變頻器在工業(yè)洗衣機中的應(yīng)用

1、煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計變頻器在工業(yè)洗衣機中的應(yīng)用目錄目錄1摘要2前言2工業(yè)洗、工業(yè)洗衣機的工作原理 、工業(yè)洗衣機的工作過程第二章、變頻器 6一、變頻器簡介 6二、變頻器的工作原理 7三、變頻器的控制方式及選型 7四、變頻器的參數(shù)設(shè)置 8第三章、 PLC 簡介 14一、PLC的定義及特點 14二、PLC的應(yīng)用和發(fā)展前景 14三、PLC的基本組成及工作原理 15四、PLC的編程語言 17案例：用 PLC與變頻器設(shè)計控制電路，并進行模擬安裝與調(diào)試 19結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 271題目：變頻器在工業(yè)洗衣機中的應(yīng)用姓名：朱提磊摘要 工業(yè)洗衣機是指用于賓館、 飯店、洗衣店或 工

2、廠進行大批量衣物清洗用的洗衣機， 具有洗滌 容量大、效果好、成本低、效率高、污染小等特 點。近些年來， 工業(yè)洗滌設(shè)備尤其以水洗設(shè)備為 主，變頻器的應(yīng)用越來越普及， 變頻器也因此為 工業(yè)洗滌設(shè)備帶來了全新的技術(shù)革命， 從最早的 不可調(diào)速的半自動洗衣機到用兩個雙速電機來 實現(xiàn)四個速率的全自動洗衣機， 最后發(fā)展到只需 一個電機就可實現(xiàn)多段速率的現(xiàn)代洗衣機。 工業(yè) 洗衣機整個洗滌控制的關(guān)鍵在于低速洗滌時有 很平滑的力矩以及脫水時有很高的旋轉(zhuǎn)速度。 由 于負(fù)載很大， 為了獲得大的起動轉(zhuǎn)矩要采用大電 阻電機， 減速時還另需制動裝置。 隨著大功率開關(guān)器件制造技術(shù)及計算機控制技術(shù)的發(fā)展， 采用 變頻調(diào)速控制電

3、機已滲透到各種電力傳動系統(tǒng) 中。前言本文采用三菱 FX2N系列可編程邏輯控制器 (PLC) 和通用系列變頻器為例改造一套傳統(tǒng)的工 業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)。在洗衣機中 PLC 的使用提 高了系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 變頻器的使用顯著提高了工業(yè)洗衣機的性能， 可 用一臺電動機從低速到高速大范圍調(diào)節(jié)， 滿足低 速洗滌大轉(zhuǎn)矩和高速脫水的要求， 且傳動裝置可 做的很小， 控制性能和操作性能都大幅提高； 另 外，變頻器的使用可以節(jié)約大量的水和電。本設(shè)計通過對洗衣機洗衣原理和洗衣過程 的分析，判斷出洗衣機洗衣過程所需要的各種轉(zhuǎn) 速。然后分析介紹了通用變頻器的工作原理以及 控制方式等， 進而針對變頻器

4、的型號和容量的選 擇進行了簡要說明。 接著詳細(xì)的介紹了變頻器的 各種參數(shù)設(shè)置及 PLC 的相關(guān)知識，并通過案例 重點分析了在洗衣機的洗衣過程中， 變頻器多段 速功能的多種轉(zhuǎn)速是如何同洗衣機的控制程序（ PLC 程序）以及電動機相輔相成，完成洗衣 任務(wù)的。第一章 工業(yè)洗衣機一 工業(yè)洗衣機的工作原理洗衣機是利用電能產(chǎn)生機械作用來洗滌衣物的清潔電器。 在我們的日常生活 中已經(jīng)十分普及了，它省時省力節(jié)水 , 特別是在天寒水冷的時候，才會真正體驗 到它的妙處。我們按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類。工業(yè)洗衣機就是 集體用類。洗衣機按洗滌方式來分，可分為波輪式洗衣機和滾桶式洗衣機兩種。下面先 說一下波輪

5、式洗衣機電路的工作原理：放入衣物后，打開進水龍頭的閥門，選 擇好正確的水位及工作程序，接通電源，閉合倉門，門安全開關(guān)閉合，此時水 位開關(guān)內(nèi)部的公共觸點是和脫水觸點相通，進水閥通電進水，當(dāng)桶內(nèi)水位到達(dá) 指定高度時，在氣壓的作用下水位開關(guān)內(nèi)部公共觸點斷開脫水觸點而接通洗滌 觸點，進水閥斷電停止進水，電動機電源被接通，電動機開始運轉(zhuǎn)，周期性的 時而正轉(zhuǎn)、時而反轉(zhuǎn)，相互交替，通過離合器帶動波輪用同樣的周期正轉(zhuǎn)、反 轉(zhuǎn)，以一定速度旋轉(zhuǎn)的波輪會帶動桶內(nèi)的水及衣物形成旋轉(zhuǎn)水流，衣物在水流 中相互磨擦而達(dá)到洗衣的目的煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計工業(yè)洗衣機結(jié)構(gòu)采用臥式滾筒型。 滾桶洗衣機也是洗衣桶

6、套著脫水桶，脫水 桶與洗衣桶同軸心安裝，這兩只桶扁且直徑比較大，就像是側(cè)放的盆子，盆口 對著倉門，脫水桶底部有一軸橫穿出洗衣桶的底部軸心，并安裝有皮帶輪，同 安裝在洗衣桶外側(cè)的電動機通過皮帶連接，兩桶均為不銹鋼制造。滾桶洗衣機 的倉門面向正前方，在洗衣機的上部及面板上還有進水閥，排水閥，水位開關(guān)， 程控器等部件。電路的工作原理同波輪洗衣機基本相同，洗衣的程序受程控器 控制，因為洗衣機工作在洗滌狀態(tài)時，脫水桶轉(zhuǎn)動的速度較慢，而工作于脫水 狀態(tài)時，脫水桶要高速旋轉(zhuǎn)，波輪式洗衣機是通過離合器內(nèi)部的齒輪轉(zhuǎn)換實現(xiàn) 變速，電機的轉(zhuǎn)速是恒定的。滾桶洗衣機它沒有離合器變速，但是它的電機是 雙速電機，所以當(dāng)洗衣

7、機工作于洗滌態(tài)時，程控器接通電機的洗滌低速繞組， 電機的轉(zhuǎn)速慢，工 作于脫水態(tài)時，則接通脫水高速繞組，電機高速運轉(zhuǎn)，這個過程是通過程控器 和電機的共同作用來完成。工業(yè)洗衣機的工作過程工業(yè)洗衣機的洗滌過程如下：首先，加水，正反轉(zhuǎn)洗滌 25 分鐘，洗滌完畢后，排水，進入脫水階段，脫 水階段包括均布、中脫和高脫三個過程，均布即是在有水和無水的情況下，以 比洗滌過程高的轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn) 1.5 分鐘，使衣物均勻地附著在洗衣機的滾筒內(nèi) 側(cè)，以使后續(xù)的脫水過程平穩(wěn)； 排水后，提高轉(zhuǎn)速進入中速脫水過程 （2 分鐘）， 隨后再進入高速脫水過程（ 5 分鐘），使衣物的含水率降至所要求的水平。各階 段的運行速度為：洗

8、滌： 30rpm左右均布： 60rpm左右中脫： 400rpm 左右高脫： 700 800rpm煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計工業(yè)洗衣機電氣接線原理示意圖V/f 曲線以 100kg 型洗衣機為例：（A、a）點： 2Hz，24VB、b）點： 25Hz，112V（C、c）點： 50Hz，380V綜上，工業(yè)洗衣機的正常運轉(zhuǎn)需要使洗衣機電機高轉(zhuǎn)矩、多段速、寬電壓范 圍、自動轉(zhuǎn)差補償和方便的通訊方式；而且要性能穩(wěn)定，能適應(yīng)各種賓館、酒 店洗衣房的高溫、高濕的環(huán)境等。因此，變頻器在其中充當(dāng)了不可替代的作用！ 這就要求變頻器供應(yīng)商能提供及時、完善的服務(wù)，總之，要求變頻器能適應(yīng)工 業(yè)洗衣機特定的洗

9、滌工藝要求和特定客戶群的服務(wù)要求。5第二章 變頻器一 變頻器簡介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率 的電能控制裝置，是把工頻電源 （50Hz 或 60Hz）變換成各種頻率的交流電源， 以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路 將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變 電路將直流電再逆成交流電。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。 20 世紀(jì) 60 年代以后， 電 力電子器件經(jīng)歷了 SCR（晶閘管 ） 、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管 ） 、BJT（雙極型功率晶 體管 ） 、MOSFET金（ 屬氧化物場效應(yīng)管 ）

10、 、SIT（ 靜電感應(yīng)晶體管 ） 、SITH（靜電感應(yīng) 晶閘管 ） 、MGT（MO控S 制晶體管 ） 、MCT（MO控S 制晶閘管 ） 、IGBT（絕緣柵雙極型晶 體管 ） 、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管 ） 的發(fā)展過程，器件的更新促進了電 力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。 20世紀(jì) 70 年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻 （PWMVVVF） 調(diào)速研究引起了人們的高度重視。 20 世紀(jì) 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM模 式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 PWM模式效果最佳。 20 世紀(jì) 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF 變頻器已投

11、入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變 頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM控制變頻器、 PWM控制 變頻器和高載頻 PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f 控制變頻 器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用 變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。VVVF ：改變電壓、改變頻率 CVCF：恒電壓、恒頻率。 各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率 均為 400V/50Hz或 200V/60Hz(50Hz) ，等等。通常把電壓和頻率固定

12、不變的交流 電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電 壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電 (DC) 。6二 變頻器的工作原理 我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f(1 s)/p 式中n 異步電動機的轉(zhuǎn)速； f 異步電動機的頻率； s電動機轉(zhuǎn)差率； p 電動機磁極對數(shù)。由上式可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉(zhuǎn) 速，當(dāng)頻率 f 在 050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻 器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性 能的調(diào)速手段。三 變頻器的控制方式及選型1 、

13、變頻器的控制方式低壓通用變頻輸出電壓為 380 650V，輸出功率為 0.75 400kW，工作 頻率為 0 400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了 以下四代。（ 1） U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式（ 2）電壓空間矢量（ SVPW）M 控制方式（ 3）矢量控制（ VC）方式（ 4）直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）方式（ 5）矩陣式交交控制方式2 變頻器的選型（1）變頻器的類型選擇1） 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。2 ） 變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性 能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。3 ） 變頻器與負(fù)載的匹配問題7 .電壓

14、匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 .電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電 流相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電 流確定變頻器電流和過載能力。 .轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生。4） 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次 諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容 量要稍大于普通電機的選型。5） 變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地 耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量 要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。6 ） 對于一

15、些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻 器的降容，變頻器容量要放大一擋（ 2）、變頻器容量選擇變頻器的容量通常用額定輸出電流 （A） 、輸出容量 （kV ·A）、適用電動機功 率（kW）表示，其中額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計不論什么情況下都不允許連續(xù)輸出超過此電流值。輸出容量取決于變頻器的額 定輸出電流與變頻器的額定輸出電壓的三相視在輸出功率。適用電動機功率是 以 2、 4 極的標(biāo)準(zhǔn)電動機為對象，表示在額定輸出電流以內(nèi)可以驅(qū)動的電動機功 率。因 6 極以上的電動機、 變極電動機、特殊電動機的額定電流比標(biāo)準(zhǔn)電

16、動機大， 故不能根據(jù)所采用電動機的功率選擇變頻器容量。 因此，對于用 6 極以上和變極 電動機拖動的負(fù)載、變動負(fù)載、斷續(xù)負(fù)載和短時負(fù)載，變頻器的容量應(yīng)按運行 過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。在選擇和使用變頻器時， 還應(yīng)考慮對于三相籠型異步電動機， 由于變頻器輸 出的電壓、電流中含有高次諧波的影響，將會使電動機的效率、功率因數(shù)降低， 溫度會有所增加，同一負(fù)載下電流將增加10。因變頻器的限流功能設(shè)置在1.5In ，電動機短時最大轉(zhuǎn)矩只有 1.5Tn（工頻下電動機的最大轉(zhuǎn)矩一般有 2.0Tn） 為避免溫度增加，低速時連續(xù)運轉(zhuǎn)要適當(dāng)降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 1/2 速度以下必須減小 10負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 1/3

17、速度以下必須減小 20負(fù)載轉(zhuǎn)矩。四 變頻器的參數(shù)設(shè)置9煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計一）主電路端子說明1、L1、L2、L3 端子變頻器的主電路電源輸入端子，它通過斷路器接到三相電源。實驗使用的變9頻器既可接單相電源，使用 L1、L2 端子，又可以接三相電源，使用 L1、L2、煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計L3 端子。2、T1 、T2 、T3 端子 變頻器的主電路輸出端子，接三相電動機。變頻器在使用時，主電路電源輸 入端子與輸出端子一定不要弄錯，否則會造成變頻器的損壞。3、P、R端子制動電阻連接端子（容量在 10HP以下的變頻器有此端子） 。當(dāng)負(fù)載慣量較大 或減速時間短，

18、使變頻器容易過壓跳閘時使用。4、P、N端子制動單元連接端子（容量在 10HP以上的變頻器有此端子） 。變頻主電路中間 直流電路電壓的輸出端可連接外部制動單元電源， 其中 P接正電壓， N接負(fù)電壓 需要特別指出的是：變頻器如不接制動單元， P、N端子應(yīng)保持開路狀態(tài)，切不可 將兩端短路，否則將會造成變頻器損壞。（二）控制電路端子說明N2系列變頻器控制電路端子共有 15個，可以用 1、2、3、 15 標(biāo)識， 具體的端子符號和端子功能說明：端子符號功能說明1TRIP RELAY故障接點輸出端子2接點額定容量： 250VAC/A（30VDC/A）3FWD運行控制端子4REVFWD正轉(zhuǎn) REV 反轉(zhuǎn)5CO

19、M端子 3、4、5、 6、7、8、 9 的公共點6SP17SP2多功能輸入端子8SP39RESET故障復(fù)位端子10SYN-負(fù)接點多功能輸出端子11SYN+正接點端子容量： 35VDC/50mA12+5V頻率旋鈕（ VR）電源端子13模擬量輸入正接點模擬頻率信號輸入端子14模擬量公共點模擬信號共同點15FM+模擬量輸出正接點多功能模擬輸出端子111、鍵盤操作鍵說明FREQ.SET（1）運行 / 停止鍵和正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn)鍵 當(dāng)變頻器的運行由鍵盤控制（ F010設(shè)為 0）時，按運行 / 停止鍵，變頻器開 始運行；若需要轉(zhuǎn)向控制，可以按正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn)鍵；再按運行 / 停止鍵，變頻器停 止運行。當(dāng)變頻器的

20、運行由外端子控制（ F010設(shè)為 1）時，正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn)鍵及運行鍵失 效，停止鍵是否有效可由 F048 設(shè)置。（2）轉(zhuǎn)換/ 功能鍵 按此鍵可以進行監(jiān)視模式和編程模式的轉(zhuǎn)換， 。當(dāng)顯示器顯示頻率、轉(zhuǎn)速、 線速度、電壓、電流等（由 F047 、F051設(shè)定 ）時屬于監(jiān)視模式下，按一次鍵， 顯示的物理量改變一個， 依次順序下去。 當(dāng)再按一次鍵， 顯示器顯示功能碼 F000 時，變頻器處于編程模式，可以輸入程序。（3）數(shù)據(jù)增鍵和數(shù)據(jù)減鍵 修改數(shù)據(jù)時，控制數(shù)據(jù)增加和減小。按一下，數(shù)據(jù)增加或減小一個單位； 持續(xù)按鍵，數(shù)據(jù)持續(xù)增加或減小。（4）位移/ 復(fù)位鍵 修改數(shù)據(jù)時，控制數(shù)據(jù)位移動；報警復(fù)位時使用。（5

21、）數(shù)據(jù)讀出 / 寫入鍵煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計監(jiān)視模式下數(shù)據(jù)修改時，按此鍵確認(rèn)修改的數(shù)據(jù)值；變頻器處于編程模式， 顯示功能碼 F000 時，按此鍵可以讀出該功能碼下的參數(shù)碼，此時可以進行參數(shù) 碼修改，再按此鍵寫入（確認(rèn)）參數(shù)碼。（6）鍵盤頻率設(shè)置旋鈕 VR當(dāng) F011 設(shè)為 1時，頻率由此旋鈕設(shè)定。 2LED指示燈說明（1）SEQ 燈：運行指令由外端子控制時（即 F010 設(shè)為 1），燈亮。（2）FRQ 燈：頻率指令由鍵盤旋鈕或外端子設(shè)定時（即 F011 設(shè)為 1、2、 3），燈亮。（3）FWD燈 ：轉(zhuǎn)向設(shè)為正轉(zhuǎn)，燈會動作（停機中閃爍，運行后一直亮著） 。（4）REV 燈：轉(zhuǎn)

22、向設(shè)為反轉(zhuǎn)，燈會動作（停機中閃爍，運行后一直亮著） 。（5）Hz/RPM 燈： LED數(shù)碼顯示屏顯示頻率 / 轉(zhuǎn)速時，燈亮。（6）FUN 燈：LED數(shù)碼顯示屏顯示功能碼時， 燈亮；顯示功能碼下數(shù)據(jù)時， 燈會閃爍。（7）VOLT 燈：LED數(shù)碼顯示屏顯示電壓時，燈亮。（8）AMP 燈： LED數(shù)碼顯示屏顯示電流時，燈亮。 3LED數(shù)碼顯示屏顯示的數(shù)據(jù)說明LED 數(shù)碼顯示屏顯示四位數(shù)，這些數(shù)據(jù)可分為三大類：（1）運行數(shù)據(jù)的顯示 變頻器接通電源，顯示器會先閃爍目前電源電壓（由 F030設(shè)定） ，幾秒后， 或運行信號投入后，改顯示各種運行數(shù)據(jù)，如頻率、轉(zhuǎn)速、線速度、電壓、電 流等（由 F047 、F0

23、51設(shè)定 ） 。此時屬于監(jiān)視模式下。（2）功能碼及其參數(shù)碼的顯示按 DSP鍵，進行模式轉(zhuǎn)換 ，使變頻器處于編程模式時，顯示器顯示功能碼 F000, ；再按 READ鍵（數(shù)據(jù)讀出鍵），可顯示對應(yīng)功能碼下的參數(shù)碼，詳細(xì)功能 碼及參數(shù)碼見“功能參數(shù)表” 。（3）指示數(shù)據(jù)的顯示 顯示故障類型、特殊情況、按鍵操作錯誤等信息12三、鍵盤操作鍵基本操作說明1監(jiān)視模式 下面以頻率修改為例說明基本操作，變頻器在停機中操作； 變頻器在運行中操作。2編程模式變頻器編程序的基本操作步驟如下：（1）按 FUN鍵，使變頻器處于編程模式， 此時 LED數(shù)碼顯示屏顯示 F000（2）按鍵、鍵、 鍵，找出需要的功能碼。（3）按

24、 READ鍵，讀出該功能碼中原有的參數(shù)碼。（4）通過鍵、 鍵、 鍵， 修改參數(shù)碼。（5）按 ENTER鍵確認(rèn)參數(shù)碼。（6）如需繼續(xù)設(shè)置其他功能，那么重復(fù) - 的操作。如不需繼續(xù)設(shè)置其 他功能，則可按 RUN鍵，電動機就開始運行了。（7）運行中的變頻器，按 STOP鍵，可以使其停止運行。13第三章 PLC 簡介一 PLC 的定義及特點1、PLC的定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用 而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控 制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩?/p>

25、制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整 體，易于擴充其功能的原則而設(shè)計。2、PLC的特點PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、 方便的優(yōu)點而設(shè)計制 造和發(fā)展的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點。（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）通用性強，使用方便（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便（4）編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握（5）系統(tǒng)設(shè)計周期短（6）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強（7）安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小二 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展前景1、 PLC 的應(yīng)用PLC是以微處理器為核心， 綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā) 展起來的一種通用的工業(yè)自動

26、控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強、 程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等一系列的優(yōu)點，因而在冶金、能源、化 工、交通、 電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用， 成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱 （ PLC、 機器人和 CAD/CAM）之一。142、 PLC的發(fā)展前景為了適應(yīng)市場的各方面的需求，各生產(chǎn)廠家對 PLC 不斷進行改進， 推出功能更強、結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來說，朝兩個方向發(fā)展： 一個是向超小型、專用化和低價格的方向發(fā)展，以進行單機控制；另一個是向 大型、高速、多功能和分布式全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型工 廠、企業(yè)自動化的需要。三 PLC 的基本組成及工作原理1、PLC

27、的基本組成CPUU輸入 模塊用戶輸 入設(shè)備EPROM輸出 模塊用戶輸 出設(shè)備總線主機圖 3 1 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖在圖 31 中，PLC 的主機由微處理器（ CPU）、存儲器（ EPRO、M RAM）、 輸入/ 輸出模塊、外設(shè) I/O 接口、通信接口及電源組成。對于整體式的 PLC，這 些部件都在同一個機殼內(nèi)。而對于模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC，各部件獨立封裝，稱為模 塊，各模塊通過機架和電纜連接在一起。主機內(nèi)的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。 根據(jù)實際控制對象的需要配備一定的外部設(shè)備，可構(gòu)成不同的PLC 控制系統(tǒng)。下面分別介紹 PLC各組成部分及其作用：15（ 1）

28、處理單元 CPU CPU是 PLC的控制中樞， PLC在 CPU的控制下有 條不紊的工作，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的各個設(shè)備進行控制。CPU 的具體作用如下： 接收、存儲用戶程序。 、 以掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 、 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。 、 響應(yīng)外部設(shè)備的請求。（2）存儲器可編程控制器有兩種存儲器， 即系統(tǒng)存儲器（ EPRO）M和用戶存儲器 （RAM）系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。 用戶存儲器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用 戶存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器

29、/ 計數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前的數(shù)據(jù)區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。（3）輸入 / 輸出模塊PLC 的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，實際生產(chǎn)過程中的信號電平是多種多樣 的，外部執(zhí)行機構(gòu)所需的電平也是各不相同的，而可編程控制器的CPU所處理的信號只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，這樣就需要有相應(yīng)的 I/O 模塊作為 CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn) 場的橋梁，進行信號電平的轉(zhuǎn)換。2、PLC的基本工作原理PLC是一種存儲程序的控制器。 用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求， 編制好 控制程序后，用編程器將程序鍵入到 PLC的用戶程序存儲器中寄存。 PLC的控制 功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。PLC 掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出

30、刷新。（1）輸入采樣 PLC 在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序 將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸 入16 采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是 取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變， 只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。（2）程序執(zhí)行 PLC 完成了采樣工作后， 按順序從 0000 號地址開始的程 序進行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器 中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸 出映像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序

31、未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出 端子上。（3）輸出刷新 在執(zhí)行到 END 的命令時，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備四 PLC 的編程語言PLC 的控制功能是由車工女婿實現(xiàn)的。目前 PLC常用的編程語言有： 梯形圖 語言、助記符（指令表）語言、功能圖語言、順序功能圖語言、高級編程語言 等。1 、梯形圖語言（1）梯形圖與繼電器控制的區(qū)別 梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。邏輯關(guān)系 明顯，電氣技術(shù)人員容易接受。讀同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖 的輸入、輸出信號、控制過程等效。但兩者有本質(zhì)的區(qū)別：繼電器控制原理

32、圖 使用的是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路。而PLC 的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時器 / 計數(shù)器等，靠軟件實現(xiàn)控制。（2）梯形圖程序簡介 . 梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。 PLC 程序 執(zhí)行順序與梯形圖的編寫一致。 . 梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊稱為右母線。左母線右側(cè)放置 輸入接點和內(nèi)部繼電器觸點。梯形圖觸點有兩種，即常開觸點和常閉觸點。 . 梯形最右側(cè)必須放置輸出器件。 PLC 的輸出器件用圓圈表示，圓 圈可以表示內(nèi)部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時 / 計數(shù)器的邏輯運算結(jié)果。 其邏輯動作只有在線圈接通后，對應(yīng)的觸點才動作。輸出線圈直接與右母線相 連，

33、17輸出線圈與右母線之間不能連有觸點。 . 梯形圖程序中的觸點可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能 串聯(lián)。 . 輸出線圈只對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能直接驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。 . 梯形圖中每個編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串。2、助記符語言PLC中PLC 的助記符語言是 PLC的命令語句表達(dá)式，它與計算機匯編語言相類似。用戶可以直觀地根據(jù)梯形圖，寫出助記符語言程序，并通過編程器送到 去。3 、功能圖語言功能圖語言是一種類似于數(shù)字邏輯電路圖的編程語言，熟悉數(shù)字電路的人比 較容易掌握。4 、順序功能圖語言順序功能圖常用來編制順序控制類程序， 可以將一個復(fù)雜的控制過程分解為 一些具體的工作狀態(tài)，把

34、這些具體的狀態(tài)依一定的順序控制要求，組合成整體 的控制程序。18案例：用 PLC與變頻器設(shè)計控制電路，并進行模擬安裝與調(diào)試 考核內(nèi)容：用 PLC與變頻器進行工業(yè)洗衣機控制線路的設(shè)計（工作方式由 考評員現(xiàn)場設(shè)定），并進行模擬安裝與調(diào)試。1、控制要求：（ 1） 按下啟動按鈕，開始進水直到高水位，停止進水。（ 2） 2 秒后開始洗滌。（3）洗滌時，正轉(zhuǎn) 15 秒，停 3 秒，然后反轉(zhuǎn) 15 秒，停 3 秒。（4）如此循環(huán) 3 次后開始排水，排空后脫水 10 秒。（5）開始清洗，重復(fù)（ 1）（ 4），清洗兩遍。（6）清洗完成，報警 5 秒并自動停機。（ 7） 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動

35、脫水（不計數(shù)）2、控制示意圖f 50Hz洗滌運行曲線示意圖 脫水運行曲線示意圖 3考核要求：（1）根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計主電路圖，并畫出 I/O （輸入/輸出）接線圖。（2）設(shè)計并繪制梯形圖，列出變頻器參數(shù)設(shè)定表。（3）模擬安裝線路（4）熟練操作計算機，能正確將所編程序輸入 PLC。（5）熟練操作變頻器，能正確設(shè)置參數(shù)。（6）按設(shè)計要求進行模擬調(diào)試。4使用器材：可編程控制器采用三菱 FX2n 48MT系列主機、變頻器采用三菱E500 系列。編程軟件為三菱 PLC編程軟件 FXGPWIN與 GX Developer 8.34L 版任選其一。19全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010

36、屆畢業(yè)設(shè)計啟動按鈕 停止按鈕指示燈 控制按鈕進水口內(nèi)桶外桶波盤全自動洗衣機示意圖1、 全自動洗衣機中 PLC主機的 I/O 資源分配名稱電路器件地址編號說明輸入信號啟動按鈕SB1X000啟動洗衣機停止按鈕SB2X001停止洗衣機高水位按鈕SB3X002高水位選擇低水位按鈕SB4X003低水位選擇手動排水SB5X004手動排水選擇手動脫水SB6X005手動脫水選擇高水位探測器SQ1X006高水位檢測低水位探測器SQ2X007低水位檢測排空檢測SQ3X010排空檢測輸出信號進水電磁閥KM1Y000進水控制電機正轉(zhuǎn)接觸器KM2Y001電機正轉(zhuǎn)控制電機反轉(zhuǎn)接觸器KM3Y002電機反轉(zhuǎn)控制排水離合器KM

37、4Y003排水控制脫水離合器KM5Y004脫水控制蜂鳴器KM6Y005聲音提示2、全自動洗衣機中 PLC主機中輔助繼電器分配名稱地址名稱地址啟動、停止M0正轉(zhuǎn)清洗暫停時間T39高水位M1反轉(zhuǎn)清洗時間T40低水位M2反轉(zhuǎn)清洗暫停時間T41進水閥控制M3正轉(zhuǎn)開始M4循環(huán)次數(shù)計數(shù)C1清洗遍數(shù)C2進水閥關(guān)閉后延時T37正轉(zhuǎn)清洗時間T383、梯形圖圖 1 程序預(yù)定義21煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 屆畢業(yè)設(shè)計圖 3： 2 秒后開始洗滌圖 4 ：洗滌時，正轉(zhuǎn) 15 秒，停 3 秒，然后反轉(zhuǎn) 15 秒，停 3 秒，如此循環(huán) 3次后圖 6 ：開始清洗，重復(fù)（ 1 ）（ 4 ），清洗兩遍。23近年來可編程序控

38、制器 (PLC) 以及變頻調(diào)速技術(shù)日益發(fā)展，性能價格比日益 提高，并在機械、冶金、制造、化工、紡織等領(lǐng)域得以普及和應(yīng)用。為滿足溫 度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制， PLC模 擬量控制模塊的使用也日益廣泛。通常情況下，變頻器的速度調(diào)節(jié)可采用鍵盤調(diào)節(jié)或電位器調(diào)節(jié)方式，但 是，在速度要求根據(jù)工藝而變化時，僅利用上述兩種方式則不能滿足生產(chǎn)控制 或工作要求，因此，我們須利用 PLC靈活編程及控制的功能，實現(xiàn)速度因工藝 而變化，從而保證產(chǎn)品的合格率及工作效率。24結(jié)論當(dāng)今社會大批量衣物的洗滌需求，促進了洗滌機械工業(yè)的迅速發(fā)展， 集團化專業(yè)洗滌已經(jīng)成為先進國家工業(yè)發(fā)展的重要體現(xiàn)。而高品質(zhì)洗滌機 械的研制、生產(chǎn)和運用則是一個國家科技進步的重要標(biāo)志之一變頻調(diào)速控制是實現(xiàn)工業(yè)洗衣機自動控制的一種很好的選擇。 采用 PLC 和 變頻器的調(diào)速