PLC和變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

馮婉研

摘 要：工業(yè)洗衣機(jī)是一類用在工廠、飯店、賓館或洗衣店清洗大批量衣物的洗衣電器設(shè)備，其洗滌工藝如下：進(jìn)水→洗滌正轉(zhuǎn)→暫?！礈旆崔D(zhuǎn)→排水→脫水。在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC與變頻器的應(yīng)用尤其關(guān)鍵。本案選取的是三菱FX2N-48MR型PLC和德國GVF-G3變頻器。通過工業(yè)洗衣機(jī)實際運(yùn)行情況以及功能要求，本人將結(jié)合工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與相關(guān)知識，深入分析采用三菱FX2N-48MR型PLC和德國GVF-G3變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靠干擾能力、控制與操作性能都能滿足工業(yè)洗衣機(jī)的工作要求。

關(guān)鍵詞：工業(yè)洗衣機(jī)；FX2N-48MR型PLC；GVF-G3變頻器；系統(tǒng)調(diào)試

1 前言

工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)一般經(jīng)變頻器接入三相電源，同時用PLC控制程序來調(diào)控工作流程，并在PLC運(yùn)行至洗滌小循環(huán)時，與變頻器接通，此時變頻器將按預(yù)設(shè)的程序來進(jìn)行洗滌小循環(huán)。在這一過程中，全部由變頻器來設(shè)定洗滌正反轉(zhuǎn)、洗滌正反裝轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)暫停時間等參數(shù)，以滿足工業(yè)洗衣機(jī)的工作要求。其中，PLC與變頻器的選型至關(guān)重要。針對變頻器的選型，鑒于變頻器適配電機(jī)容量的額定值應(yīng)比洗衣電動機(jī)大及洗滌時，低速啟動的瞬時負(fù)荷超級大，則要求選用具備低速轉(zhuǎn)速補(bǔ)償功能的變頻器，同時變頻器還應(yīng)內(nèi)置PLC功能，以實現(xiàn)洗衣機(jī)洗滌從正轉(zhuǎn)向反轉(zhuǎn)的循環(huán)動作。鑒于洗滌小循環(huán)借助的是變頻器的調(diào)節(jié)功能，則其在洗滌、脫水時的輸出功率皆設(shè)為50Hz及其加減速時間視情況而定。據(jù)此，本案選用的變頻器是德國博世力士樂研發(fā)的GVF-G3變頻器。針對PLC的選型，本案選用的是三菱公司研發(fā)的FX2N-48MR型PLC，其是一種小型的PLC，具有價格低、擴(kuò)展性能優(yōu)、功能強(qiáng)大及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，可切實滿足工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的工作要求。據(jù)此，本人結(jié)合實踐經(jīng)驗，分別三菱FX2N-48MR型PLC與德國GVF-G3變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 FX2N-48MR型PLC的應(yīng)用

2.1 硬件設(shè)計

為了滿足工業(yè)洗衣機(jī)的工作要求，系統(tǒng)選用的是FX2N-48MR型PLC。其中，輸入點共4個，即其編號和輸入設(shè)備分別為：XO-啟動按鈕、X1-停止按鈕、X2-高水位開關(guān)、X3-低水位開關(guān)；輸出點共6個，即其編號和輸入設(shè)備分別為：Y0-進(jìn)水電磁閥、Y1-排水電磁閥、Y2-脫水電磁閥、Y3-結(jié)束報警指示燈、Y4-變頻器FW端子和Y5-變頻器X1端子。上述設(shè)置方案同時亦可用作PLC的輸入、輸出分配方案。據(jù)此，在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，主電路包括GVF-G3變頻器和三相異步電動機(jī)，其中工業(yè)洗衣機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行由三相異步電動機(jī)來實現(xiàn)；控制電路包括電磁閥、按鈕和PLC等，其中PLC的輸出點Y4、Y5分別控制變頻器FDW和X1端子，并借助內(nèi)置在變頻器中的PLC功能來控制工業(yè)洗衣機(jī)的暫停、暫停動作、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)洗滌，同時由PLC的輸出點Y0-Y3來分別驅(qū)動進(jìn)水、排水、脫水電磁閥和結(jié)束報警指示燈，以防直流24V電壓接入變頻器的COM、FDW和X1端子上。

2.2 軟件設(shè)計

工業(yè)洗衣機(jī)PLC控制應(yīng)用程序應(yīng)用的是PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，詳見圖1。

結(jié)合圖1，工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的工作要求如下：1.在初始狀態(tài)下，按下啟動按鈕，進(jìn)水開始，直至水位升至高水位時，進(jìn)水停止，洗滌正轉(zhuǎn)開始；2.洗滌先正轉(zhuǎn)15s并暫停3s，再反轉(zhuǎn)15s并暫停3s，如此為一個洗滌小循環(huán)；3.若洗滌小循環(huán)少于3次，則再次進(jìn)行洗滌正轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)入下一個小循環(huán)；4.若洗滌小循環(huán)達(dá)到3次，則直接進(jìn)入排水環(huán)節(jié)，并在水位降至低水位時，脫排水開始，脫水時長為10s，如此為一個大循環(huán)；5.若大循環(huán)的次數(shù)少于3次，則再次進(jìn)水，然后再進(jìn)入下一個大循環(huán)；6.若大循環(huán)的次數(shù)達(dá)到3次，則直接進(jìn)入洗完報警環(huán)節(jié)，并在報警10s后自動停機(jī)。其中，在PLC控制中，以電磁閥為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3 GVF-G3變頻器的應(yīng)用

為了滿足工業(yè)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)的工作要求，系統(tǒng)選用的是GVF-G3變頻器，其具有轉(zhuǎn)矩高、段速多、電壓范圍寬、支持正反轉(zhuǎn)及按需調(diào)速等優(yōu)點。其中，按需調(diào)速指的是GVF-G3變頻器可以洗滌劑和衣料等為依據(jù)來調(diào)節(jié)洗衣機(jī)在清洗、洗凈和均布平衡時的轉(zhuǎn)速，從而提高洗衣機(jī)的洗滌轉(zhuǎn)數(shù)與洗滌劑和衣物質(zhì)地的匹配度。應(yīng)用表明，在切換速度時，既不會產(chǎn)生沖擊力，也可省去制動裝置、正反裝開關(guān)和離合器等易損器件，甚至無需維保。另外，根據(jù)GVF-G3變頻器外部使用的配線情況可知，借助三相斷路器開關(guān)，可將外部三相電源接入變頻器的輸入端及將三相電動機(jī)接入變頻器的輸出端，而變頻器的FWD、X、CM信號輸入端子和FX2N-48MR型PLC則用作控制與通信連接。表1所示為GVF-G3變頻器控制應(yīng)用程序的功能參數(shù)設(shè)置表。

在GVF-G3變頻器控制應(yīng)用程序中，共包括17個基本參數(shù)、30個中級參數(shù)、36個高級參數(shù)，且全部取的是GVF-G3變頻器的默認(rèn)值。據(jù)此，可將變頻器在洗滌時的輸出頻率設(shè)為35Hz，并將其在脫水時的輸出頻率設(shè)為低、中、高3個等級，即為50Hz、80Hz和100Hz，注意脫水時的輸出頻率應(yīng)按衣物量來設(shè)定，而變頻器的加減速時間則應(yīng)按實際情況而定。

4 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試

一般來講，可按如下步驟調(diào)試工業(yè)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)：第一，按表1設(shè)定GVF-G3變頻器的運(yùn)行參數(shù)；第二，將設(shè)好的參數(shù)經(jīng)操作面板輸入GVF-G3變頻器中；第三，將圖1所示的PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖輸入FX2N-48MR型PLC中；第四，對PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，并查看輸出指示燈與要求相符與否，其中可將電磁閥線圈替代為指示燈；第五，若相符，對PLC和變頻器進(jìn)行空載調(diào)試，并按圖2連接變頻器，注意電動機(jī)無需連接；第六，運(yùn)行程序，并從操作面板來勘察變頻器的輸出與要求相符與否；第七、連接電動機(jī)及進(jìn)行調(diào)試，并查看電動機(jī)的運(yùn)行與控制要求相符與否。

調(diào)試結(jié)果表明，在FX2N-48MR型PLC、GVF-G3變頻器及電動機(jī)正確連接的前提下，F(xiàn)X2N-48MR型PLC及GVF-G3變頻器的控制應(yīng)用程序都能按預(yù)設(shè)程序工作，從而保證了工業(yè)洗衣機(jī)的運(yùn)行效果。

5 結(jié)語

綜上，在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC與變頻器的應(yīng)用可顯著提高工業(yè)洗衣機(jī)的運(yùn)行效果。但工業(yè)洗衣機(jī)是一種功率較大的電器產(chǎn)品，則在實際使用中，應(yīng)注意如下事項：一是若將工業(yè)洗衣機(jī)用在賓館或社區(qū)洗衣店等場所，應(yīng)將隔音問題考慮其中，并通過將電抗器裝在變頻器的進(jìn)線側(cè)來防止變頻器干擾周圍的電器設(shè)備；二是盡量保持工業(yè)洗衣機(jī)工作環(huán)境的通風(fēng)性和干燥度，以防變頻器因水汽進(jìn)入而發(fā)生電氣短路等問題；三是在確定工業(yè)洗衣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式時，應(yīng)設(shè)均布排水工況，以保證衣物在污水排出時均勻分布；四是鑒于工業(yè)洗衣機(jī)在高速工況下會產(chǎn)生劇烈振動，則建議定期檢查變頻器的安裝情況，以防變頻器被振松。總之，PLC與變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是工業(yè)洗衣機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物，其滿足了當(dāng)前社會的實際需要。但在未來的發(fā)展中，工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的研究應(yīng)做到與時俱進(jìn)，以滿足衣物質(zhì)地多樣化與高級化的發(fā)展要求。

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（作者單位：廣東省佛山南海技師學(xué)院）