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基于PLC控制系统的陶瓷洗涤设备设计

时间:2019-03-07 11:20作者:曼切
本文导读:这是一篇关于基于PLC控制系统的陶瓷洗涤设备设计的文章,决定采用变频起停, 目的是将陶瓷受到的转距冲击降至不破损的程度。为了方便操作和方便维护、监控, 决定采用PLC作为控制系统的核心, 采用触摸屏实现指令的发出、参数的设置及监控功能。

  摘    要: 就陶瓷洗涤设备的技术改造的问题进行分析, 根据产品的洗涤工艺特点, 采用PLC可编程序控制器作为控制系统的中心, 用触摸屏实现指令的发出、参数的设置及监控功能, 利用变频启动和变频停止等技术使陶瓷的破损率降低为4%以下, 减少设备维护维修费用, 方便操作, 从而以较低的投入得到较理想的改造效果。

  关键词: 陶瓷; 洗涤; 变频器; PLC; 触摸屏;

  0、前言

  传统的洗涤设备由三相异步电动机带动, Y/△起动自由停车的有触点式继电控制系统, 其洗涤工艺与洗衣机洗涤衣服相类似, 不同的是, 由于电工陶瓷是易碎品, 不适宜如洗衣服一样频繁双向洗涤, 故只有单向旋转, 但是Y/△起动和停止时均有较大转距突变, 故陶瓷的破碎率高达40%。为此决定采用变频起停, 目的是将陶瓷受到的转距冲击降至不破损的程度。为了方便操作和方便维护、监控, 决定采用PLC作为控制系统的核心, 采用触摸屏实现指令的发出、参数的设置及监控功能。

  1 改造思路

  (1) 为了系统的灵活性和适用性的要求, 采用PLC程控取代原有的继电控制电路。洗涤时间长短从数据寄存器中读取, 该数值可由触摸屏修改, 以适用不同产品的工艺要求。

  (2) 为最大可能地降低陶瓷的破碎率, 采用变频器变频起动取代Y/D控制。为了减小停机时的转矩冲击, 以变频停止取代原有的自由停车起动, 变频器的频率由5Hz开始间隔上升, 停机时反序, 可使转速变化趋于相对平稳, 尽量降低转矩冲击。

  (3) 为了方便观察设备运行情况采用触摸屏实现监控, 监控对象为运行频率、洗涤时间及电机过载报警。

  2 分步设计

  2.1、变频器设置

  (1) 型号选择

  鉴于洗涤电机功率为7.5KW, 选择频率器容量为7.5KVA。为了适用性选三菱公司变频器, 型号为FR-E740系列。

  (2) 段数选择

  为了尽可能降低转矩冲击和缩短起动时间的矛盾, 采用15段速。对应频率分别为:5Hz, 8Hz, 11Hz, 14Hz, 17Hz, 20Hz, 23Hz, 26Hz, 29Hz, 32Hz, 35Hz, 38Hz, 41Hz, 45Hz, 50Hz。

基于PLC控制系统的陶瓷洗涤设备设计

  (3) 参数设置

  为了兼顾降低转矩冲击和缩短起动时间的矛盾, 采用各级起动时间递减式设置。上述频率 (除50Hz长时运行外) 对应起动时间为:4s, 3.9s, 3.8s, 3.7s, 3.6s, 3.5s, 3.4s, 3.3s, 3.2s, 3.1s, 3.0s, 2.9s, 2.8s, 2.7s (参照电机的功率和电机起动时过渡过程时间的特点) 。

  电子过流保护Pr.9中的电机容量设为1.8IN=1.8×7.5×2=27A, 变频器参数, 如表1、表2所示。

  表1 基本参数
表1 基本参数

  表2 运行参数
表2 运行参数

  2.2、触摸屏画面设计

  触摸屏画面设计, 如图1所示。通过触摸屏按钮控制电机起停、电机过载报警、洗涤机洗涤时间:M1电机正序启动、M2反序降频停机, M3电机过载报警控制按钮, D0洗涤机洗涤时间显示、D1陶瓷电工清洗时间显示。

  图1 触摸屏画面
图1 触摸屏画面

  2.3、主电路图

  要实现三相异步电机的变频调速, 必须有同时改变电压和频率的变频装置, 本文设计的变频器的主电路如图2所示, 采用直接变频器, 即交-交变频器, 电网交流电被直接变成可调频调压的交流电[2]。

  2.4 PLC程序设计

  (1) 工艺流程图

  PLC设计工艺流程框图见图3。

  (2) I/O分配表及分配图

  根据设计改造思路, 可知:当负载过载时, 由PLC控制报警;洗涤机水位由PLC控制, 控制洗涤机的进水排水脱水;PLC控制变频器的变频驱动电机的转速、起停。由此可得PLC I/O口分配表 (见表3) , I/O分配图即PLC接线图 (见图4) 。根据控制要求, 有X0、X1、X2共3个输入点, Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y10、Y11、Y12共9个输出点。

  图2 主电路——电机控制电路图
图2 主电路——电机控制电路图

  图3 PLC设计工艺流程框图
图3 PLC设计工艺流程框图

  从分配图可知:X0输入热保护启动, Y5输出报警;X1输入, Y12输出排水;X2启动, Y11输出进水, Y0、Y1、Y2、Y3、Y4输出, RH、RM、RL、REX、STF可根据程序设计出不同段速。

  表3 I/O分配表
表3 I/O分配表

  (3) PLC程序分步设计

  (1) 触摸屏画面报警程序, 如图5所示。

  当输入X0接通, 即过载时, 辅助继电器M3接通;X0上升沿, 驱动线圈Y5报警, 定时器T0从0开始对10ms时钟脉冲进行累积计数, 当计数值与设定值K300相等时, 定时器接通, 报警时间为3s[2]。

  (2) 变频起动设计, 如表4所示。

  图4 接线图、
图4 接线图、

  表4 接点与对应频率设计表
表4 接点与对应频率设计表

  为了简化程序, 采用功能指令配合变址寄存器, 将PLC各输出状态编程控制字, 存于数据寄存器D, 即将控制字存于D200~D214连续15个单元中, 每种输出状态对应运行时间也按工艺要求编写, 存于数据寄存器, 将运行时间存于D220~D234连续15个单元中。为了防止数据丢失, 采用掉电保持型数据寄存器。控制字推理如表5所示。

  图5 触摸屏画面程序
 图5 触摸屏画面程序

  (3) 变频停机设计

  由于电机及负载不变, 故惯性同启动时一致。制动只需反向取控制字即可。由于运行结束时“V”已复位, 故反向取控制字及运行时间时, V应定义为1。

  (4) 清洗设计

  变频停机后, 应立即打开排水阀Y12, 故K3Y0中只有Y12得电。当水排干后, X2动作, 则需将Y12断电, 同时注入清水漂洗, 水位到达X1动作。此时则需进水、排水、清洗同时进行。清洗时间到, 停止注水, 待水排干后, 进入脱水流程。由于清洗时输出状态发生变化, 故对应控制字应修改, 修改后的控制字存于D240开始的连续单元中。修改如表6所示。

  表5 控制字推理表
表5 控制字推理表

  表6 控制字修改状态
表6 控制字修改状态

  从表中可以看出, 对控制字的影响只有Y12、Y11前面两位, 故将控制字首位“1”改为“7”即可。则D240~D254单元控制字为H711~H71F, 运行时间由原来洗涤15分钟 (K9000) 改为5分钟 (K3000) , 将修改后的时间序列存于D260~D274连续15个单元中。

  (5) Ⅴ脱水设计

  进入脱水状态, 就不能再进水, 但排水继续。运行到水位到达下限时, 进入停机状态, 同样采用变频停机, 排水阀一直开启到最后。所以排水控制字Y12、Y11、Y10的组合为101, 脱水控制字序列最高位 (16进制) 有“7”改为“5”, 将修改后的控制字存于D280~D294中, 分别为H511~H5F, 脱水时间定为2分钟 (K1200) , 对应时间序列存于D300~D314中。

  3 总体设计

  为防止水位开关X1、X2在不同工作状态时动作, 造成相互干扰, 决定采用顺控执行方式, 将上述各工作状态归入各自状态元件之下, 即可避免此种隐患的产生。经运行, 电脑传输数据, 数据寄存器数据显示如表7所示。

  4 改造结果及结论

  总体程序设计完成, 经上机调试, 逻辑满足后投入改造。改造后的故障率不但大大降低, 关键是陶瓷的破损率从40%下降到4%以下, 达到了非常满意的效果。将电工新技术转化为生产力, 不但达到了很好的经济效益, 也收到了良好的社会效益。

  表7 数据寄存器 (有电脑传输) 数据一览表
表7 数据寄存器 (有电脑传输) 数据一览表

  参考文献:

  [1]岳庆来.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术[M], 北京:机械工业出版社, 2006.
  [2] 梁耀光、余文烋.工业控制新技术教程[M], 广东:华南理工大学出版社, 2014, 114-115.
  [3]陈立定、吴玉香、苏开才.电气控制与可编程控制器[M], 广州:华南理工大学出版, 2001.
  [4]徐德.可编程控制器 (PLC) 应用技术[M], 济南:山东科技出版社, 2001.

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