的外桶固定，用來盛放洗衣液，側壁上開有許多小孔的內桶用來盛放衣物。洗滌或漂洗時只有波輪轉而內桶不動;在脫水時，內桶與波輪同步高速運轉。滾筒式水洗機也是套桶式結構，只是它的軸是水平的。為了使洗衣過程完全自動化，全自動工業(yè)水洗機均采用滾桶式結構。按洗滌方式不同，分為波輪式、滾筒式和攪拌式。波輪式工業(yè)洗衣機。其特點是洗衣桶的底部有一只波輪，電動機帶動波輪轉動，衣物依靠波輪的轉動，不斷上下翻滾而達到洗凈目的。波輪式水洗機的優(yōu)點是結構簡單，維修方便，洗凈率高，洗滌時間短，品種多樣。缺點是衣物磨損率大，纏繞率高，用水良多，洗凈的均勻性不夠。目前我國市場

12、主要是這種波輪式水洗機。滾筒式工業(yè)洗衣機。其特點是有一個盛水的圓柱形外桶，桶中有一個可旋轉的內桶。電動機帶動內桶轉動，是衣物上下翻滾、摔落，從而達到凈衣的目的。滾筒式工業(yè)洗衣機的優(yōu)點是衣物磨損低，不纏繞，洗滌用水量少，容易實現(xiàn)自動化。缺點是結構復雜，體積大，使用金屬材料多，成本較高，價格高于波輪式水洗機，洗滌時間較長。攪拌式工業(yè)洗衣機。攪拌式洗衣機通俗來講，就是通過波輪循環(huán)攪拌衣物。一般攪拌式洗衣機由內桶，外桶，攪拌波輪，電機還有電腦控制器等組成。攪拌式工業(yè)洗衣機的優(yōu)點是衣物潔凈力最強，效果最好，比較省洗衣粉，洗潔均勻，不磨損、省電，缺點是比波輪式，滾筒式的噪音大。1.4 工業(yè)洗衣機的原理及其

13、特點工業(yè)洗衣機利用電動機的機械做功使?jié)L筒旋轉，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復運動，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。因為衣物在洗滌過程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機內洗滌，做到真正的全面洗滌性能。工業(yè)洗衣機的外殼用的是冷板或者不銹鋼，內膽為不銹鋼，工業(yè)洗衣機的容量在30300kg，電源是使用工業(yè)用電交流380V，三相電動機做動力。因此，工業(yè)洗衣機有耐腐蝕，洗滌量大，可以接受連續(xù)的高負荷運轉 ，抗疲勞程度高的特點。隨著工業(yè)自動化的技術化的發(fā)展，全自動工業(yè)洗衣機采用PLC控制整個工作程序，其洗滌、漂洗和脫水3種功能之間均能自動轉換，在程序

14、控制器下，自動完成進水、預浸、預洗、洗滌、漂洗、排水、脫水和報警燈程序讓工業(yè)洗衣機有磨損小、省力、省時、使用方便等的優(yōu)點。1.5 設計意義本文主要研究基于可編程控制器（PLC）工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計，以工業(yè)洗衣機為載體，將PLC控制更好的運用于實踐中，使理論與實踐相結合能夠讓我們更好地學到更多的知識發(fā)展自己。利用PLC的操作簡單、抗干擾性強、輸入輸出接口多、運行速度快、穩(wěn)定可靠、維護與維修方便,使洗衣機更趨于經(jīng)濟的需求和社會的發(fā)展。PLC控制的洗衣機可靠性高、耗電少、壽命長、環(huán)境適應能力強，適合工業(yè)洗機的發(fā)展需要，而且工業(yè)洗衣機利潤高，使PLC的洗衣機得到更好的發(fā)展，具有較大的經(jīng)濟和社會意義

15、。1.6 系統(tǒng)功能簡介該工業(yè)洗衣機容量設定為100kg，為滾筒式洗衣機，通過按鈕來操作洗衣機運行，按下啟動按鈕洗衣機開始進水，根據(jù)衣服的多少選擇相應水位，通過水位檢測傳感器，能夠控制水位高度。經(jīng)過洗衣機的洗滌后，自動實現(xiàn)排水脫水功能，然后循環(huán)三次，報警5秒停止工作。控制系統(tǒng)以PLC為核心，利用變頻器、傳感器實現(xiàn)電機的自動化，控制使工業(yè)洗衣機的性能得到很大的改善。水位檢測系統(tǒng)、進水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、變頻調速系統(tǒng)、電機等組成。PLC系統(tǒng)主要有可編程控制器、在系統(tǒng)中是處于中心位置，洗衣機的進水洗衣排水脫水是通過水位開關作為PLC的輸入信號控制開關，PLC的輸出信號決定電磁進水閥和電磁排水閥工作狀態(tài)以及

16、電機工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)自動控制的。水位開關用來控制進水到洗衣機內高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將水注入。排水時，電磁排水閥打開，將水排出。洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時脫水桶啟動。并帶有中途揭蓋功能，方便檢查洗衣情況。工業(yè)洗衣機如圖1圖1 工業(yè)洗衣機原理圖1.7 控制方案的確定工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)。各種控制系統(tǒng)的特點及存在的問題如下：繼電器控制系統(tǒng)：優(yōu)點是所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。器件價格便宜。缺點是系統(tǒng)接線復雜，使系統(tǒng)的控

17、制功能不易增加，技術水平難以提高, 系統(tǒng)結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大，影響居住人員的生活質量。單片機控制系統(tǒng)：以單片機為中心控制系統(tǒng)工作的工業(yè)洗衣機中，由于現(xiàn)在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設計起來，成本比較低?？梢詫ν獠看鎯θ萘扛鶕?jù)需要進行擴展，設計可以相對比較靈活?，F(xiàn)存有許多已經(jīng)設計很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設計中可以直接調用，減少較大工作量。單片機適合于實時工業(yè)控制，相對于微機它價格較為低廉，可編程性和可擴展性強。但單片機存在著一些本身不能克服的缺點，系統(tǒng)硬件設計相對比較復雜，電路設計工作量相對較大，且單片機的指令系統(tǒng)相對復雜，編寫洗滌、脫水程序

18、也相對復雜；其次，在設計控制系統(tǒng)硬件時，要有多種電路保護裝置，如電流保護電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等，這樣不但增加了硬件的復雜性，而且隱含較高的故障率，還無形地增加了維修成本費用。PLC控制系統(tǒng)：PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)計算機，它與普通微機一樣，以通用或專用CPU作為字處理器，實現(xiàn)字運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器，進行點、位運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、易維修、編程簡單、靈活性強等特點。1、可靠性對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。（1）PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間

19、短。（2）PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，使可靠性提高。（3）PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。（4）PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程錯誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件使可靠性大大提高。（5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器內容的保護等。（6）PLC的軟件

20、方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。2、易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面：（1）操作方便PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序尋找，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。（2）編程方便PLC有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。（3）維修方便P

21、LC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。3、靈活性PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展。（2）擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、A/D和D/A的擴展、應用和控制范圍的擴展。PLC控制洗衣機的優(yōu)點（1）在洗衣機控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對洗衣機運行的自動控制，可靠性大大提高。（2）去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結構簡

22、單，外部線路簡化，并且可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。（3）PLC可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。PLC控制系統(tǒng)也存在一定的缺點，PLC價格較高，增加設備成本，而且PLC的體系結構是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容， 編程語言及指令系統(tǒng)也各異，當用戶選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應的控制規(guī)程，并且學習特定的編程語言。綜合以上的比較可知，PLC控制系統(tǒng)明顯優(yōu)于其他的控制系統(tǒng)，所以本次設計選擇PLC控制系統(tǒng)作為控制方案。2 系統(tǒng)硬件設計2.1 PLC選型應用較廣泛的PLC品牌有三菱、西門子、施耐德、臺達、松下、歐姆龍、富士、光洋、永宏、日立

23、、羅克韋爾.每種品牌的PLC的配置不一樣，也各有優(yōu)缺。根據(jù)設計的要求和結合實際應用的情況，本設計采用了大眾品牌三菱FX2N系列的PLC。 FX2N系列的PLC在中小型控制系統(tǒng)中比較占有優(yōu)勢和市場,它的特點是集成型高性能，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256 點；運算速度高；擁有豐富的存貯資源，可以擴展到最大16000 步。它適用于工業(yè)洗衣機的設計，不僅編程簡單，價格便宜，而且維修也容易。2.1.1 輸入模塊的選擇輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為PLC內部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內、外信號的電氣隔離。輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直

24、流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場合，如5V輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。本設計只涉及數(shù)字輸入模塊，其選擇原則按工藝要求。根據(jù)上述選擇原則和輸入點數(shù)的要求，本設計選用了數(shù)字輸入模塊，其工作電壓是直流103

25、1.2V，最大斷開狀態(tài)電流是1.5mA，輸入點數(shù)16點，分兩組每組8點。2.1.2 輸出模塊的選擇輸出模塊是將PLC內部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)PLC內外信號的電氣隔離。輸出模塊的輸出電流 (驅動能力)必須大于PLC外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流選擇輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，公共輸出端的電流通常要比此輸出設備的累計電流值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的604輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。這

26、次設計選擇繼電器輸出型。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，帶能力強載而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢，壽命較短、可靠性較差，適用于不頻繁通斷的場合。1 42.1.3 I/O分配合理地選擇I/O點數(shù)是PLC的重要指標之一。I/O的選擇既要滿足系統(tǒng)的控制要求又要在合理范圍降低投資成本。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調整和擴充，一般選擇比控制點數(shù)多10% 15%的PLC。這有幾方

27、面的考慮。1、可以彌補設計過程中遺漏的點2、能夠保證在運行過程中個別的點有故障時，可以有代替點3、將來增加點數(shù)的需要表1 工業(yè)洗衣機I/O分配表輸入點按鈕功能輸出點功能X0SB0啟動Y0進水X1SB1停止Y1排水X2SQ1高水位開關Y2正轉X3SQ2中水位開關Y3反轉X4SQ3低水位開關Y10均布X5SB2中途揭蓋Y11中速脫水Y12高速脫水Y13報警根據(jù)I/O分配表可知，本次設計有6個輸入/8個輸出，考慮1015的裕量，故選擇32點I/O輸出口的PLC，再估算程序所需步數(shù)，擴展模塊的數(shù)量，以及設計，性能和和價格等方面的考慮這次工業(yè)洗衣控制系統(tǒng)選擇了三菱的FX2N-32MR的PLC。輸出類型為

28、繼電器型，繼電器型輸出方式是較為常用的輸出接口電路類型，具有較強的負載能力，外接電源為AC220V ,CPU運算處理速度0.08S/基本指令，在I/O方面，有16個輸入點，16個輸出點，擴展模塊可用點數(shù)為24-32，內附8K步 RAM，最大可達16K(包括注析)。4 102.2 電機調速系統(tǒng)設計2.2.1 調速系統(tǒng)選擇由于工業(yè)洗衣機在洗滌和脫水時電機轉速相差很大，所以最初工業(yè)洗衣機滾筒轉速的控制都是采用雙速電機、三速電機乃至兩個雙速電機作為驅動力，通過皮帶將動能傳遞給滾筒，滾筒在轉動過程中，帶動并攪拌衣物與洗滌溶液，達到洗凈衣物的目的。雙速電機調速屬于異步電動機變極調速，是通過改變定子繞組的連

29、接方法達到改變定子旋轉磁場磁極對數(shù)，從而改變電動機的轉速。但采用雙速電機調速的缺點很多，轉速固定，無法滿足不同衣物需要不同洗滌和脫水速度的需求、電機最大速度受極數(shù)限制、脫水時的高轉速和大轉矩無法同時滿足，致使衣物的脫水率較低。在調速的時候要通過離合器、皮帶輪、以及正反轉開關等反復切換實現(xiàn)不同的轉速，在減速的時候還需要制動裝置。隨著衣物高級化和洗滌劑的多樣化，在洗滌，漂洗，均布，脫水等方面，原來的1-2段調速已經(jīng)很難達到人們的要求。此外，雙速電機還有啟動電流大、浪費電能、停機時需要機械剎車、機械噪聲大且容易發(fā)生故障等不足之處。變頻調速的出現(xiàn)基本可以解決雙速電機控制所存在的問題，變頻調速是在保證電

30、機性能不變的情況下利用變頻器通過改變電動機定子電源的頻率，讓一臺電機的同步轉速從低速到高速大范圍的調整。變頻器調速有以下四種方式： V/f=C的正弦脈寬調制(SPWM)控制方式：V/F控制方式是最早實現(xiàn)的調速方式。無需轉速傳感器，控制電路比較簡單，電機選擇通用標準異步電動機，械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求。根據(jù)電機銘牌參數(shù)，通過調節(jié)逆變輸出電壓實現(xiàn)電機的速度調節(jié)，設定V/F曲線性價比也相對較高，因此在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。缺點是由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差。 （2）電

31、壓空間矢量(SVPWM)控制方式：它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉矩的調節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 (3) 矢量控制(VC)方式：矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變

32、換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。（

33、4）直接轉矩控制（DTC）方式：直接轉矩控制也稱之為“直接自控制”，這種“直接自控制”的思想是以轉矩為中心來進行磁鏈、轉矩的綜合控制。通過檢測電機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電機的磁鏈和轉矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實現(xiàn)磁鏈和轉矩的直接控制。它控制結構簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉矩響應迅速且無超調，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調速控制方式。根據(jù)工業(yè)洗衣機調速精度要求相對較低，還有成本等因素并結合自身學習的能力，在本次設計當中，我選擇了矢量控制(VC)方式作為本次工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的調速控制方案。72.2.2 電機選型實現(xiàn)電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。

34、電機是利用電磁感應原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱為發(fā)電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別是三相異步電動機，因為它具有結構簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。三相交流異步電動機的選用，主要從選用的電動機的額定功率、工作電壓、種類、型式等方面進行選擇。其中最主要的是額定功率的選擇。1、種類和型式的選擇生產(chǎn)上常用的是三相交流電，如沒有特殊要求，多采用交流電動機。由于三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其缺點是調速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差，對于工業(yè)洗衣機這類在要求機械特性較硬

35、而無特殊要求的一般生產(chǎn)機械的拖動都采用鼠籠式異步電動機2、結構形式的選擇在不同的工作環(huán)境，應采用不同結構形式的電動機，以保護電動機長期工作而不被損壞。電動機常用的結構形式有：開啟式、防護式、封閉式和防爆式。a)開啟式開啟式電動機的價格便宜，散熱條件最好，但由于轉子和繞組暴露在空氣中，容易被水汽、 灰塵、 鐵屑、油污等侵蝕,影響電動機的正常工作及使用壽命。因此，它只能用于干燥、灰塵很少又無腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境。b) 防護式 防護式電動機一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動機內部，但不能防止潮氣及灰塵的侵入。它只適用于較干燥且灰塵不多又無腐蝕性和爆炸性氣體的工作環(huán)境。這種電動機的通風散熱條件

36、也較好。c)封閉式封閉式電動機有自冷式、強迫通風式和密閉式三種。自冷式電動機一般自帶風扇，自冷式和強迫通風式電動機能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動機，潮濕空氣和灰塵也不易侵入，因此適用于潮濕、多塵、易受風雨侵蝕，有腐蝕性氣體等較惡劣的工作環(huán)境，應用最普遍。而密閉式電動機，則適用于浸入液體中的生產(chǎn)機械，如潛水泵等。d)防爆式 防爆式電動機是在密封結構的基礎上制成隔爆型、增安型和正壓型等，適用于有爆炸危險的工作環(huán)境，如礦井、油庫、煤氣站等場所。工業(yè)洗衣機一般用于各類服裝水洗長，印染廠，醫(yī)院，賓館，化工廠，部隊，礦山，消防等企事業(yè)單位。環(huán)境相對潮濕和有較多灰塵和腐蝕性氣體。所以選擇自冷式電機。3、

37、電壓等級和轉速的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機的類型，功率以及使用地點的電壓來決定。交流電動機額定電壓的選擇主要按使用場所的供電電壓等級選擇。這里選擇中小型三相異步電動機常用的額定電壓220/380 V（/Y形接法)電動機的額定轉速是根據(jù)生產(chǎn)機械傳動系統(tǒng)的要求來選擇的。一般采用高轉速的電動機。在一定功率時，電動機的額定轉速越高,其體積越小，重量越輕，價格越低，運行的效率越高，電動機的飛輪矩越小，因此選用高速電動機較經(jīng)濟。表2是工業(yè)洗衣機各階段的轉速情況。表2工業(yè)洗衣機各階段轉速和頻率情況階段洗滌均布中脫高脫轉速、頻率100r/ min（25Hz）200 r/min(52Hz)400 r

38、/min(100Hz)700 r/min(140Hz)根據(jù)以上分析，本次設計選用全封閉自扇風冷式鼠籠型三相交流異步電動機，型號為Y132M-4，極數(shù)為4極，額定功率為7.5KW，額定電流15.4A，額定轉速1440r/min,同步轉速1500r/min,功率因數(shù)0.85，額定頻率50Hz，效率87%。2.2.3 變頻器選型變頻器的正確選用是機械設備電控系統(tǒng)正常運行的重要因素之一。選擇變頻器，有型號、電壓級別、最大適配機 、電源、控制特性五方面考慮。1、型號一般廠家自動的系列名稱，包括電壓等級和可適配電機的容量2、電壓級別根據(jù)各國的工業(yè)標準或用途不同，其電壓等級也不相同，所以在選變頻器時要注意電

39、壓級別是否與電源電壓和電機的電壓相符合3、最大適配電機在最大適配電機中，通常給出最大適配電機的容量，容量一般以四極普通異步電機為對象4、電源變頻器對電源的主要有電壓/頻率，允許電壓變化率和允許頻率變化率兩方面5、控制特性A、電壓型還是電流型B、U/f,轉差頻率控制方式或矢量控制C、輸出頻率范圍，一般最低為0.1Hz，最高頻率因變頻器性能而異 5、變頻器容量計算變頻器調速是通過變頻器實現(xiàn)，對于變頻器的容量至關重要。計算容量一般采用公式法。Pb=1.05pm/hmcosPm為電機負載，hm為電機功率經(jīng)過計算，變頻器容量為8kw,根據(jù)上述標準，工業(yè)洗衣機一般采用通用型變頻器，采用U/f型控制方式，由

40、于變速頻繁，所以選用電流型變頻器，因此本次設計采用的是三菱FRF700系列的變頻器，型號為FR-F740-11K-CHT(1),適用電機容量11KW，額定電流20A,電壓為3相380V,電壓等級為400V，控制方式為V/F方式最佳勵磁控制方式先進磁通矢量控制方式通用磁通矢量控制方式。變速為15段變速。內置獨立RS485通訊接口，柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行，允許短時超載（200%時持續(xù)3s）變頻器表面帶PU接口，維護簡單，配有梳型配線蓋板，接線更方便。有轉矩限制，容量范圍為22.1kw. 考慮到變頻器調速的限制，添加機械減速裝置，增加輸出轉矩，使變頻器調速達到所需轉速。6 92.2.4 PLC

41、與變頻器的連接本設計采用常用的PLC的開關量信號來控制變頻器，PLC的輸出點、COM點直接與變頻器的STF、STR、RH、RM、RL、輸入端SD等端口分別相連，PLC可以通過程序控制變頻器的啟動、停止、復位；也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實現(xiàn)多段速度運行。圖2為PLC與變頻器的連接。6圖2 PLC與變頻器的連接2.3 電磁閥選型 電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥按照功能分別有：水用

42、電磁閥、蒸汽電磁閥、制冷電磁閥、低溫電磁閥、燃氣電磁閥、消防電磁閥、氨用電磁閥、氣體電磁閥、液體電磁閥、微型電磁閥、脈沖電磁閥、液壓電磁閥 常開電磁閥、油用電磁閥、直流電磁閥、高壓電磁閥、防爆電磁閥等。工業(yè)洗衣機上的電磁閥主要配變頻器控制機器的進水和放水，因此我們選擇了水用電磁閥。具體參數(shù)如表4表4 電磁閥參數(shù)工作電壓V（可選）AC 220V 流量特性L/min進水壓0.02Mpa時5L/min 進水壓0.25Mpa時15L/min進水壓0.8Mpa時25L/min適用流體公共用水、氣、油及其它流體進、出水口徑進水口G3/4（6分外螺紋,26mm） 出水口312mm產(chǎn)品尺寸1108259mm安

43、裝尺寸45 mm(安裝孔中心距)2.4水位開關選型容器內的水位傳感器，將感受到的水位信號傳送到控制器，控制器內的計算機將實測的水位信號與設定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質，向給水電動閥發(fā)出開關的指令，保證容器達到設定水位本次設計選用雙水位電子式水位開關，型號為BZ201，工作電壓DC12V。電子式水位開關全耐用、穩(wěn)定可靠、耐污耐水垢能力強、接線簡單、安裝非常方便。 2.5其他硬件選擇1、熱繼電器的選擇熱繼電器是實現(xiàn)過載保護的功能。選擇型號為JR16-20/3的熱繼電器。2、熔斷器的選擇熔斷器選擇螺旋式的，明顯的優(yōu)點是不用任何工具就可取下或更換熔體。熔斷器熔體額定電流的選定，由于電路

44、中只有一臺電機，斷器額定電流Ifu=IN(1.52.5) 其中為電動機額定電流，由計算式得IFU1=2IN，所以FU1FU3的額定電流為30.8A，型號選為RL6-633、接觸器的選擇交流接觸器，一般有3對主觸頭，2對輔助觸頭。其額定電壓應大于或等于所控線路的電壓，主觸頭的電流為電動機的額定電流。因此選額定電流為16A的接觸器，型號為CJX2-1801，線圈電壓為380V的交流接觸器。4、按鈕的選擇用啟動停止和選擇水位按鈕來控制工業(yè)洗衣機系統(tǒng)。按鈕有常開和常閉觸頭，主要根據(jù)所需要的觸點數(shù)、適用場合及顏色來選擇。一般紅色按鈕表示停止，綠色表示啟動，所以選用型號為LAY37的按鈕。3 工業(yè)洗衣機軟

45、件系統(tǒng)設計3.1 洗衣機控制要求根據(jù)衣服多少，選擇高或中水位，再按下啟動按鈕；1、PLC和變頻器投入運行，系統(tǒng)處于輸出狀態(tài)準備好啟動2、根據(jù)衣服多少選擇高水位或低水位，啟動時開始進水3、當注入的水達到設定水位值時停止進水，10S后開始洗滌4、洗滌時，電機在變頻器的控制下5S達到轉速，然后正轉30S后停10S，然后開始反轉，同樣電機在變頻器的控制下5S達到要求轉速，反轉30s，停10S：5、如此循環(huán)，如果正反未滿30次，返回正轉開始動作9、如果正反洗達到30次則開始排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水10、均布3分鐘，中速脫水5分鐘，高速脫水5分鐘就完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程11、洗

46、衣機循環(huán)大循環(huán)3次，洗完報警響5S后自動停機12、通過停止按鈕實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水和報警13、通過中途揭蓋按鈕，可以讓洗衣機暫停運作，再按下中途揭蓋功能可以繼續(xù)停止前的工作。2工業(yè)洗衣機運行流程圖如圖3圖3 工業(yè)洗衣機運行流程圖3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能及PLC程序1、如圖4，通過水位開關互鎖實現(xiàn)水位選擇功能 圖4水位選擇功能2、如圖5 ，通過啟動按鈕X1實現(xiàn)進水 圖5 進水功能3、如圖6，通過正反轉按鈕和相應定時器，實現(xiàn)正反轉功能 圖6正反轉功能4、如圖7，通過計數(shù)器C0，進入排水功能 圖7排水功能5、如圖8，圖9，圖10，通過相應計數(shù)器接力，實現(xiàn)均布，中速脫水，高速脫水 圖8均布圖9中速

47、脫水圖10 高速脫水4 系統(tǒng)組裝與調試4. 1 硬件系統(tǒng)組裝與調試主要難點是變頻器的安裝和變頻器參數(shù)設置。變頻器要安照規(guī)范地安裝在壁面，不能進行水平或其他方式安裝。變頻器的輸出端子U、V、W要連接到電機，不能連接到AC電源。變頻器要正確接地，接地電阻小于10歐，變頻器安裝在沒有水滴飛濺的場合。主回路端子與導線必須牢固連接，變頻器與電機之間連線過長，要加電抗器。變頻器輸入側與電源之間應安裝空氣開關和熔斷器。接線后，零碎線頭要清楚干凈，零碎線頭可能造成異常、失靈和故障，必須保持變頻器清潔，在控制臺上打孔時，不能讓碎片掉入變頻器中。在應用變頻器時，要先了解變頻器控制面板的各個按鍵的功能。表3為變頻器

48、各個按鍵功能。 表3變頻器按鍵功能按鍵說明RUN鍵啟動MODE鍵用于選擇操作模式或設定模式SET鍵用于確定頻率和參數(shù)的設定/鍵用于連續(xù)增加或降低運行頻率，按下這個按鍵可改變頻率在設定模式中按下此鍵，則可連續(xù)設定參數(shù)FWD鍵用于給出正轉指令REV鍵用于給出反轉指令STOP鍵/REST鍵用于停止運行用于保護功能動作輸出停止時復位變頻器在使用變頻器前，要進行模式設置，在PU操作模式中要把出廠時的Pr.79的值選為1。8參數(shù)設定只有在Pr.79選擇模式時可以實施，一個參數(shù)值的設定既可以用數(shù)字鍵設定也可以用增減來完成，按下SET鍵1.5S寫入設定值并更新，另外，作為與運行模式無關的設定方法，可將Pr.7

49、7設為2，表4為設定所需的參數(shù)值的設定表4。8表4 參數(shù)值設定及其功能參數(shù)號設定值功能Pr.792外部運行模式Pr.2050加速基準頻率Pr.18160高速上限頻率Pr.20下限頻率Pr.350基底頻率Pr.4140高速頻率Pr.5 100中速頻率Pr.6 25低速頻率Pr.7 5加速時間Pr.8 5減速時間Pr.814電動機極數(shù)Pr.83380電動機額定電壓Pr.8450電動機額定頻率工業(yè)洗衣機在洗滌時，由于滾筒內有水和衣服并存，所以在洗滌的時候，衣服和溶劑的重量大約是干燥時的5倍，所以在洗滌的時候轉矩較大，此時變頻器處于低頻高負荷狀態(tài)，要求轉矩輸出，脫水時，由于水已經(jīng)排出，負載轉矩降低，約

50、為洗滌時的10%-20%，調節(jié)V/F曲線，使高于基頻的電機處于恒功率狀態(tài)，并且為使衣物在滾筒內均勻分布而保持高慣性。由于電機為直接啟動或Y/啟動，啟動電流等于（3-7）倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的損壞，而且會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對設備的使用壽命極為不利。用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電的要求延長了設備和模具的使用壽命。變頻器的軟啟動是把變頻器的開關量輸出常閉點接到所要控制的運行繼電器上，定義該點為頻率到達，設定為50Hz。這樣到達頻率后就能停止繼電器，同時用這個繼電器的另一組常開觸點作為工

51、頻啟動的信號，通過時間繼電器1秒的延時切換到工頻。另外，液位開關和PLC連接時，開關的兩根線一根接到PLC輸入端的對應輸入點。另一根接外部電源的一端，外部電源的另一端接到PLC的輸入端公關端（COM）.4.2軟件調試本設計的PLC編程環(huán)境使用GX Developer8.6，全部基本指令和功能指令都有，支持在線監(jiān)控，PLC編程時，需要同時執(zhí)行的指令都盡量避免順序執(zhí)行，且盡可能地簡化程序，減少程序步數(shù)，編程的時候選擇狀態(tài)轉移圖轉為梯形圖，這樣比直接用梯形圖編寫思維清晰而且查錯容易。在檢查程序無誤后，將指令寫入到指定的可編程控制器用戶儲存器中，進行下一步的調試。程序的調試選用GX Simulator

52、。經(jīng)過反復調試，程序正常運行。5 結論與展望5.1 結論在本設計系統(tǒng)中，考慮到工業(yè)洗衣機的電機轉速問題，選擇了變頻器。經(jīng)過對變頻器的學習，認識到變頻器在調速方面的優(yōu)勢，比傳統(tǒng)的多速電機調速更為準確，而且噪音也相對較低，在學習變頻器的時候，認識到自己的知識面的狹窄，為了更好地了解變頻器，更要去查閱相關的選項手冊和使用手冊，能讓我們更能了解變頻器的特性。在選型的過程，不僅僅是單純的理論選型，也不是單方面的考慮，PLC，變頻器，電機，這三個主要硬件的選型是緊密相連的，要綜合考慮。5.2 展望在設計該工業(yè)洗衣機功能方面還有許多待進一步提高。比如洗衣機自帶加熱功能，工業(yè)洗衣機所洗衣物一般有大量油污，而這

53、次所設計的洗衣機因為個人能力問題并沒加到加熱功能，還有，沒有手動排水功能，如果遇上故障，不能及時排水。這次設計，并沒有使用觸摸屏控制而是選擇傳統(tǒng)的按鈕控制，加入觸摸屏功能，再結合變頻器，不僅操作方便而且能更清楚了解各個硬件的運行狀態(tài)和參數(shù)的變化。這些功能在工業(yè)洗衣機中也能夠實現(xiàn),還需得以進一步提高。通過本控制系統(tǒng)的設計,不僅能夠培養(yǎng)獨立的工作能力,而且也能夠提高動手的能力相信會對今后的學習、工作、生活有著非常重要的影響。總之,這次設計為以后面向實際應用打開了大門，也為以后做各項工作和進一步學習奠定了基礎。參考文獻1 洪志育. 例說PLC M北京：人民郵電出版社，2006: 15-40.2 郭丙君. 深入淺出三菱FX系列PLC技術及應用實例 M北京：中國電力出版社，2010: 20-45.3 楊后川. 三菱PLC應用100例 M北京：電子工業(yè)出版社，2011.4 范永勝、 王岷. 電氣控制與PLC應用 第二版 M 北京：中國電力出版社出版，2007: 126-212.5 張新德、劉淑華. 圖說洗衣機原理與快修 M北京：機械工業(yè)出版社，2011.10