PLC與變頻器在工業洗衣機中的綜合應用研究

秦 沖

（三門峽職業技術學院，河南三門峽 472000）

0 引言

與家用洗衣機相比，工業洗衣機主要是用來滿足大容量、大功率的洗衣要求，主要應用于賓館、酒店、醫院、服裝廠、水洗廠及工礦企業等[1]。其中用得最多的是滾筒式洗衣，主要是由電動機帶動滾筒進行旋轉，所洗衣物在滾筒的作用下被重復提升和摔下，如此往復循環，在洗衣粉、洗衣液和水的共同作用下才能保證被洗干凈。滾筒式洗衣機能夠改善普通洗衣機洗衣服時對衣物的纏繞、洗滌不均勻、磨損衣物等問題[2]，因此工業洗衣機可以洗羊絨毛、真絲類的衣物。為了實現工業洗衣機的自動洗衣，本文按照工業洗衣機的控制系統要求及原理，對工業洗衣機的控制系統進行了硬件及程序設計，運用變頻器程序運行參數的設置和外部端子的連接實現工業洗衣機的多段調速。實現斜坡增速和斜坡減速的效果，利用液位傳感器來判別高低水位，從而實現工業洗衣機的自動化控制，提高工作效率。

1 工業洗衣機的工作過程及控制要求

1.1 工作流程

為了實現工業洗衣機的自動化，工業洗衣機要打破傳統的雙缸手動洗衣機的工作狀態[3]。按照圖1所示的工作過程進行，工作流程為：按下起動按鈕，洗衣機首先執行進水工作，待水位上升并到達高水位傳感器處時，進水工作停止，電機開始正傳洗滌，洗滌時間持續15 s，15 s后暫停3 s，單機起動反轉洗滌，持續15 s，洗滌完成后暫停3 s，此工作過程為一個小的循環，循環執行3次，如果循環未達到3次，那么，洗衣機要進行返回到正轉開始洗滌，執行下一個小的循環；如果小循環達到3次，整個小循環結束，并且開始排水。水位開始下降，當水位下降到低水位傳感器位置處，執行脫水工作，并且洗衣機繼續排水，脫水時間為10 s，即完成一個大循環。如果大循環達不到3次，則將返回進水進入下一次大循環；如果3次大循環完成，則洗衣機將開始報警，報警時間為10 s，報警后整個工作結束，洗衣機將自動關機。其工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理圖

1.2 控制要求

工業洗衣機的動力源為大功率電機，為了減少洗衣機起動和停止時對電機帶來的沖擊及洗衣機不同工作環境下的轉速[4]，工業洗衣機的電動機要實現斜坡起動和停止，洗衣機的正傳15 s暫停3 s，洗滌反轉15 s暫停3 s的過程使用FR-A540變頻器的程序運行功能實現。用變頻器驅動電動機，洗滌和脫水時的變頻器輸出頻率為50 Hz，其減速時間為2 s[5]。整個控制過程用PLC來實現。高水位和低水位均采用也為傳感器來感知水位，洗衣機的進水和排水均采用電磁閥來控制。

2 軟件設計

2.1 變頻器設置

根據控制要求，變頻器的具體參數設定見表1。

2.2 軟元件設計

根據系統的控制要求，設計思路和變頻器的設定參數，本設計選用的是三菱PLC，型號為FX2N-48MR，共有4各輸入口和7個輸出口，其具體分配如表2所示。

表1 變頻器參數

表2 工業洗衣機PLCI/O分配表

2.3 PLC程序

根據工業洗衣機控制要求及控制流程特點，選擇的程序設計方法為順序功能[6]。此設計方法與經驗設計方法相比具有編程簡單、程序修改方便、便于調試等特點[7]，所以選用順序功能圖來設計工業洗衣機的系統的程序。如圖2所示。

3 硬件設計

根據工業洗衣機的控制要求及I/O分配特點，為了能夠在滿足要求的同時降低成本，該系統選擇FX2N-48MR型號的PLC，利用PLC和變頻器的共同作用來實現工業洗衣機的控制，其控制核心外圍電路連接如圖3所示。

4 過程調試

在進行系統調試時，首先是按照表1設定變頻器的參數，按照圖2進行程序編寫和輸入，把程序下載到通電狀態下的PLC中，根據圖3所示的外圍接線圖把PLC外圍線路進行連接，連接好后進行PLC模擬調試，調試過程中觀察PLC的輸入輸出信號燈是否按照要求工作，若沒有按照要求輸出，則需要檢查外圍接線是否錯誤，程序編寫是否有誤，直到正確輸出為止；變頻器的空載調試階段是把PLC和變頻器按照圖3進行連接，此時不接電機，待PLC和變頻器空載調試，觀察變頻器的操作面板和輸出是否符合設定要求進行，若沒有按照要求，則需要檢查變頻器的參數設定是否有誤，接線是否錯誤及編程是否正確。直到變頻器的輸出正確為止；在進行整個系統調試時，整個設備如圖3所示連接，按下啟動按鈕，觀察電動機是否按照要求運轉，若不能按照要求，檢查整個系統的接線、變頻器參數設置、程序等。直到滿足要求為止。

圖2 SFC圖

圖3 工業洗衣機控制核心外圍電路連接

5 小結

本文在分析工業洗衣機的控制系統要求及原理的基礎上，考慮工業洗衣機的工作環境及工作特點，對工業洗衣機的控制系統進行了硬件及程序設計，運用變頻器程序運行參數的設置和外部端子的連接實現了工業洗衣機的多段調速[8]。實現斜坡增速和斜坡減速的效果，消除了傳統電機制動對洗衣機帶來的損害；利用順序功能圖進行編程，具有高效、便捷的編程效果；利用液位傳感器來判別高低水位，能自動實現程序的轉移；通過對系統的調試，達到了很好的效果，實現工業洗衣機的自動化控制，提高工作效率。