PLC与变频器在工业用洗衣机上的应用

2016-09-13

 某洗涤设备有限公司是专业从事工业用洗衣机生产与研发的企业。为医院、化工、石化、酒店宾馆及各生产企业提供各种规格的自动洗涤设备。旗下产品有半/全自动离心式工业用洗衣机、半全自动卧式滚筒工业用洗衣机、全自动物料结晶机等三十余种洗涤产品。产品在全国各医院、酒店宾馆及大型企业应用广泛。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时期逐步进入全自动控制时代。 

工艺流程

整个洗涤过程分为进水、洗涤、放水、脱水四个部分，系统从进水环节开始到脱水环节结束共循环三次。

A．系统运行循环三次：第一次循环转鼓进水至中水位时开始洗涤；第二、三次转鼓进水至高水位时开始洗涤。

B． 洗涤方式分轻洗、标准洗、强洗（按正转、停止、反转、停止四步动作循环至洗涤时间到达）

C．在20-80HZ频率脱水环节时如转鼓出现运行振动较大，则变频器停止输出至转鼓停止后再从20HZ重新脱水。

控制要求及功能

A． 洗涤设备应具备延时停止进水功能（即洗涤水进至中水位或高水位时开始洗涤但不关闭进水阀，直至延时时间到再停止进水）

B．系统具备停止与急停功能（即系统在运行时按下停止键则终止所有运行，再启动时又从第一环节开始。按下急停键时则系统暂停运行，急停复位时系统再从急处继续运行）

C． 洗涤设备的启动、停止、急停操作、参数设定均由人机界面完成。

D． 系统使用变频器简易PLC功能来完成洗衣机脱水环节的多段速度曲线（第一段20HZ / 20秒；第二段50HZ/15秒；第三段80HZ/15秒；第四段100HZ/10秒；第五段130HZ/10秒）

E． 洗涤频率加/减速速率2HZ/秒，脱水频率加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒。

F． 脱水过程中如机械振动大于设计要求的振动时，系统应立即停止变频器输出直至转鼓停止后再重新从第一阶段开始脱水（由振动开关提供信号）。

G． 变频器中的简易PLC一至五阶段运行频率与运行时间由可编程控制器通过通讯方式设定。

系统控制原理

工业用洗衣机系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。

方案的实现

触摸屏：

工业用洗衣机通过对厂家参数画面进行相关参数设置，将设备的洗涤时间、洗涤频率、手动脱水频率、自动脱水简易PLC的运行频率及运行时间固化到可编程控制器中，再将运行频率与运行时间等参数通过MODBUS通讯协议方式传送到变频器中。操作画面上设置诸如设备的启/停、运行时间及运行状态显示。

可编程控制器：

可编程控制器中编写主机带频率正转、主机带频率反转子程序供洗涤环节调用，编写阶段一至价段五运行频率设定、阶段一至阶段五运行时间设定子程序供厂家修改变频器简易PLC程序中的参数。

变频器:

1) 频率给定通道与命令给定通道均选择串口给定; 主机各运行频率与运行指令由PLC通过通讯的方式发给变频器。

2) 将上限频率与运行频率设为130HZ。

3) 加速时间1、减速时间1（洗涤环节的加/减速速率2HZ/秒）设为65秒，加速时间2、减速时间2（脱水环节的加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒）分别设为260秒和80秒。

4) V/F曲线电压值V1设为35%，频率值设定为20HZ否则电机会因起动转矩过低而无法启动;

5) X1、X2端子设定为选择加/减速时间2功能，系统运行在脱水环节时（X2为高电平）加减/速时间2有效，变频器按加减时间2进行加/减速。 

6) X3端子设定为外部停机命令功能，当PLC给出停止命令或振动过大时（X3为高电平）变变频器停止输出。

7) X4设定为简易PLC程序失效功能；系统运行在进水与洗涤环节时（X4为高电平）简易PLC程序不能运行。

8) X5设定为简易PLC程序暂停功能；系统运行在脱水环节时如按下急停键（X5为高电平）简易PLC程序将暂停运行。急停复位后再从暂停处继续运行。

系统控制：

参数设置 

A.进入厂家参数画面设置洗涤频率、洗涤设备时间、延时停止进水时间。

B．进入脱水参数画面设置阶段一至阶段五的运行频率与运行时间。

手动控制 

按进水、洗涤、放水、低脱、中脱、高脱的顺序对设备进行独立启、停操作，操作过程中程序运行不受设置的运行的时间与转鼓振动频率影响。

自动控制 

A.设置好各运行参数后按下系统启动键，进水电磁阀打开转鼓开始进水简易PLC程序运行为无效。

B．转鼓进水至中水位时洗涤启动，设备按所选择的洗涤模式（轻洗、标准洗、强洗）运行，设定的洗涤设备时间到达时停止洗涤。

C．洗涤设备完成后开启放水电磁阀放水，简易PLC程序运行设为有效，放水至低水位时简易PLC程序开始按设定运行速度曲线运行。

D．如在脱水时出现机械振动大时，接近开关接通（X3为高电平）变频器停止输出，直至转鼓停止后再从阶段一开始脱水。

E． 脱水环节完成后系统自动进入第二次循环（第二、三次循环时进水水位到高水位时再开始洗涤）

6总结

工业用洗衣机利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。此方案应用西门子可编程控制器、台湾艾籣德变频器、深圳人机触摸屏组成自动控制系统，结合可编程控制器、变频器与人机界面的控制优点，实现了可编程控制器与变频器的通讯功能；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。经调试与运行测试后能达到客户的设计要求并已投入生产。