PLC和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用

一、引言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 /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“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、 6ES72142 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 ,期间电机处于“ 停 ” 时的惯性转速用耦合器以脉冲方式计测。洗涤衣物量大 ,则脉冲数少;反之脉冲数多。布质检测主要根据衣物纤维的比例分为四档。和布量检测的方法相同 ,只是水位偏低时 ,将测衣量时的脉冲数和测衣质时的脉冲数相减 ,脉冲数差越大 ,表明含纤维比例越多。浑浊程度主要利用光敏传感器检测排水口的光投射率实现。变频器参数设置。根据控制要求 ,变频器应工作在 v / f控制模式 ,且能输出 5种频率、 2种加速度 ,可由 PLC控制其正反转及起停、 频率选择 ,低速运转时应具有转矩提升功能。表 2为变频器的主要参数设置。四、注意事项变频器的使用显著提高了工业洗衣机的性能 ,但作为一种大功率电力电子产品 ,又工作在社区的洗衣房内 ,在使用时有一些注意事项。衣物在低速洗涤时 ,由于滚筒内含有大量水 ,致使负载很大。因此 ,需通过变频器转矩提升补偿设置使电机低速时输出大转矩。在高速脱水工况时 ,衣物容易在滚筒中形成不均匀分布 ,在极高的工作转速下会产生很大的偏心激振 ,从而引起整体结构的剧烈振动。因此 ,在运转模式的确定过程中 ,应安排一段均布排水工况 ,让污水排出的同时保持衣物分布均匀。另外 ,变频器要安装好并作定期检查 ,以防振动导致松动。变频器安装在湿度较高的洗衣房 ,常常发生绝缘和腐蚀。因此 ,洗衣房内应保持一定的干燥度和良好的通风性 ,以防水汽进入变频器内引起电气短路等。工业用洗衣机多用于宾馆、 社区洗衣房内 ,要注意隔音问题 ,防止对附近居民造成影响;也要考虑变频器对其他用电设备的干扰。因此应在变频器进线侧加一台电抗器。五、结语变频调速控制是实现工业洗衣机自动控制的一种很好的选择。采用 PLC和变频器的调速系统能满足标准洗涤和高速脱水等各种工况的要求 ,并能提高洗涤质量;变频器的使用减少了传动机构 ,增加了系统的运行寿命,减少了机械和电气噪声 ,还优化了洗涤速度 ,降低了电力损耗。目前 ,针对工业洗衣机特有的负载特性而设计的洗衣机专用变频器已处于研制阶段。随着衣物质地的高级化和多样化 ,变频化的工业洗衣机也会继续向前不断发展。——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除