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水洗機是指用于賓館、 飯店、 洗衣店或工廠停止大批量衣物清洗用的水洗機 ,具有洗滌容量大、 效果好、本錢低、 效率高、 污染小等特性。其洗滌工藝普通由洗滌、 漂洗、 均布排水和脫水機等幾局部組成。整個洗滌控制的關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速度。水洗機的傳動系統(tǒng)相當復雜,在洗滌和脫水時電機轉速相差很大 ,普通為多臺籠型電機采用離合器切換運轉或者運用變級電機加上離合器、皮帶輪及正反轉開關等機械安裝完成速度調理。而且由于負載很大 ,為了取得大的起動轉矩要采用大電阻電機 ,減速時還另需制動安裝。
隨著大功率開關器件制造技術及計算機控制技術的開展 ,采用變頻調速控制電機已浸透到各種電力傳動系統(tǒng)中。本文采用 Siemens S72 200可編程邏輯控制器(PLC)和 VF2 7F系列變頻器改造一套傳統(tǒng)的水洗機控制系統(tǒng)。PLC的運用進步了系統(tǒng)的抗干擾才能 ,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;變頻器的運用顯著進步了水洗機的性能 ,可用一臺電動機從低速到高速大范圍調理 ,滿足低速洗滌大轉矩和高速脫水的請求 ,且傳動安裝可做的很小 ,控制性能和操作性能都大幅進步;另外,變頻器的運用能夠節(jié)約大量的水和電。
二、水洗機的動力請求
關于水洗機滾筒來說:洗滌和漂洗過程是頻繁的正、 反轉運轉過程;均布排水過程是掃除滾筒內洗滌用水并將衣物平均散布在滾筒四周的均衡過程;脫水是高速運轉甩出衣物內含水的過程;枯燥則是長時間的低速運轉過程。為了肯定各過程的運轉時間和轉速 ,需求經(jīng)過裝置在水洗機內部的各種傳感器檢測衣物布質、 布量、 洗滌方式、 混濁度等 ,再經(jīng)過含糊決策的辦法得出**的洗滌戰(zhàn)略。 由含糊控制器得出的運轉形式如圖 2所示。洗滌、 清漂的轉速為 40 r /min,均布排水的轉速為70 r /min, 2次脫水的轉速分別為 400 r /min和500 r /min,枯燥的轉速為 30 r /min,對應各段洗滌時間分別為 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 ,變頻器還設置了 2個斜坡上升 /降落時間 , 1個用于洗滌周期 , 1個用于脫水周期。電機運轉過程中需求不時地改動轉向 ,而且調速的范圍很寬 ,這種工作變頻器完整可以勝任。
三、控制系統(tǒng)引見
（1）調速控制系統(tǒng)的主要設備選型：變頻器的選用：變頻器的容量應滿足以下規(guī)則:變頻器的容量應比變頻器闡明書中“陪用電動機容量 ” 大 ,變頻器的電流應大于電動機的電流。同時,由于在洗滌過程中 ,滾筒在低速起動時會惹起霎時的超大負荷 ,為此請求電機具有低速轉矩提升補償功用;而在高速脫水時 ,由于水曾經(jīng)排出 ,負載大為降低 ,電機應工作在恒功率狀態(tài) ,并且為使衣物在滾筒內平均散布 ,電機應堅持高慣性。依據(jù)現(xiàn)有電動機的功率電流特性和控制請求 ,選用松下 BFV70374FP變頻器 ,其主要技術規(guī)2 . 1 . 2 PLC的選用 SI MATI C S72 200系列是西門子公司推出的一種小型 PLC。其構造緊湊、擴展性能良好、 價錢低廉 ,深受用戶喜歡。CPU選用 CPU224、 6ES72142 1BD222 0XB0,其數(shù)字量輸入 /輸出點共 24點 ,用于完成水洗機起停控制和多級速率選擇;擴展模塊選用一個模仿量輸入接口 ,用來采集衣物布料、 水溫、 重量、 混濁度等 ,從而肯定水洗機的運轉形式。
（2）調速控制系統(tǒng)的設計構造圖和控制流程：詳細控制流程如下:先由控制面板選擇洗滌方式 ,并發(fā)出起動指令;然后散布在洗衣滾筒左近的各種傳感器將檢測到的布質、 布量等信號送入PLC, PLC依據(jù)這些信息經(jīng)過含糊決策 ,得出水洗機的運轉形式 ,肯定洗滌各階段的操作次第、 洗滌時間等; PLC再經(jīng)過開關量輸出信號給變頻器發(fā)出指令 ,以控制電動機的正反轉、 起停、 多級速率選擇、 多級加減速率選擇。當檢測到電動機過載時 ,將毛病報警信號反應給 PLC,控制指示燈報警或者控制電動機停機。其中 ,布量檢測依據(jù)電機“轉 ” 、 “停 ” 時慣性轉速的脈沖數(shù)計測。在洗滌桶內放入一定衣物和水 ,然后驅動電機以“ 開 ” 0 . 3 s、 “ 停 ” 0 . 7 s的規(guī)律重復操作 ,期間電機處于“ 停 ” 時的慣性轉速用耦合器以脈沖方式計測。洗滌衣物量大 ,則脈沖數(shù)少;反之脈沖數(shù)多。布質檢測主要依據(jù)衣物纖維的比例分為四檔。和布量檢測的辦法相同 ,只是水位偏低時 ,將測衣量時的脈沖數(shù)和測衣質時的脈沖數(shù)相減 ,脈沖數(shù)差越大 ,標明含纖維比例越多?；鞚崴街饕獞霉饷魝鞲衅鳈z測排水口的光投射率完成。變頻器參數(shù)設置。依據(jù)控制請求 ,變頻器應工作在 v / f控制形式 ,且能輸出 5種頻率、 2種加速度 ,可由 PLC控制其正反轉及起停、 頻率選擇 ,低速運轉時應具有轉矩提升功用。表 2為變頻器的主要參數(shù)設置。
四、留意事項
變頻器的運用顯著進步了水洗機的性能 ,但作為一種大功率電力電子產(chǎn)品 ,又工作在社區(qū)的洗衣房內 ,在運用時有一些留意事項。衣物在低速洗滌時 ,由于滾筒內含有大量水 ,致使負載很大。因而 ,需經(jīng)過變頻器轉矩提升補償設置使電機低速時輸出大轉矩。在高速脫水工況時 ,衣物容易在滾筒中構成不平均散布 ,在極高的工作轉速下會產(chǎn)生很大的偏心激振 ,從而惹起整體構造的猛烈振動。因而 ,在運轉形式確實定過程中 ,應布置一段均布排水工況 ,讓污水排出的同時堅持衣物散布平均。另外 ,變頻器要裝置好并作定期檢查 ,以防振動招致松動。變頻器裝置在濕度較高的洗衣房 ,常常發(fā)作絕緣和腐蝕。因而 ,洗衣房內應堅持一定的枯燥度和良好的通風性 ,以防水汽進入變頻器內惹起電氣短路等。工業(yè)用水洗機多用于賓館、社區(qū)洗衣房內 ,要留意隔音問題 ,避免對左近居民形成影響;也要思索變頻器對其他用電設備的干擾。因而應在變頻器進線側加一臺電抗器。
五、結語
變頻調速控制是完成水洗機、脫水機自動控制的一種很好的選擇。采用 PLC和變頻器的調速系統(tǒng)能滿足規(guī)范洗滌和高速脫水等各種工況的請求 ,并能進步洗滌質量;變頻器的運用減少了傳動機構 ,增加了系統(tǒng)的運轉壽命,減少了機械和電氣噪聲 ,還優(yōu)化了洗滌速度 ,降低了電力損耗。目前 ,針對水洗機特有的負載特性而設計的水洗機專用變頻器已處于研制階段。隨著衣物質地的**化和多樣化 ,變頻化的全自動洗滌脫水機也會繼續(xù)向前不時開展。
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