PLC和變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制中的

論文 PLC 和變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制中的 應(yīng)用設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 生 學(xué) 號 院 系 年 級 專 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 助理指導(dǎo)教師 二 一一年六月 I 摘 要 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高 工業(yè)全自動化成為必然的 發(fā)展趨勢 工業(yè)全自動化洗衣機(jī)的產(chǎn)生極大的方便了企業(yè)的生產(chǎn) 國產(chǎn)工業(yè) 洗衣機(jī)經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展 無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同 步 縱觀洗衣機(jī)市場 高效節(jié)能 省水 省電 環(huán)保型洗衣機(jī)一直在市場上 占主導(dǎo)地位 根據(jù)工業(yè)全自動洗衣機(jī)的工作原理 利用可編程控制器和變頻器實(shí)現(xiàn)控 制 PLC 的優(yōu)點(diǎn)是 可靠性高 耗電少 適應(yīng)性強(qiáng) 運(yùn)行速度快 壽命長 等 變頻器的優(yōu)點(diǎn)是高效 節(jié)能等 為了進(jìn)一步提高工業(yè)洗衣機(jī)的功能和性 能 避免傳統(tǒng)控制的一些弊端 就提出了用 PLC 和變頻器來控制工業(yè)洗衣 機(jī)這個(gè)課題 該論文就怎樣利用 PLC 和變頻器來控制工業(yè)洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào) 查 對其中軟件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了分析和研究 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)洗衣 機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能 關(guān)鍵詞 工業(yè)洗衣機(jī) 可編程控制器 變頻器控制 II ABSTRACT As social and economic development and raising the level of science and technology industrial fully automated an inevitable trend of development Industrial production of fully automated washing machine very convenient for the production After several years of industrial washing machines made the smooth development or function in terms of both quality and world leading level of synchronization Throughout the washing machine market energy efficient save water and energy saving environment friendly washing machine has been dominant in the market According to the working principle of automatic washing machine industry the use of programmable controller and inverter to achieve control PLC s advantages are high reliability low power consumption adaptability fast and long life Inverter has the advantage of high efficiency energy saving etc in order to further improve the functionality and performance of industrial washing machines to avoid some shortcomings of traditional control proposed the use of PLC and frequency converter to control the industrial washing machine this topic The paper on how to use PLC and frequency converter to control the industrial washing machine for the investigation including software design hardware design issues such as analysis and research to achieve the normal operation of industrial washing machine and the compulsory stop function Key words industrial washing machine PLC frequency converter control I 目 錄 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 1 1 緒論緒論 1 1 11 1 課題背景課題背景 1 1 21 2 本課題所做的工作本課題所做的工作 1 2 2 工業(yè)洗衣機(jī)概述工業(yè)洗衣機(jī)概述 2 2 12 1 工業(yè)洗衣機(jī)發(fā)展史工業(yè)洗衣機(jī)發(fā)展史 2 2 22 2 工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 2 2 32 3 工業(yè)洗衣機(jī)工藝流程及動力要求工業(yè)洗衣機(jī)工藝流程及動力要求 3 3 3 變頻器簡介變頻器簡介 4 3 13 1 變頻器的基本原理及特點(diǎn)變頻器的基本原理及特點(diǎn) 4 3 1 1 變頻調(diào)速原理 4 3 1 2 變頻器分類及特點(diǎn) 4 3 23 2 變頻器應(yīng)用前景變頻器應(yīng)用前景 7 3 33 3 變頻器的選擇變頻器的選擇 7 3 3 1 變頻器種類的選擇 7 3 3 2 變頻器的規(guī)格和指標(biāo)選擇 8 3 3 3 變頻器容量的選擇 8 3 43 4 三菱三菱 FR A540FR A540 通用變頻通用變頻器器 9 3 4 1 FR A540 變頻器控制端子接線 9 3 4 2 端子接線說明 10 4 4 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件 14 4 14 1 PLCPLC 簡介簡介 14 4 24 2 PLCPLC 的硬件選擇的硬件選擇 15 4 2 1 PLC 機(jī)型的選擇原則 15 4 2 2 CONTROLLOGIX PLC 系統(tǒng)概述 15 4 2 3 輸入模塊的選擇 17 4 2 4 輸出模塊的選擇 17 4 2 5 PLC 的通信網(wǎng)絡(luò) 18 4 2 6 PLC 控制器的選擇 18 4 2 7 底板或機(jī)架 19 4 2 8 電源模塊的選擇 19 4 2 9 綜述 19 II 4 34 3 控制綜合連接控制綜合連接 20 5 5 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件 21 5 15 1 R RSLOGIXSLOGIX50005000 軟件介紹軟件介紹 21 5 1 1 Rslogix5000 軟件的功能 21 5 1 2 Rslogix5000 軟件的安裝步驟 21 5 1 3 設(shè)計(jì)所用的主要指令介紹 22 5 25 2 工業(yè)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì)工業(yè)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì) 22 5 2 1 PLC 輸入輸出地址分配 22 5 2 2 變頻器參數(shù)設(shè)定 23 5 2 3 工業(yè)洗衣機(jī)控制流程 24 結(jié)結(jié) 論論 27 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) 28 致致 謝謝 29 1 1 緒論 1 1 課題背景 洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電 已經(jīng)成為人們生活中不可缺 少的家用電器 在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也十分廣泛 本課題在于對工業(yè)用洗衣 機(jī)的研究 工業(yè)用洗衣機(jī)適用于賓館 飯店 醫(yī)院 學(xué)校 工廠等領(lǐng)域 滿 足大容量的洗衣要求 但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制 已經(jīng)不能滿足人們對 洗衣機(jī)的自動化程度的要求了 必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展 工業(yè)洗衣機(jī) 洗滌與脫水時(shí)的轉(zhuǎn)速相差很大 通常使用變極電動機(jī)或數(shù)臺一般電動機(jī)用離 合器切換運(yùn)轉(zhuǎn) 由于負(fù)載慣性很大 為了獲得很大啟動轉(zhuǎn)矩特性要采用較大 的電阻的電動機(jī) 減速時(shí)需制動裝置 由于工業(yè)洗衣機(jī)電機(jī)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(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造 成嚴(yán)重的損壞 而且會對電網(wǎng)容量要求過高 啟動時(shí)產(chǎn)生大的電流和震動對 設(shè)備的使用壽命極為不利 鑒于以上問題 采用 PLC 和變頻器對工業(yè)洗衣 機(jī)進(jìn)行改造 PLC 與人機(jī)界面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換功能 從根本上解決設(shè)備控 制線路繁鎖 故障點(diǎn)多 操作復(fù)雜等一系列問題 有效的提高設(shè)備生產(chǎn)效率 與設(shè)備性能 用變頻器控制電動機(jī)即可實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)從低速到高速大范圍 調(diào)速而且裝置可做很小 控制性和操作性都得到很大提高 平衡了過程中洗 衣桶的轉(zhuǎn)速 縮短了工作周期時(shí)間 1 2 本課題所做的工作 本課題以企業(yè)對工業(yè)洗衣機(jī)的實(shí)際需求為例 綜合應(yīng)用了相關(guān)的專業(yè)知 識研究了 PLC 和變頻器對工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本文所做的 工作主要有 綜合分析了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 分析了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的變頻調(diào)速原理及 PLC 的 控制 介紹了 PLC 和變頻器等主要設(shè)備 重點(diǎn)設(shè)計(jì)了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路 其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)并論述了 PLC 控制電路的設(shè)計(jì)思路并給出了設(shè)計(jì)圖及 PLC 和變頻器的外部端子連接 重點(diǎn)設(shè)計(jì)了工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)各部分的軟件 其中利用 RSLogix5000 設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)人機(jī)界面程序 并給出了系統(tǒng)關(guān)鍵梯形圖程序 2 2 工業(yè)洗衣機(jī)概述 工業(yè)用洗衣機(jī)是指額定洗滌容量大于 6kg 應(yīng)用于專業(yè)洗滌部門及服務(wù) 行業(yè)使用的洗衣機(jī) 目前工業(yè)用洗衣機(jī)的主要結(jié)構(gòu)是滾筒式 近年來在家用 全自動洗衣機(jī)大力推廣的影響下 大型工業(yè)用洗衣機(jī)也從原來的繼電器控制 方式逐步進(jìn)入全自動控制時(shí)代 大型工業(yè)用洗衣機(jī)在全國各醫(yī)院 酒店賓館 及大型企業(yè)應(yīng)用廣泛 2 1 工業(yè)洗衣機(jī)發(fā)展史 1874 年 手洗時(shí)代 受到了前所未有的挑戰(zhàn) 有人發(fā)明了木制手搖 洗衣機(jī) 發(fā)明者是美國人比爾 布萊克斯 布萊克斯的洗衣機(jī)構(gòu)造極為簡單 是在木筒里裝上 6 塊葉片 用手柄和齒輪傳動 使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn) 從而達(dá) 到 凈衣 的目的 這套裝置的問世 讓那些為提高生活效率而冥思苦想的 人士大受啟發(fā) 洗衣機(jī)的改進(jìn)過程開始大大加快 1880 年 美國又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機(jī) 蒸氣動力開始取代人力 之后 水力洗衣機(jī) 內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn) 到 1911 年 美國試制成功世界上 第一臺電動洗衣機(jī) 電動洗衣機(jī)的問世 標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端 電動洗衣機(jī)幾經(jīng)完善 在 1922 年迎來一種嶄新的洗衣方式 攪拌式 攪拌式洗衣機(jī)由美國瑪依塔格公司研制成功 這種洗衣機(jī)是在筒中心裝上一 個(gè)立軸 在立軸下端裝有攪拌翼 電動機(jī)帶動立軸 進(jìn)行周期性的正反擺動 使衣物和水流不斷翻滾 相互摩擦 以此滌蕩污垢 攪拌式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué) 合理 受到人們的普遍歡迎 不過 10 年之后 美國本德克斯航空公司宣布 他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機(jī) 洗滌 漂洗 脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi) 完成 這意味著電動洗衣機(jī)的型式躍上一個(gè)新臺階 朝自動化又前進(jìn)了一大 步 直至今日 滾筒式洗衣機(jī)在歐美國家仍得到廣泛應(yīng)用 2 2 2 工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 工業(yè)洗衣機(jī)一般采用滾筒式的洗衣方式 由電機(jī)通過皮帶變速帶動內(nèi) 膽轉(zhuǎn)動 衣物在滾筒中不斷地被提升摔下 再提升再摔下 做重復(fù)運(yùn)動 加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈 因?yàn)橐挛镌谙礈爝^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(jī)內(nèi)洗滌 工業(yè)洗衣機(jī)主要由外筒 轉(zhuǎn)筒 傳動部分 電器控制柜 左右密封罩 3 布 質(zhì) 布 量 洗滌方式 渾濁程度 電機(jī)速度 洗滌時(shí)間 進(jìn)水量 洗滌劑量 模糊 決策 管路儀表及放水閥等部件組成 轉(zhuǎn)筒采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼板制成 有雙艙室結(jié)構(gòu) 和單艙室結(jié)構(gòu)兩種 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 取衣方便 外筒的軸承座上設(shè)計(jì)有密封裝置 其密封可用壓緊圈調(diào)節(jié) 洗衣機(jī)外殼上裝有安全栓 用以支撐打開后的轉(zhuǎn)筒 門 轉(zhuǎn)筒的正反轉(zhuǎn)由電器部分自動控制 放水閥采用手提式 放水速度快 2 3 工業(yè)洗衣機(jī)工藝流程及動力要求 整個(gè)洗滌過程分為進(jìn)水 洗滌 排水 脫水四個(gè)部分 起動時(shí)開始進(jìn)水 水位到達(dá)高水位時(shí)停止進(jìn)水 并開始洗滌正轉(zhuǎn) 洗滌正轉(zhuǎn) 15s 暫停 3s 洗 滌反轉(zhuǎn) 15s 暫停 3s 為一次小循環(huán) 若小循環(huán)不足 3 次 則返回洗滌正轉(zhuǎn) 若循環(huán)達(dá) 3 次 則開始排水 水位下降到低水位時(shí)開始脫水并繼續(xù)排水 脫 水 20s 即完成一次大循環(huán) 大循環(huán)不足 3 次 則返回進(jìn)水 進(jìn)行下一次大循 環(huán) 若完成 3 次大循環(huán) 則進(jìn)行洗完報(bào)警 報(bào)警后 10s 結(jié)束全部過程 自動 停機(jī) 對于工業(yè)洗衣機(jī)滾筒來說 洗滌和漂洗過程是頻繁的正 反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程 均布排水過程是排除滾筒內(nèi)洗滌用水并將衣物均勻分布在滾筒周圍的平衡過 程 脫水是高速運(yùn)轉(zhuǎn)甩出衣物內(nèi)含水的過程 干燥則是長時(shí)間的低速運(yùn)轉(zhuǎn)過 程 為了確定各過程的運(yùn)行時(shí)間和轉(zhuǎn)速 需要通過安裝在洗衣機(jī)內(nèi)部的各種 傳感器檢測衣物布質(zhì) 布量 洗滌方式 混濁度等 再經(jīng)過模糊決策的方法 得出最佳的洗滌策略 如圖 2 1 所示 圖 2 1 洗滌策略圖 4 3 變頻器簡介 實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器 變頻器一般由整流器 濾波器 驅(qū)動 電路 保護(hù)電路以及控制器等部分組成 變頻器主要用于交流電動機(jī) 異步 電機(jī)或同步電機(jī) 轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 是公認(rèn)的交流電動機(jī)最理想 最有前途的調(diào) 速方案 除了具有卓越的調(diào)速性能之外 變頻器還有顯著的節(jié)能作用 是企 業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置 自上世紀(jì) 80 后代被引進(jìn)中國 以來 變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備 得 到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用 3 1 變頻器的基本原理及特點(diǎn) 3 1 1 變頻調(diào)速原理 變頻調(diào)速器將電網(wǎng)中的三相交流電整流成直流電后 通過逆變器再將直 流電逆變成電壓可調(diào) 頻率可調(diào)的三相交流電驅(qū)動異步電動機(jī) 實(shí)現(xiàn)調(diào)速和 節(jié)電 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速為 式 211 1 60 1 nnsfsp 3 1 上式中 n2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 r min n1 同步轉(zhuǎn)速 p 極對數(shù) f1 電源頻率 Hz s 轉(zhuǎn)差率 由式 3 1 可知 轉(zhuǎn)速可以通過改變電源頻率 繞組的極對數(shù)或轉(zhuǎn)差 率等進(jìn)行改變 一般 p s 不變 即 21 nf 3 1 2 變頻器分類及特點(diǎn) 從結(jié)構(gòu)上看變頻器可分為交 直 交 交 交變頻器 電壓源型和電流源型 逆變器 交 直 交變壓變頻器 交 直 交變壓變頻器先將交流電源通過整流器變換成直流 在通過逆變 器變換成可控頻率和電壓的交流 如圖 3 1 所示 5 AC 50Hz 恒壓恒頻 CVCF 中間直流環(huán)節(jié) 變壓變頻 VVVF 整流 逆變 AC 由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)中間直 流環(huán)節(jié) 所以又稱為間接式的變壓變頻器 具體的整流和逆變電路種類很多 當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是由二極管組成的不可控整流橋和由功率開關(guān)器件 P MOSFET IGBT 等 組成的脈寬調(diào)制 PWM 逆變器 簡稱 PWM 變壓變 頻器如圖 3 2 所示 PWM逆變 調(diào)壓調(diào)頻 AC 50Hz 恒壓恒頻 CVCF 中間直流環(huán)節(jié) 變壓變頻 VVVF AC PWM 變壓變頻器之所以如此廣泛 由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn) 1 在主電路和逆變兩個(gè)單元中 只有逆變時(shí)可控 通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電 壓和頻率 結(jié)構(gòu)簡單 采用全控型的功率開關(guān)器件 只通過驅(qū)動電壓脈沖進(jìn) 行控制 電路也簡單效率高 2 輸出電壓波形是一系列的 PWM 波但由于采用了恰當(dāng)?shù)?PWM 控制 r 技術(shù) 正弦基波的比重較大 影響電動機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大抑制 因而轉(zhuǎn)矩脈動小 提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能 3 逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻 動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù) 的影響 系統(tǒng)的動態(tài)性能也得到提高 4 采用不可控的二極管整流 電源側(cè)功率因素較高 且不受逆變輸出 電壓大小的影響 圖 3 1 交 直 交 間接 變壓變頻基本結(jié)構(gòu) 圖 3 2 交 直 交 PWM 變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu) 6 PWM 變壓變頻器常用的功率開關(guān)器件有 P MOSFET IGBT GTO 和 替代 GTO 的電壓控制器件如 IGCT IEGT 等 受到開關(guān)器件額定電壓和電 流的限制 對于特大容量電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速仍只好采用半控型的晶閘管 SCR 并用可控整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交 直 交變壓變頻器如圖 3 3 所示 AC 50Hz 恒壓恒頻 CVCF 中間直流環(huán)節(jié) 變壓變頻 VVVF AC SCR 可控整流器 六拍 逆變器 調(diào)壓 調(diào)頻 交 交變壓變頻器 交 交變頻器在結(jié)構(gòu)上沒有明顯的中間直流環(huán)節(jié) 或者叫 中間直流儲 能環(huán)節(jié) 或 中間濾波環(huán)節(jié) 來自電網(wǎng)的交流電被直接變換為電壓 頻率 均可調(diào)的交流電 所以稱為直接式變頻器 電壓源型和電流源型逆變器 在交 直 交變壓變頻器中 按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同 逆 變器可以分成電壓源型和電流源型兩類 兩種類型的區(qū)分在于直流環(huán)節(jié)采用 怎樣的濾波器 如圖 3 4 繪出了電壓源型和電流源型逆變器的示意圖 逆變器 逆變器 Ld Cd Id a b Ud Ud 1 電壓源型逆變器 Voltage Source Inverter VSI 直流環(huán)節(jié)采用大 電流濾波 因而直流電壓波形比較平直 在理想情況下時(shí)一個(gè)內(nèi)阻為零的恒 圖 3 3 可控整流器調(diào)壓 六拍逆變器調(diào)頻的交 直 交變壓變 頻器 a 電壓源逆變器 b 電流源型逆變器 圖 3 4 電壓源型和電流源型逆變器示意圖 7 壓源 輸出交流電壓時(shí)為矩形波或階梯波 14 2 電流源型逆變器 Current Source Inverter CSI 簡稱電流源型逆變 器直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波 直流電流波形比較平直 相當(dāng)一個(gè)恒流源 輸 出交流電流時(shí)為矩形波或階梯波 7 9 3 2 變頻器應(yīng)用前景 變頻器調(diào)速大大的節(jié)省了能耗 中國是能耗大國 能源利用率很低而能 源儲備不足 在電力消耗中 60 70 為動力電 而在電動機(jī)帶變頻控制 的比重占有非常少 是電力能耗的重點(diǎn) 因此國家大力提倡節(jié)能措施 并著 重推薦變頻調(diào)速技術(shù) 電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是國家發(fā)展和改革委員會啟動的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一 國家發(fā)展規(guī)劃要求當(dāng)前應(yīng)推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù) 鼓勵企業(yè)使用變頻調(diào)速技 術(shù) 慢慢的工業(yè)機(jī)械都盡可能采用交流電動機(jī)變頻調(diào)速工藝調(diào)速技術(shù) 電動 機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是目前中國市場上最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域 應(yīng)用變頻調(diào)速 可以大幅度提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度 使電動機(jī)在最節(jié) 能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行 在工業(yè)中 許多變動負(fù)荷電動機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電 動機(jī)容量 故設(shè)計(jì)裕量偏大 而在實(shí)際運(yùn)行中 輕載運(yùn)行的時(shí)間比例卻非常 高 如采用變頻調(diào)速 可以大幅度提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率 因此變動負(fù) 荷的節(jié)能潛力巨大 11 3 3 變頻器的選擇 隨著電力電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 控制技術(shù)的發(fā)展 變頻器的功能 性 能得到了很大的提高 根據(jù)其性能及控制方式不同可分為通用型 多功能型 高性能型 其控制方式也依次分為 U f 控制 電壓型 PWM 控制 矢量控制 等 根據(jù)生產(chǎn)的需要 在變頻器性能規(guī)格 容量等方面進(jìn)行選擇 3 3 1 變頻器種類的選擇 根據(jù)負(fù)載機(jī)械的工作特點(diǎn) 結(jié)合對調(diào)速范圍 調(diào)整精度和經(jīng)濟(jì)性的要求 選擇不同種類的變頻器來控制運(yùn)行 通用型變頻器 一般采用 U f 控制方式 適用于風(fēng)機(jī) 泵類負(fù)載場合 其節(jié)能效果顯著 調(diào)整范圍和調(diào)整精度較低 因此成本較低 多功能通用變頻器 多功能變頻器主要適應(yīng)工業(yè)自動化類的高速 高效需求 工業(yè)洗衣機(jī)一般采用通用型變頻器 8 3 3 2 變頻器的規(guī)格和指標(biāo)選擇 在選擇變頻器時(shí) 會接觸到許多廠家提供的各類變頻器的產(chǎn)品樣本 這 些樣本主要介紹變頻器的系列型號 特點(diǎn)以及各種功能的指標(biāo) 根據(jù)自己的 實(shí)際需要 就這些產(chǎn)品的性能 指標(biāo)進(jìn)行比較 篩選 以確定適合自己的變 頻器 型號 一般廠家自定的系列名稱 包括電壓等級和可適配電機(jī)的容量 電壓級別 根據(jù)各國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或用途不同 其電壓級別也各不相同 在選變頻器 時(shí) 首先應(yīng)注意其電壓級別是否與電源電壓和電機(jī)的電壓相適合 最大適配電機(jī) 在最大適配電機(jī)一欄中 通常給出最大適配電機(jī)的容量 應(yīng)該注意這個(gè) 容量一般以 4 極普通異步電動機(jī)為對象 電源 變頻器對電源的要求主要有電壓 頻率 允許電壓變化率和允許頻率變 化率等三個(gè)方面 控制特性 1 電壓型還是電流型 2 U f 控制 轉(zhuǎn)差頻率控制方式或矢量控制 3 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 3 3 3 變頻器容量的選擇 變頻調(diào)速是通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的 對于變頻器的容量確定至關(guān)重要 合 理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施 根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn) 比較簡便 的方法如下 電機(jī)實(shí)際功率確定法 首先測定電機(jī)的實(shí)際功率 以此來選用變頻 器的容量 公式法 設(shè)安全系數(shù)取 1 05 則變頻器的容量為 b P 式 3 2 cos 05 1 kwyhPP mmb 式 3 2 中 為電機(jī)負(fù)載 為電機(jī)功率 m P m h 計(jì)算出 Pb后 按變頻器產(chǎn)品目錄可選出具體規(guī)格 綜上所述 工業(yè)洗認(rèn)機(jī)一般采用通用型變頻器 采用 U f 控制方式 由 于它的電機(jī)的頻繁變速 因此選用電流源型變頻器 最后經(jīng)過再三的篩選 確定選用三菱 FR A540 變頻器 8 9 9 3 4 三菱 FR A540 通用變頻器 三菱通用變頻器是日本三菱電機(jī)株式會社的產(chǎn)品 三菱通用變頻器是采 用最新柔性 PWM 控制技術(shù) 使噪音減小 加強(qiáng)了抑制射頻干擾能力 采用 直接監(jiān)視控制主回路的智能驅(qū)動電路 使低速性能提高 3 4 1 FR A540 變頻器控制端子接線 FR A540 變頻器的各電路接線端子 如圖 3 5 其中同心圓表示主電路 接線端子 空心圓表示控制電路輸入接線端子 實(shí)心圓表示控制電路輸出接 線端子 異常端子 模擬信號輸出 DC 0 10v 公共端 輔助輸入 電流輸入 頻度設(shè)定電位 器 1 2W 漏型 輸入公共端 瞬時(shí)掉電再起動選擇 復(fù)位 電流輸入選擇 直流24V輸出和外部晶體管公共端子 正轉(zhuǎn)起動 反轉(zhuǎn)起動 起動自保持選擇 高速 中速 低速 點(diǎn)動模式 第二加 減速度時(shí)間選擇 輸出停止 運(yùn)行 頻率達(dá)到 瞬時(shí)停電 過負(fù)載 頻率檢測 集電極開路輸出公共端 指示儀表 切換 模擬信號公共 端 切換 刻度校正阻抗 接 地 電動機(jī) PU接口 RS 485 三相交流電源 短路片 當(dāng)用FR BEL時(shí)請卸 掉此短路片 短路片 當(dāng)用FR ABR時(shí)請卸 掉此短路片 注 端子PR PX在0 4 7 5KW中裝有 短接片 控制電路輸入信號 無電源輸入 頻率設(shè)定信號 模擬 圖 3 5 控制端子接線圖 10 3 4 2 端子接線說明 主回路端子說明如表 3 1 表 3 1 主回路端子說明 端子記號端子名稱說 明 R S T 交流電源 輸入 連接工頻電源 當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí) 確保這些端 子不連接 FR HC U V W 變頻器 輸出接線 三相鼠籠電機(jī) R1 S1 控制回路 電源 與交流電源端子 R S 連接 在保持異常顯示和異常輸出時(shí)或 當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí) FR HC 時(shí) 請拆下 R R1 和 S S1 之間的短路片 并提供外部電源此端子 P PR 連接制動 電阻器 拆開端子 PR PX 之間的短路片 在 P PR 之間連接選件制動 電阻器 FR ABR P N 連接制動 單元 連接選件 FR BU 型制動單元或電源再生單元 FR RC 或高功 率因數(shù)轉(zhuǎn)換器 FR HC P P1 連接改善功 率因數(shù) DC 電抗器 拆開端子 P P1 間的短路片 連接選件改善功率因數(shù)用電抗 器 FR BEL PR PX 連接內(nèi)部制 動回路 用短路片將 PX PR 間短路時(shí) 出廠設(shè)定 內(nèi)部制動回路便生效 7 5K 以下裝有 接地變頻器外殼接地用 必須接大地 控制回路端子說明如表 3 2 表 3 2 控制回路端子說明 類型 端子 記號 端子 名稱 說 明 STF正轉(zhuǎn)啟動 STF 信號處于 ON 便正轉(zhuǎn) 處于 OFF 便 停止 STR反轉(zhuǎn)啟動STR 信號 ON 為逆轉(zhuǎn) OFF 為停止 當(dāng) STF 和 STR 同時(shí)處 于 ON 時(shí) 則 停止 STOP啟動自保持使 STOP 信號處于 ON 可以選擇啟動信號自保持 輸 啟 動 點(diǎn)RH用 RH RM 和 RL 信號的組合輸入端子功 11 RM RL 多段速度 選擇 可以選擇多段速度 JOG 點(diǎn)動模式 選擇 JOG 信號 ON 時(shí)選擇點(diǎn)動運(yùn)行 用啟動 信號 STF 和 STR 可以點(diǎn)動運(yùn)行 RT 第 2 加 減速 時(shí)間選擇 RT 信號處于 ON 時(shí)選擇第 2 加減速時(shí)間 能選 Pr 180 到 Pr 186 用 于改變端功 能 MRS輸出停止 MRS 信號為 ON 20ms 以上 時(shí) 變頻器輸出停止 用 電磁制動停止電機(jī)時(shí) 用于斷開變頻器的輸出 RES復(fù)位 用于解除保護(hù)回路動作的保持狀態(tài) 使端子 RES 信號 處于 ON 在 0 1 秒以上 然后斷開 AU 電流輸入 選擇 只在端子 AU 信號處于 ON 時(shí) 變頻器才 可用直流 4 20mA 作為頻率設(shè)定信號 CS 瞬停電再啟 動選擇 CS 信號預(yù)先處于 ON 瞬時(shí)停電再恢復(fù) 時(shí)變頻器便可自動啟動 但用這種運(yùn)行 必須設(shè)定有關(guān)參數(shù) 因?yàn)槌鰪S時(shí)設(shè)定為 不能再啟動 輸入端子功 能選 Pr 180 到 Pr 186 用 于改變端功 能 SD 公共輸入端 子 漏型 接點(diǎn)輸入端子和 FM 端子的公共端 直流 24V 0 1A PC 端子 電源的輸出公共端 入 信 號 功 能 設(shè) 定 PC 直流 24V 電 源和外部晶 體管公共端 接點(diǎn)輸入公 共端 源型 當(dāng)連接晶體管輸出 集電極開路輸出 例如可編程控 制器時(shí) 將晶體管輸出用的外部電源公共端接到這個(gè) 端子時(shí) 可以防止因漏電引起的誤動作 這端子可用于 直流 24V 0 1A 電源輸出 當(dāng)選擇源型時(shí) 這端子作為 接點(diǎn)輸入的公共端 10E 10VDC 容許負(fù)荷 電流 10mA 10 頻率設(shè)定用 電源5VDC 容許負(fù)荷電 流 10mA 按出廠設(shè)定狀態(tài)連接頻率設(shè)定電 位器時(shí) 與端子 10 連接 當(dāng)連接 到 10E 時(shí) 請改變端子 2 的輸入 規(guī)格 2 頻率設(shè)定 電壓 輸入 0 5VDC 或 0 10VDC 時(shí) 5V 10VDC 對應(yīng)于為最 大輸出頻率 輸入輸出成比例 用參數(shù)單元進(jìn)行輸入 直流 0 5V 出廠設(shè)定 和 0 10VDC 的切換 輸入阻抗 10K 容許最大電壓為直流 20V 模 頻 率 設(shè) 4頻率設(shè)定DC4 20mA 20mA 為最大輸出頻率 輸入 輸出成比例 12 電流 只在端子 AU 信號處于 ON 時(shí) 該輸入信號有效 輸入阻 抗 250 容許最大電流為 30mA 1 輔助頻率 設(shè)定 輸入 0 5VDC 或 0 10VDC 時(shí) 端子 2 或 4 的頻率 設(shè)定信號與這個(gè)信號相加 用參數(shù)單元進(jìn)行輸入 0 5VDC 或 0 10VDC 出廠設(shè)定 的切換 輸入阻 抗 10K 容許電壓 20VDC 擬定 5 變頻設(shè)定 公共端 頻率設(shè)定信號 端子 2 1 或 4 和模擬輸出端子 AM 的公 共端子 請不要接大地 A B C 異常輸出 指示變頻器因保護(hù)功能動作而輸出停止的轉(zhuǎn) 換接點(diǎn) AC200V 0 3A 30VDC 0 3A 異常時(shí) B C 間不導(dǎo)通 A C 間導(dǎo)通 正常時(shí) B C 間導(dǎo) 通 A C 間不導(dǎo)通 RUN 變頻器正在 運(yùn)行 變頻器輸出頻率為啟動頻率 出廠時(shí)為 0 5Hz 以上時(shí)為低電平 正在停止或正在直 流制動時(shí)為高電平 2 SU頻率到達(dá) 輸出頻率達(dá)到設(shè)定頻率的 10 出廠設(shè)定 可變更 時(shí)為低電平 正在加 減速或停止時(shí) 為高電平 2 容許負(fù)荷為 DC24V 0 1A OL 過負(fù)荷 報(bào)警 當(dāng)失速保護(hù)功能動作時(shí)為低電平 失速保護(hù) 解除時(shí)為高電平 2 容許負(fù)荷為 DC24V 0 1A IPF瞬時(shí)停電 瞬時(shí)停電 電壓不足保護(hù)動作時(shí)為低電平 2 容許負(fù)荷為 DC24V 0 1A FU頻率檢測 輸出頻率為任意設(shè)定的檢測頻率以上時(shí)為低 電平 以下時(shí)為高電平 2 輸出端 子的功 能選擇 通過 Pr 19 0 到 Pr 195 改變 端子功 能 集 電 極 開 路 SE 集電極開路 輸出公共端 端子 RUN SU OL IPF FU 的公共端子 脈 沖 FM指示儀表用 出廠設(shè)定的 頻率容許負(fù)荷電流 1 mA 60H 時(shí) 1440 脈沖 s 輸 出 信 號 模 擬 AM 模擬信號 輸出 可以從 16 種監(jiān)示 項(xiàng)目中選一種作 為輸出 3 出廠設(shè)定的 頻率輸出信號 0 到 DC 10V 容許負(fù)荷電流 1 mA 通 R S PU 接口 通過操作面板的接口 進(jìn)行 RS 485 通迅 遵守標(biāo)準(zhǔn) EIA RS 485 標(biāo)準(zhǔn) 13 信 4 8 5 通訊方式 多任務(wù)通信 通迅速率 最大 19200bps 最長距離 500m 主回路接線說明 1 電源及電機(jī)接線的壓著端子 請使用帶有絕緣管的端子 2 當(dāng)接線時(shí)剪開布線擋板上的保護(hù)襯套 22K 以下的 3 電源一定不能接到變頻器輸出端上 U V W 否則將損壞變頻器 4 接線后 零碎線頭必須清除干凈 零碎線頭可能造成異常 失靈和 故障 必須始終保持變頻器清潔 在控制臺上打孔時(shí) 請注意不要使碎片粉 末等進(jìn)入變頻器中 5 為使電壓下降在 2 以內(nèi) 請用適當(dāng)型號的電線接線 變頻器和電機(jī)間的接線距離較長時(shí) 特別是低頻率輸出情況下 會由于 主電路電纜的電壓下降而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降 6 布線距離最長為 500 米 7 在 P 和 PR 端子間建議連接制定的制動電阻選件 端子間原來的短 路片必須拆下 8 運(yùn)行后 改變接線的操作 必須在電源切斷 10 分鐘以上 用萬用表 檢查電壓后進(jìn)行 斷電后一段時(shí)間內(nèi) 電容上仍然有危險(xiǎn)的高壓電 1 3 14 4 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件 4 1 PLC 簡介 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 Programmable Logic Controller PLC 它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制 隨著技術(shù)的發(fā)展 這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的 范圍 因此 今天這種裝置稱作可編程控制器 簡稱 PC 但是為了避免與 個(gè)人計(jì)算機(jī) Personal Computer 的簡稱混淆 所以將可編程序控制器簡稱 PLC PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī) 其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型 計(jì)算機(jī)相同 如圖 4 1 所示 基本構(gòu)成為 電源 中央處理單元 CPU 存儲器 輸入輸出接口電路 功能模塊 通信模塊等 13 PLC 一般采用循環(huán)掃描的工作方式 其工作過程一般分為三個(gè)階段 即輸入采樣 用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段 完成上述三個(gè)階段稱作一 個(gè)掃描周期 在整個(gè)運(yùn)行期間 PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上 述三個(gè)階段 輸入采樣階段 在輸入采樣階段 PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù) 并將它們存入 I O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi) 輸入采樣結(jié)束后 轉(zhuǎn)入用戶程 序執(zhí)行和輸出刷新階段 在這兩個(gè)階段中 即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化 I O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變 因此 如果輸入是脈沖 信號 則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期 才能保證在任何情況下 該輸入均能被讀入 CPU 輸入模塊 輸出模塊 輸出 電源 電源 開關(guān) 可編程控制器 圖 4 1 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖 15 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段 PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程 序 梯形圖 在掃描每一條梯形圖時(shí) 又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn) 構(gòu)成的控制線路 并按先左后右 先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路 進(jìn)行邏輯運(yùn)算 然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果 刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存 儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài) 或者刷新該輸出線圈在 I O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài) 或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后 PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段 在此期間 CPU 按照 I O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路 再經(jīng)輸出電 路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè) 這時(shí) 才是 PLC 的真正輸出 6 4 2 PLC 的硬件選擇 隨著 PLC 在工業(yè)控制中的推廣普及 PLC 產(chǎn)品的種類越來越多 其結(jié) 構(gòu)型號 性能 容量 指令系統(tǒng) 編程方法等各不相同 適用場合也各有側(cè) 重 因此 合理選擇 PLC 對于提高 PLC 在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有著重要作 用 4 2 1 PLC 機(jī)型的選擇原則 在功能滿足要求的前提下 選擇最可靠 維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格 比最優(yōu)的機(jī)型 通常做法是 在工藝過程比較固定 環(huán)境條件較好的場合 建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 對于 開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主 帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中 一般 其控制速度無須考慮 因此 選用帶 A D 轉(zhuǎn)換 D A 轉(zhuǎn)換 加減運(yùn)算 數(shù)據(jù) 傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求 而在控制比較復(fù)雜 控制功能要求比較高 的工程項(xiàng)目中 如要實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算 閉環(huán)控制 通信聯(lián)網(wǎng)等 可視控制規(guī) 模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī) 其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制 全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動化等 4 2 2 CONTROLLOGIX PLC 系統(tǒng)概述 國內(nèi)外有許多工控產(chǎn)品廠商例如西門子系列 松下 FP 系列 Omron C200H 系列和本次設(shè)計(jì)選用的羅克韋爾的 ControlLogix 系統(tǒng) PLC 實(shí)現(xiàn) PLC 在工業(yè)洗衣機(jī)的控制 ControlLogix 系統(tǒng)是基于 PLC 和 SLC 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 除了具 備 PLC 和 SLC 的大部分功能以外 還集成了多種控制規(guī)律 順序控制 運(yùn) 動控制 驅(qū)動控制和過程控制等 具有一些自身的特點(diǎn) 如下 16 模塊化結(jié)構(gòu) ControlLogix 系統(tǒng)不僅包括模擬量 數(shù)字量這些不同模 塊 而且還有專門的運(yùn)動控制模塊及相應(yīng)的全套的運(yùn)動控制指令 用戶可以 按照自己的需要 在一塊背板上 安裝不同數(shù)目的數(shù)字量 I O 模塊 模擬量 I O 模塊以及各種通訊模塊 硬冗余 省去了軟冗余中編程的麻煩 減少了設(shè)備切換時(shí)間 降低了 故障的發(fā)生率 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 主要包括 Ether Net Control Net Device Net 三 層網(wǎng) 系統(tǒng)間結(jié)合緊密 可與現(xiàn)有的 Rockwell 各層網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通過相應(yīng) 的連接模塊進(jìn)行信息交換 實(shí)現(xiàn)與其它網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器之間無縫對接 帶電插拔 用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)更換有故障的模塊 而不會影響整個(gè)系統(tǒng)其它部分的正常運(yùn)行 系統(tǒng)小型化 抗干擾性強(qiáng) 適用于有限的安裝空間 并且攜帶方便 可耐受振動 高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾 隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大 尤其是工業(yè)現(xiàn)場中 對過程變量控制要求的提高 再加上傳統(tǒng)的 PLC 系統(tǒng)在處理模擬量方面的 不足 ControlLogix 系統(tǒng)一經(jīng)推出 在工控領(lǐng)域就受到關(guān)注 得到了用戶的 認(rèn)可和廣泛應(yīng)用 4 5 從技術(shù)參數(shù)相匹配 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等多方面因素的考慮 本次設(shè)計(jì)選用了美 國羅克韋爾公司的 ControlLogix PLC 因?yàn)榇讼到y(tǒng)具有許多其它系統(tǒng)不能比 擬的優(yōu)點(diǎn) 基于 ControlLogix 平臺的 Logix5000 處理器模塊可以為工業(yè)控制 提供一種最新的而且具有靈活性的完整控制方案 ControlLogix 系統(tǒng)與現(xiàn)有基于 PLC 系統(tǒng)之間完美結(jié)合 與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò) 用戶完美結(jié)合并可實(shí)現(xiàn)信息的透明互換 與其他網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器之間完 美結(jié)合 ControlLogix 系統(tǒng)的模塊化的 I O 內(nèi)存及通訊接口為用戶提供了一 種即可組態(tài)又便于擴(kuò)展的系統(tǒng) 用戶可以根據(jù)需要靈活配置所需的 I O 數(shù)量 內(nèi)存容量以及通訊網(wǎng)絡(luò) 以后當(dāng)用戶需要進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí) 可隨時(shí)添加 I O 內(nèi)存急通訊接口 ControlLogix 系統(tǒng)允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何模塊 而不會對模 塊造成損壞 這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)更換故障模塊 ControlLogix 可以在網(wǎng)絡(luò)之間 網(wǎng)絡(luò)鏈路之間以及通過背板之間實(shí)現(xiàn) 新鮮的高速傳送 ControlLogix 采用特殊設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度工業(yè)硬件平臺 從而可耐振動 17 高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾 ControlLogix 允許多個(gè) Logix5000 處理器模塊插入在同一個(gè)背板上 高速度的背板使每個(gè)處理器都可輕而易舉的訪問其他處理器的數(shù)據(jù) 從而實(shí) 現(xiàn) I O 數(shù)據(jù)急其他信息的共享 通過 Ethernet ControlNet 和 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)將處理器連接起來 可以 實(shí)現(xiàn)分布式處理 通過 ControlNet DeviceNet 和 RemoteI O 鏈路即可將遠(yuǎn)離處理器的分 布式 I O 連接起來 該操作系統(tǒng)提供了真正具有優(yōu)先級的多任務(wù)環(huán)境 從而允許用戶通過 單獨(dú)排定軟件組件來滿足自己的應(yīng)用要求 這就大大提高了處理器的效率而 且降低了成本 因?yàn)樗梢詼p少用戶整個(gè)控制系統(tǒng)的處理器數(shù)量 Logix5000 處理器有完整的運(yùn)動控制功能 通過高速度的背板 處理 器可與伺服接口模塊進(jìn)行通訊 從而實(shí)現(xiàn)高度的集成操作急位置和速度環(huán)的 閉環(huán)控制 10 4 2 3 輸入模塊的選擇 輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號 將信號轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi) 部接受的低電壓信號 并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi) 外信號的電氣隔離 輸入模塊有直流輸入 交流輸入和交流 直流輸入三種類型 選擇時(shí)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(shí)間較短 還 可以直接與接近開關(guān) 光電開關(guān)等電子輸入設(shè)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(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)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(yuǎn)不得超過 10 米 距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊 本設(shè)計(jì)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(diǎn)數(shù)的要求 本設(shè)計(jì)選用了數(shù)字輸入模塊 1756 IB16 其工作 電壓是 10 31 2V 最大斷開狀態(tài)電流是 1 5mA 輸入點(diǎn)數(shù) 16 點(diǎn) 分兩組 每組 8 點(diǎn) 4 2 4 輸出模塊的選擇 輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設(shè)備的開關(guān)信 號 并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號的電氣隔離 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 繼電器輸出的價(jià)格便宜 既可以用于驅(qū)動交流負(fù)載 又可用于直流負(fù)載 18 而且適用的電壓大小范圍較寬 導(dǎo)通壓降小 同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流 的能力較強(qiáng) 但其屬于有觸點(diǎn)元件 動作速度較慢 驅(qū)動感性負(fù)載時(shí) 觸點(diǎn) 動作頻率不得超過 1Hz 壽命較短 可靠性較差 只能適用于不頻繁通斷 的場合 輸出模塊的輸出電流 驅(qū)動能力 必須大于 PLC 外接輸出設(shè)備的額定電流 用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流 如果實(shí)際 輸出設(shè)備的電流較大 輸出模塊無法直接驅(qū)動 可增加中間放大環(huán)節(jié) 選擇輸出模塊時(shí) 還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量 同時(shí)接通輸出設(shè) 備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值 如一個(gè) 220V 2A 的 8 點(diǎn)輸出模塊 每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A 的電流 但輸出公共端允許通過的 電流并不是 16A 8 2A 通常要比此值小得多 一般來講 同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù) 不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的 60 輸出模塊的技術(shù)指標(biāo) 它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān) 特別是輸出的最 大電流 另外 晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低 在實(shí)際使用 中也應(yīng)注意 數(shù)字輸出模塊其選擇原則按工藝要求 根據(jù)上述選擇原則和輸出點(diǎn)數(shù)的 要求 我們選擇輸出模塊為 1756 OB16D 其工作電壓是 19 2 30V 輸 出點(diǎn)數(shù)為 16 點(diǎn) 分兩組每組 8 點(diǎn) 4 2 5 PLC 的通信網(wǎng)絡(luò) 本題采用以太網(wǎng)通訊 以太網(wǎng)是一個(gè)局域網(wǎng) 用于計(jì)算機(jī)與本地設(shè)備之 間信息高速交換 由于以太網(wǎng)具有高的帶寬 10Mbps 它允許大量計(jì)算 機(jī) 控制器以及其它設(shè)備在以太網(wǎng)上遠(yuǎn)距離的通訊 在信息層 以太網(wǎng)提供了可以進(jìn)行工廠級數(shù)據(jù)訪問的企業(yè)級帶寬系統(tǒng) 信息層采用以太網(wǎng) 具有很大的靈活性 因?yàn)槟憧梢宰畲笙薅鹊卦诖罅?不同廠商提供的設(shè)備之間通訊 TCP IP 是 Internet 所使用的協(xié)議 選擇的通訊模塊為 1756 ENBT A 4 2 6 PLC 控制器的選擇 Logix5000 控制器可提供系統(tǒng)規(guī)?？勺兓目刂破鹘鉀Q方案 可以訪問 大量的 I O 端點(diǎn) 數(shù)字量 I O 最多為個(gè) 模擬量 I O 最多為 4000 個(gè) 控制 器既可以控制本地 I O 有可以通過 ControlNet 網(wǎng) DeviceNet 網(wǎng)以及遠(yuǎn)程 I O 網(wǎng)控制遠(yuǎn)程 I O 16 你可以在一個(gè) ControlLogix 機(jī)架內(nèi)放置多個(gè) Logix5000 控制器 多個(gè)控 制器可以從所有的輸入接口中讀取輸入數(shù)值 每個(gè)控制器可以與機(jī)架上的多 個(gè)通訊模塊進(jìn)行通訊 而且多個(gè)控制器也可以與同一個(gè)通訊模塊進(jìn)行通訊 19 控制器存儲器容量估算 用以下等式為一個(gè)控制器所需存儲器大小的估 計(jì)值 每個(gè)數(shù)值包括用戶相關(guān)程序的一個(gè)粗略估計(jì) 你可以根據(jù)應(yīng)用的復(fù)雜 程度添加存儲器 操作系統(tǒng)基本要求 字節(jié) 控制器任務(wù) 4000 A 字節(jié) 數(shù)字量 I O 點(diǎn) 400 B 字節(jié) 模擬量 I O 點(diǎn) 2600 C 字節(jié) 通訊模塊 2000 D 字節(jié) 控制運(yùn)動軸 8000 E 字節(jié) 總的字節(jié)數(shù) 43000 A B C D E 本系統(tǒng)現(xiàn)在的控制器是本題采用的控制器 型號為 1756 L1ControlLogix 5000 cotroller 其具體參數(shù)如下 用戶存儲器 160K 字節(jié) 背板電流 5VDC 24VDC 電力耗散 10 2BTU 小時(shí) 熱耗散 3W 工作溫度 0 60 32 140 設(shè)計(jì)電纜 1756 CP3 或 1747 CP3 串口電纜 3 類 電池 1756 BA1 PROMARK ELECTRONICS 0 59g 鋰電池 4 2 7 底板或機(jī)架 本設(shè)計(jì)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架 其作用是 電氣上 實(shí)現(xiàn)各模塊 間的聯(lián)系 使 CPU 能訪問底板上的所有模塊 機(jī)械上 實(shí)現(xiàn)各模塊間的連 接 使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體 由此選用的機(jī)架型號為 1756 A7 7 槽的 ControlLogix 機(jī)架 4 2 8 電源模塊的選擇 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 同時(shí) 有的還 為輸入電路提供 24V 的工作電源 電源輸入類型有 交流電源 220VAC 或 110VAC 根據(jù)工藝要求本次設(shè)計(jì)選用了型號為 1756 PA72 電源模塊 其額定輸入電壓為 120 AC 或 220 AC 4 2 9 綜述 綜合考慮以上的因素 我們最終選用了羅克韋爾公司 ControlLogix 系統(tǒng) PLC 它適合整個(gè)工藝的具體要求 并有配套的編程軟件 具體其它機(jī)型無 法替代的優(yōu)勢 其結(jié)構(gòu)具體型號如下 20 控制器型號 1756 L1 ControlLogix 5000 cotroller 控制器的機(jī)架型號 1756 A7 7 槽的 ControlLogix 機(jī)架 編程軟件 Rslogix5000 編程軟件 電源模塊 1756 PA72 所選輸入 輸出模塊型號如下 數(shù)字輸入接口模塊 1756 IB16 數(shù)字輸出接口模塊 1756 OB16D 通信模塊 1756 ENBT A 4 3 控制綜合連接 應(yīng)用 PLC 和變頻器控制工業(yè)洗衣機(jī)的控制硬件系統(tǒng)接線圖 如圖 4 2 所示 PLC 和變頻器相應(yīng)端子的連接 空氣斷路器 交流接觸器 啟動按鈕 停止按鈕 高水位按鈕 低水位按鈕 圖 4 2 工業(yè)洗衣機(jī)控制綜合接線 21 5 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件 5 1 Rslogix5000 軟件介紹 Rslogix5000 編程軟件支持 ControlLogix