PLC和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用

冯婉研

摘 要：工业洗衣机是一类用在工厂、饭店、宾馆或洗衣店清洗大批量衣物的洗衣电器设备，其洗涤工艺如下：进水→洗涤正转→暂停→洗涤反转→排水→脱水。在工业洗衣机控制系统中，PLC与变频器的应用尤其关键。本案选取的是三菱FX2N-48MR型PLC和德国GVF-G3变频器。通过工业洗衣机实际运行情况以及功能要求，本人将结合工业洗衣机控制系统的技术指标与相关知识，深入分析采用三菱FX2N-48MR型PLC和德国GVF-G3变频器在工业洗衣机控制系统中的应用。调试结果表明，该系统的稳定性、靠干扰能力、控制与操作性能都能满足工业洗衣机的工作要求。

关键词：工业洗衣机；FX2N-48MR型PLC；GVF-G3变频器；系统调试

1 前言

工业洗衣机控制系统一般经变频器接入三相电源，同时用PLC控制程序来调控工作流程，并在PLC运行至洗涤小循环时，与变频器接通，此时变频器将按预设的程序来进行洗涤小循环。在这一过程中，全部由变频器来设定洗涤正反转、洗涤正反装转速及正反转暂停时间等参数，以满足工业洗衣机的工作要求。其中，PLC与变频器的选型至关重要。针对变频器的选型，鉴于变频器适配电机容量的额定值应比洗衣电动机大及洗涤时，低速启动的瞬时负荷超级大，则要求选用具备低速转速补偿功能的变频器，同时变频器还应内置PLC功能，以实现洗衣机洗涤从正转向反转的循环动作。鉴于洗涤小循环借助的是变频器的调节功能，则其在洗涤、脱水时的输出功率皆设为50Hz及其加减速时间视情况而定。据此，本案选用的变频器是德国博世力士乐研发的GVF-G3变频器。针对PLC的选型，本案选用的是三菱公司研发的FX2N-48MR型PLC，其是一种小型的PLC，具有价格低、扩展性能优、功能强大及结构紧凑等优点，可切实满足工业洗衣机控制系统的工作要求。据此，本人结合实践经验，分别三菱FX2N-48MR型PLC与德国GVF-G3变频器在工业洗衣机控制系统中的应用。

2 FX2N-48MR型PLC的应用

2.1 硬件设计

为了满足工业洗衣机的工作要求，系统选用的是FX2N-48MR型PLC。其中，输入点共4个，即其编号和输入设备分别为：XO-启动按钮、X1-停止按钮、X2-高水位开关、X3-低水位开关；输出点共6个，即其编号和输入设备分别为：Y0-进水电磁阀、Y1-排水电磁阀、Y2-脱水电磁阀、Y3-结束报警指示灯、Y4-变频器FW端子和Y5-变频器X1端子。上述设置方案同时亦可用作PLC的输入、输出分配方案。据此，在工业洗衣机控制系统中，主电路包括GVF-G3变频器和三相异步电动机，其中工业洗衣机的正反转运行由三相异步电动机来实现；控制电路包括电磁阀、按钮和PLC等，其中PLC的输出点Y4、Y5分别控制变频器FDW和X1端子，并借助内置在变频器中的PLC功能来控制工业洗衣机的暂停、暂停动作、正转和反转洗涤，同时由PLC的输出点Y0-Y3来分别驱动进水、排水、脱水电磁阀和结束报警指示灯，以防直流24V电压接入变频器的COM、FDW和X1端子上。

2.2 软件设计

工业洗衣机PLC控制应用程序应用的是PLC状态转移图，详见图1。

结合图1，工业洗衣机控制系统的工作要求如下：1.在初始状态下，按下启动按钮，进水开始，直至水位升至高水位时，进水停止，洗涤正转开始；2.洗涤先正转15s并暂停3s，再反转15s并暂停3s，如此为一个洗涤小循环；3.若洗涤小循环少于3次，则再次进行洗涤正转，然后再进入下一个小循环；4.若洗涤小循环达到3次，则直接进入排水环节，并在水位降至低水位时，脱排水开始，脱水时长为10s，如此为一个大循环；5.若大循环的次数少于3次，则再次进水，然后再进入下一个大循环；6.若大循环的次数达到3次，则直接进入洗完报警环节，并在报警10s后自动停机。其中，在PLC控制中，以电磁阀为执行机构。

3 GVF-G3变频器的应用

为了满足工业洗衣机PLC控制系统的工作要求，系统选用的是GVF-G3变频器，其具有转矩高、段速多、电压范围宽、支持正反转及按需调速等优点。其中，按需调速指的是GVF-G3变频器可以洗涤剂和衣料等为依据来调节洗衣机在清洗、洗净和均布平衡时的转速，从而提高洗衣机的洗涤转数与洗涤剂和衣物质地的匹配度。应用表明，在切换速度时，既不会产生冲击力，也可省去制动装置、正反装开关和离合器等易损器件，甚至无需维保。另外，根据GVF-G3变频器外部使用的配线情况可知，借助三相断路器开关，可将外部三相电源接入变频器的输入端及将三相电动机接入变频器的输出端，而变频器的FWD、X、CM信号输入端子和FX2N-48MR型PLC则用作控制与通信连接。表1所示为GVF-G3变频器控制应用程序的功能参数设置表。

在GVF-G3变频器控制应用程序中，共包括17个基本参数、30个中级参数、36个高级参数，且全部取的是GVF-G3变频器的默认值。据此，可将变频器在洗涤时的输出频率设为35Hz，并将其在脱水时的输出频率设为低、中、高3个等级，即为50Hz、80Hz和100Hz，注意脱水时的输出频率应按衣物量来设定，而变频器的加减速时间则应按实际情况而定。

4 工业洗衣机控制系统的调试

一般来讲，可按如下步骤调试工业洗衣机PLC控制系统：第一，按表1设定GVF-G3变频器的运行参数；第二，将设好的参数经操作面板输入GVF-G3变频器中；第三，将图1所示的PLC状态转移图输入FX2N-48MR型PLC中；第四，对PLC进行模拟调试，并查看输出指示灯与要求相符与否，其中可将电磁阀线圈替代为指示灯；第五，若相符，对PLC和变频器进行空载调试，并按图2连接变频器，注意电动机无需连接；第六，运行程序，并从操作面板来勘察变频器的输出与要求相符与否；第七、连接电动机及进行调试，并查看电动机的运行与控制要求相符与否。

调试结果表明，在FX2N-48MR型PLC、GVF-G3变频器及电动机正确连接的前提下，FX2N-48MR型PLC及GVF-G3变频器的控制应用程序都能按预设程序工作，从而保证了工业洗衣机的运行效果。

5 结语

综上，在工业洗衣机控制系统中，PLC与变频器的应用可显著提高工业洗衣機的运行效果。但工业洗衣机是一种功率较大的电器产品，则在实际使用中，应注意如下事项：一是若将工业洗衣机用在宾馆或社区洗衣店等场所，应将隔音问题考虑其中，并通过将电抗器装在变频器的进线侧来防止变频器干扰周围的电器设备；二是尽量保持工业洗衣机工作环境的通风性和干燥度，以防变频器因水汽进入而发生电气短路等问题；三是在确定工业洗衣机的运转模式时，应设均布排水工况，以保证衣物在污水排出时均匀分布；四是鉴于工业洗衣机在高速工况下会产生剧烈振动，则建议定期检查变频器的安装情况，以防变频器被振松。总之，PLC与变频器在工业洗衣机控制系统中的应用是工业洗衣机发展的产物，其满足了当前社会的实际需要。但在未来的发展中，工业洗衣机控制系统的研究应做到与时俱进，以满足衣物质地多样化与高级化的发展要求。

参考文献

[1]张秀凤.工业洗衣机利用三菱PLC与变频器的综合控制[J].价值工程，2012，（4）：42.

[2]徐良雄.PLC和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用[J].实验室研究与探索，2012，（8）：207-210.

[3]胡志刚，张慧.变频器在工业洗衣机控制系统中的应用[J].金华职业技术学院学报，2014，（6）：49-52.

[4]吕珊珊.PLC和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用[J].时代农机，2016，（7）：47，87.

[5]赵迎春.基于PLC的全自动洗衣机变频调速控制系统[J].机械与电子，2011，（6）：76-78.

[6]蒙清华，王忠庆.Q系列PLC串口通信模块在工业洗衣机控制系统中的应用[J].机械管理开发，2011，（4）：85-86，88.

[7]王超.基于PLC的工业洗衣机控制系统[J].电子制作，2014，（21）：3-4.

（作者单位：广东省佛山南海技师学院）