Автоматизированный привод промышленной стиральной машины

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

Белорусский национальный технический  университет

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра робототехнических  систем

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: Электрические машины и автоматизированный электропривод

Тема: Автоматизированный привод промышленной стиральной машины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

студент гр. 107429                                                                               Трухан А. С.

 

Руководитель:                                                                                    Лившец Ю. Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

 

Оглавление

Задание……………………………………………………………………………3

Введение…………………………………………………………………………..4

1. Ознакомление с промышленными  прачечными…………………………….5

1.1. Применение промышленных  прачечных…………………………………..5

1.2. Классификация стиральных  машин………………………………………..5

1.3. Особенность работы автоматической стиральной машины с точки зрения электропривода…………………………………………………………………...6

2. Подборка необходимого  технологического оборудования  для системы….8

2.1. Асинхронный однофазный  электродвигатель…………………………….8

2.2. Преобразователь частоты…………………………………………………10

2.3. Программируемый логический  контролер………………………………12

3. Общий алгоритм работы  системы………………………………………….13

4. Выбор основных компонентов  привода заданного механизма…………..15

4.1. Расчёт статических  нагрузок……………………………………………...15

4.1.1. Приведение моментов  сопротивления к валу двигателя……………...20

4.1.2. Расчёт динамических  моментов и построение упрощённой  нагрузочной и скоростной диаграммы  электропривода……………………………………20

4.1.3. Проверка выбранного  двигателя по нагреву, пусковой и перегрузочным способностям…………………………………………………………………...22

4.2. Выбор преобразователя  частоты…………………………………………24

4.3. Выбор датчика уровня жидкости………………………………………...25

4.4. Выбор датчика температуры  жидкости…………………………………25

4.5. Выбор ПЛК………………………………………………………………...26

5. Разработка принципиальной  схемы………………………………………..27

6. Настройка преобразователя частоты……………………………………….30

Литература………………………………………………………………………31

Задание

 

Промышленная стиральная машина с загрузкой белья до 25 кг. Нужно спроектировать электропривод, зная следующие параметры:

Масса пустого барабана – 60 кг

Объём барабана – 0.22 М³

Плотность суспензии – 1300 кг/м³

Суммарная масса барабана с загрузкой – 85 кг

Наружный радиус барабана – 0.35 м

Работа привода осуществляется с одного преобразователя частоты.  Данная стиральная машина имеет 3 режима работы:

• Начальная стирка
• Полоскание

Отжим

 

Введение

 

Практически во всех технологических  процессах важное место занимает электропривод и является основным управляемым источником механической энергии.

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию  в механическую. Посредством этой системы приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление преобразованной энергией.

В данном курсовом проекте  разрабатывается автоматизированный привод промышленной стиральной машины для прачечной.

Для проектирования данного  привода учитываются следующие  особенности работы механизма. В  самом начале выбирается электродвигатель, а далее всё необходимое оборудование для управления им. В курсовом проекте  для управления электродвигателем  будет использоваться преобразователь  частоты. Для  выполнения необходимого цикла работы механизма и согласования данных с датчиков состояния системы использовали программируемый логический контролер.

Также были выполнены все  необходимые расчёты для выбора выше сказанного оборудования, а также  его настройка и составлена принципиальная схема управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ознакомление с промышленными прачечными

 

1. Применение промышленных прачечных

 

Прачечная — предприятие бытового обслуживания, производящее стирку и последующую обработку белья. Услугами прачечных пользуются, как правило, предприятия и организации, которым требуется большое количество чистого белья — больницы, гостиницы и т. п.

Стадии процесса:

• сортировка, т.е. поскольку бельё из разных типов ткани требует разных режимов стирки, то после поступления белья в прачечную все бельё сортируется и раскладывается по контейнерам с однотипным бельём.
• стирка, т.е. стирка белья в прачечных производится в промышленных стиральных машинах, которые отличаются от домашних.
• ополаскивание

сушка [1]

 

1. Классификация стиральных машин

 

Стиральные машины классифицируются:

• По типу рабочего органа: активаторные и барабанные. Барабанные стиральные машины получили большее распространение в связи с простотой автоматизации, более бережной стиркой, экономией воды и моющего средства по сравнению с активаторными; однако они отличаются большей сложностью и меньшей надёжностью. Автоматические стиральные машины в основном барабанного типа.
• По степени автоматизации: автоматические и полуавтоматические. Полуавтоматические стиральные машины имеют только таймер для установки времени стирки, автоматические - имеют программное управление. У автоматических стиральных машин может быть различная степень автоматизации: начиная от просто выполнения стирки по заданной программе и заканчивая автоматической оценкой количества воды, моющего средства, температуры, скорости отжима.
• По способу загрузки: вертикальные и фронтальные. Активаторные машины обычно имеют вертикальную загрузку. Барабанные бывают как с вертикальной, так и с фронтальной загрузки. У машины с фронтальной загрузкой обычно имеется прозрачный люк для контроля стирки.
• По весу загружаемого сухого белья.

По применению: бытовые и промышленные (для прачечных). [1]

 

1. Особенность работы автоматической стиральной машины с точки зрения электропривода

 

В качестве привода барабана в стиральных машинах используются коллекторные или асинхронные однофазные электродвигатели. Коллекторные электродвигатели дают возможность плавного регулирования  скорости вращения и получение высокой  скорости вращения барабана в режиме отжима. Асинхронные однофазные электродвигатели отличаются от коллекторных простотой конструкции, большей надёжностью и дешевизной. Скорость вращения вала асинхронного электродвигателя с двумя обмотками равна 2800 об/мин. Эта скорость кратным образом зависит от числа обмоток: при 16 обмотках скорость в 8 раз меньше, чем при одной паре обмоток и равна 350об/мин.  В ряде моделей стиральных машин используются электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов из высококоэрцитивного сплава. Электродвигатели постоянного тока обеспечивают широкие возможности выбора режимов работы по сравнению с асинхронными двигателями. Высокий пусковой момент двигателя постоянного тока позволяет начинать режим отжима при наличии в баке стирального раствора, что снижает уровень вибрации и исключает скручивание и сминание тканей.

В современных стиральных машинах применяются три вида систем управления программами обработки  белья:

1. Электромеханическая
2. Смешанная
3. Электронная

Электромеханическая система  управления применяется достаточно широко в относительно недорогих  моделях автоматических стиральных машин. Принцип построения систем управления основан на том, что процессы обработки  белья в автоматических стиральных машинах условно разделяются  на две группы: основные операции (предварительная  и основная стирка, полоскание, отжим, сушка) и операции по обеспечению  необходимых параметров воды (уровня, температуры).

Продолжительность основных операций задаётся на этапе проектирования машины. Особенностью операций 2-ой группы является их зависимость от ряда  факторов, таких, как величина питающего напряжения, давления воды в водопроводной магистрали, степень засоренности фильтра. Величина напряжения сети может сокращать или увеличивать продолжительность операции нагрева воды до заданной температуры, изменять производительность насоса. Давление в водопроводной магистрали влияет на продолжительность наполнения бака водой до заданного уровня, засорение  фильтра в процессе эксплуатации снижает его пропускную способность и увеличивает продолжительность слива воды.

Блок схема электромеханической  системы управления приведена на рисунке 1.4. . С помощью рукоятки выбора программ и набора управления (функциональных кнопок) на панели управления пользователь устанавливает исходное положение  контактов управления, программных  контактов и программных кулачков. [2]

Рисунок 1.4. -  Блок схема  электромеханической системы управления стиральной машины

 

 

2. Подборка необходимого технологического оборудования для системы

2. Асинхронный однофазный электродвигатель

 

Однофазный асинхронный  двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор электродвигателя выполняется цилиндрическим и набирается из листов электротехнической стали. В пазы статора помещаются две однофазные обмотки: рабочая и пусковая. Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, набранный из круглых пластин с отверстиями по окружности. Стержни,  соединяющие пластины ротора, замыкаются кольцами. Сердечник ротора напрессовывается на вал.

По способу запуска  однофазные асинхронные двигатели  разделяются на двигатели с пусковой обмоткой повышенного сопротивления, отключаемой сразу после разгона  ротора, двигатели с конденсаторным пуском и конденсаторные с пусковым короткозамкнутыми витками на расщеплённых полюсах.

Двигатели с пусковой обмоткой повышенного сопротивления просты по конструкции и дешевы, не имеют  дополнительного фазосдвигающего  элемента. Время подключения пусковой обмотки к сети не превышает 5 секунд. Двигатели имеют достаточно хорошие  пусковые характеристики (кратность  начального пускового момента –  до 1,5), однако кратность пускового  тока достигает 10 и более.

Для улучшения пусковых характеристик  последовательно с пусковой обмоткой включается пусковой конденсатор (рисунок 2.2.), наличие которого приводит в  увеличение сдвига фаз и пускового  крутящего момента. После пуска  конденсатор отключается, поэтому  все остальные характеристики двигателя  сохраняются такими же, как и у двигателя с пусковой обмоткой повышенного сопротивления.

   

Рисунок 2.2. – Схемы запуска  электродвигателя

а) схема с пусковой обмоткой; б) схема с пусковым конденсатором. М – основная обмотка. А – пусковая обмотка

 

Реверс направления вращения электродвигателя, необходимый на этапе  стирки для попеременного вращения барабана в разные стороны, осуществляется путём переключения обмоток электродвигателя (рисунок 2.3.)

Рисунок 2.3. – Схемы переключения обмоток электродвигателя при реверсивном  вращении: а) обмотка А – питание от сети, обмотка В – через конденсатор; б) обмотка В – питание от сети, обмотка А – через конденсатор; в) переключатель реверса

 

На рисунках 2.4. и 2.5. показаны электрические схемы включения  асинхронных однофазных электродвигателей  . [2]

Рисунок 2.4. – Электрические  схемы включения асинхронных  однофазных электродвигателей с  пусковой обмоткой: ПО – пусковая обмотка; РО – рабочая обмотка; Т⁰ – температурное реле; П – пускатель; ВЦ – выключатель

 

Рисунок 2.5. – Электрические  схемы включения асинхронных  однофазных электродвигателей с  пусковой обмоткой и конденсатором: ПО – пусковая обмотка; РО – рабочая  обмотка; С – конденсаторы пусковой обмотки; ПК – пусковая кнопка; Р – реле пускозащитное; 1, 2, 3 – выводные концы

2. Преобразователь частоты

 

Частотный преобразователь  в комплекте с асинхронным  электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор.  Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.