Автоматизированный привод промышленной стиральной машины

 

 

 

где - ускорение естественного останова электродвигателя; - динамический момент естественного торможения электродвигателя; - время остановки двигателя после выключения.

 

На основе произведенных  расчетов строим упрощенную нагрузочную  и скоростную диаграмму электропривода.

Рисунок.4.1.3 Упрощенная нагрузочная  и скоростная диаграмма электропривода.

[5]

4. Проверка выбранного двигателя по нагреву, пусковой и перегрузочным способностям

 

Упрощенная нагрузочная  диаграмма используется для предварительной  проверки двигателя по нагреву, пусковой и перегрузочной способностям.

Для проверки двигателя по нагреву используется несколько  методов: метод средних потерь и  методы эквивалентных величин (тока, момента и мощности). Первый из них является наиболее точным, остальные же (методы эквивалентных величин) отличаются большей удобностью применения, но меньшей точностью.

В данном курсовом проекте  применяется метод эквивалентного момента, для которого условием правильного  выбора двигателя по нагреву является условие

 

Эквивалентный момент двигателя, работающего в кратковременном режиме с переменной нагрузкой определяется следующим образом

 

t_{о. i} - продолжительность i-ой паузы; t_{n. m. i} - продолжительность пуска (торможения) на i-ом интервале; t_{у. i} - продолжительность установившегося движения на i-ом интервале; l - количество пауз; m - число интервалов пуска и торможения; n – число рабочих интервалов в цикле; N - количество интервалов установившегося движения; α_о - коэффициент ухудщения условий охлаждения при пуске, торможении двигателя с самовентиляцией (α_о≈0,75 для двигателей постоянного тока; α_о≈0,5 для асинхронных двигателей); β_о - коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения самовентилируемого двигателя при отключении (β_о=0,5 для закрытых двигателей и β_о=0,3 для защищенных).

В нашем случае

 

 

 

Таким образом, условие проверки двигателя на нагрев выполняется

 

По приближенной нагрузочной  диаграмме двигатель также проверяется  и по перегрузочной способности  в соответствии с условием

 

где М_{С. МАХ} - максимальное значение статического момента на валу двигателя; λ_m - допустимый коэффициент перегрузки двигателя по моменту.

 

Максимально допустимый момент асинхронного двигателя необходимо рассчитывать с учетом возможного снижения питающего напряжения на 10%

 

Для выбранного двигателя  получаем

 

 

 

 

Условие адекватности выбора двигателя по перегрузочной способности  выполняется

 

Проверка выбранного двигателя  по пусковым условиям производится в  соответствии со следующим условием

 

где М_{С. МАХ} - максимальное значение статического момента на валу двигателя при пуске; λ_П - кратность пускового момента двигателя;

М_НОМ - номинальный момент двигателя.

С учетом характеристик выбранного двигателя получаем

 

То есть двигатель приемлем по критерию пусковой способности

 

Делаем вывод о правильном выборе электродвигателя. [5]

 

4. Выбор преобразователя частоты

 

Очень необходимо сделать правильный выбор преобразователя частоты. От него будет зависеть эффективность и ресурс работы преобразователя частоты и всего электропривода в целом. Так если мощность преобразователя будет слишком завышена, он не сможет в должной мере обеспечить защиту двигателя. С другой стороны, если мощность преобразователя мала, он не сможет обеспечить высокодинамичный режим работы и из-за перегрузок может выйти из строя.

Правильная эксплуатация так же сильно влияет на срок службы преобразователя. При выборе преобразователя  частоты надо руководствоваться не только мощностью подключаемого двигателя, а также диапазоном рабочих скоростей двигателя, диапазоном рабочих моментов вращения, характером нагрузки и циклограммой работы.

   В данном случае выбираем ПЧ VFD – B фирмы Delta Electronics. Данный ПЧ имеет частотный и векторный алгоритмы управления, встроенный ПИД регулятор для эффективной работы привода в замкнутой системе автоматического регулирования. Также ПЧ  обладает стабилизацией напряжения на двигателе при изменении напряжения питающей сети, автотестированием и определением параметров двигателя и режимом автоматического выбора наименьшего времени разгона и торможения.

Исходя из критерия мощности выбираем ПЧ, т.к. VFD – B055мощности и номинальный ток оборудования примерно одинаковы.

Основные характеристики ПЧ:

• Номинальная мощность двигателя - 5.5 кВт
• Полная выходная мощность – 9.9 кВт
• Номинальный выходной ток – 13 А
• Потребляемый от сети ток (не более) – 14 А

[6]

4. Выбор датчика уровня жидкости

 

Стиральная машинка в  начале программы производит заливку  воды. Вода попадает в бак через  дозатор, смешивается с порошком и постепенно наполняет бак. Одновременно вода поступает в резиновую трубку датчика уровня жидкости и создает повышенное давление на его диафрагме. 
Диафрагма, под действием более плотного воздуха, поднимается и замыкает группу контактов. 
Процессор, получив сигнал с контактов, останавливает подачу воды, выключая питание на исполнительный механизм - электронный клапан. При этом запускает двигатель и тэн (нагревательный элемент), продолжая выполнение заложенной программы. 
По мере вращения барабана белье впитывает воду и уровень воды становится меньше. Датчик уровня жидкости отрабатывает падения уровня воды и размыкает контакты диафрагмы. Процессор дает команду на заливку очередной порции воды. 
Если с прессостата не поступает информация о наполнении бака водой, дальнейшее выполнение программы невозможно, стиральная машина отключается или на дисплее появляется код ошибки

В данном случае выбираем ёмкостной датчик CSN E47S8. Выбор датчика обуславливается тем, что он выполнен из материалов стойких к коррозии и к воздействию агрессивных сред: материал корпуса – нержавеющая сталь, материал чувствительной поверхности – фторопласт.

Технические характеристики:

• Уровень срабатывания (регулируемый), HR (вода) - 0±4 мм
• Уровень срабатывания (регулируемый), HR (вода) – 0…10 мм
• Напряжение питания, U_раб – 10…30 В DC
• Рабочий ток, I_раб  -  ≤ 400 мА
• Частота оперирования, F_max – 1 Гц
• Гистерезис – 3…15 %
• Задержка срабатывания – 1 ± 0.2 с
• Диапазон рабочих температур - -25⁰С…+75⁰С
• Комплексная защита – Есть
• Световая индикация срабатывания – Есть                                  [7]

 

4. Выбор датчика температуры жидкости

 

Этот датчик контролирует нагрев воды и сообщает процессору информацию о соответствии температуры  в баке с заложенной программой. Если по каким-либо причинам (неисправность датчика температуры жидкости, тэна (тена) или силовой части электронного модуля) температура не соответствует заложенной в программе, выполнение стирки, в некоторых моделях стиральных машин может прекратиться, или длиться бесконечно,

В данном случае выбираем датчик EF1/E-10/100. Выбор датчика обуславливается тем, что его можно устанавливать непосредственно в резервуаре. Он имеет прочный пластиковый корпус, защитную трубку из нержавеющей стали, широкий диапазон измерений, а также широкий выбор измерительных элементов.

Технические характеристики:

• Диапазон измерений - -30…+150 ⁰С
• Потребляемый ток – 1 мА
• Тип подключения – 2-ух проводное
• Класс защиты – IP65                                                          [8]

 

4. Выбор ПЛК

 

Спектр продукции программируемых  логических контролеров предлагаемый сегодня, чрезвычайно широк. Учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на семь групп.

1. Технические характеристики:

• Количество каналов ввода/вывода
• Быстродействие
• Уровни напряжения входа/выхода
• Напряжение изоляции

2. Эксплуатационные характеристики:

• Диапазон рабочих температур
• Относительная влажность воздуха

3. Производительность:

• Время выполнения операции
• Функциональность

4. Надёжность:

• Наработка на отказ
• Среднее время восстановления

5. Стоимость приобретения:

• Стоимость оборудования
• Стоимость монтажа

6. Стоимость эксплуатации:

• Потребляемая мощность
• Гарантийный срок

7. Массагабаритные характеристики:

• Масса
• Габариты

Исходя из следующих критериев  выбираем контролер MITSUBISHI MELSEC FX1S. Данный выбор обуславливается тем, что данный ПЛК имеет простое программирование, имеет прочную и простую конструкцию.

Технические характеристики ПЛК MITSUBISHI MELSEC FX1S:

• Количество входов и выходов – 10
• Память для хранения программы – 2000 шагов
• Время обработки стандартных инструкций – 0.55мкс / логическая инструкция
• Аналоговая обработка сигналов – 2-ух аналоговых входов или выходов
• Аналоговая разрешающая способность – 12 бит
• Аналоговые расширения – 2 адаптера для аналоговых входов, 1адаптер для аналоговых выходов                                            [9]

 

5.  Разработка принципиальной схемы

 

При разработке принципиальной схемы будет использоваться следующий  алгоритм работы системы, схемы устройств, которые были выбраны и их соединение.

Также мы должны обеспечить  питание, всех выбранных нами устройств, и сделать безопасное соединение используемых информационных входов и  выходов, для необходимого алгоритма  работы.

Начало работы схемы будет  производиться с замыкания автоматических выключателей QF1 и QF2. После их замыкания подключаются к сети все элементы схемы.

Далее с помощью потенциометров задаём нужный нам режим работы и  нужную температуру. Затем жмём кнопку пуска, после чего сигнал поступает  на ПЛК, а именно на дискретный вход X2. Согласно алгоритму программы записанной в ПЛК подаётся сигнал на запуск двигателя. Так как у нас 3 режима работы скорость двигателя будет изменяться. А с дискретного входа Y0 подаётся сигнал на вход FWD преобразователя частоты, указывающий, что программа задана и бак начинает заполняться водой.

После того как бак заполнился до нужного уровня, а именно до срабатывания датчика уровня жидкости. После чего ПЛК получит сигнал о остановке подачи воды.

При этом запускается двигатель, продолжая выполнение данной программы. Соответственно с дискретных выходов  Y1, Y2, Y3 подаются сигналы на входы Mi1, Mi2, Mi3, где входы Mi1, Mi2, Mi3 входы задания режимов стирки.

Если датчик уровня жидкости не сработал, а именно перестаёт поступать информация о наполнении бака водой, программа прекращает работу. 

 

Рисунок 5.1. – Принципиальная схема 

6. Настройка преобразователя частоты

 

Настройку необходимых нам  параметров будем производить с  помощью встроенной панели управления.

Пример настройки параметров показан на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1. – Установка  параметров

 

Оставшиеся параметры  будут настраиваться аналогичным  образом.

• В параметре 07-00 вводим значение номинального тока двигателя, для защиты двигателя в случае перегрева.
• В параметре 01-00 задаём максимальную частоту вращения, а в параметре 01-05 задаём минимальную частоту вращения.
• В параметрах 01-17, 01-18, 01-19, 01-20, 01-21 устанавливаем время разгона и время торможения.
• В параметре 07 задаём номинальную мощность двигателя.
• В параметрах 04-04, 04-05, 04-06 задаёмся значениями параметров входов Mi1, Mi2, Mi3, которые отвечают за режимы работы.             [10] 
  

Литература

 

1. http://ru.wikipedia.org
2. Каляда В. (2001). Современные стиральные машины (книга 1). Солон – Р
3. DrivesDanfoss. (2006). «Преобразователи частоты – просто о сложном». М.
4. SIMENS. (б.д.). Основы ПЛК: системное руководство.
5. Иванов Г.М., Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод в химической промышленности. - М.; "МАШИНОСТРОЕНИЕ", 1975г.
6. http://www.privod.info
7. http://teko-new.ru
8. http://www.sta-spb.ru
9. http://www.technikon.by
10. http://www.deltaelectronics.info