HCQW一111型立式去污测定机控制技术的改进

   去污力是洗涤剂zui重要的质量指标之一，而去污力测定实验又是评价洗涤剂效果的zui有效方法1-2 HCQW型多功能立式去污测定机是去污力检测设备，主要用于对洗涤剂进行去污力及循环洗涤性能评价，从而指导其配方研究和监控产品质量。多年来，具备6个工作单元的HCQW一111型多功能立式去污测定机凭借稳定的性能和完善的功能，被广大洗涤产品制造企业所认可。然而，随着用户需求的增长和市场竞争的加剧，原先的6个工作单元己不能满足洗涤行业的研发要求，去污测定机的控制技术更是难以满足市场需求。为此，笔者所在单位科研小组对HCQW一111型立式去污测定机进行改进，在*不改变原去污测定机功能的基础上，开发出具备16个工作单元的多功能立式去污测定机，并应用新技术从用户使用方式和人机界面两个方面对其控制方案进行优化设计。

1控制方案

1. 1控制思路

   制技术是自动化设备的重要技术之一[o -4}，控制技术改进是自动化设备改良升级的重要一环。尽管HCQW一111型去污测定机在结构设计、性能、功能上都不断更新优化，但其控制技术还停留在zui初研发的技术水平，原有的控制方式和人机界面是离散的、凸出的启动、停止等各类按钮置于主机正面的面板上，电机控制和温度控制还依赖于相互独立的厂家提供的控制模块，而且体积大，操作复杂。新型的智能触摸控制，液晶汉化显示则能很好地解决这一问题。

1.1.1原控制功能

  去污测定机控制系统主要完成如下功能:

 1)电机控制:包括初值设定、启动、停止、转速读取等。控制系统通过变频器控制电机的转速，电机带动搅动棒搅动液体。

 2)温度控制:包括初值设定，温度控制等。控制系统通过温控器的加热和制冷功能分别控制电加热棒和压缩机进行加热和制冷。

 3)定时功能:当洗涤时间达到设定时间，搅拌自动停止，蜂鸣器报警。

 4)数据显示:用户实时察看温度、转速和时间值。原系统通过变频器和温控器[[

5]分别控制转速和温度，虽然在功能和性能上己足够满足用户需求，但在市场竞争中却难以满足市场需求。主要表现在:首先，易用性不好，用户购买设备后，除了得学习设备使用之

外，还得学习变频器用户手册及温控器和定时器说明书，以了解各按键功能及如何操作;其次，整体外观复杂，占用空间大，各按键、控制模块离散凸出于主机正面面板之上。

1. 1. 2改进方案

    在充分分析原去污测定机控制原理的基础上，从用户使用方式和人机界面这两个方面着手改进。具体实施方案是:用单片机o-o作为控制器通过指令控制，集成变频器、温控器和时钟的功能，所有按键由液晶触摸屏取代，数据显示在液晶屏上。改进后的去污测定机控制系统，整个主机正前方面板上只有一块触摸屏，整体效果美观;同时易用性大大提升，通过屏面切换，可以直观清晰地设置温度[[A]、转速[[9]及工作时间，用户无需了解变频器和温控器的使用方法，就可直接进行操作。改进后的HCQW一W型去污测定机控制系统框图如图1所示，去污测定机控制系统的改进主要是触摸液晶屏控制面板的选型、控制器的软硬件设计及功能实现。

1. 2控制系统硬件设计

    对变频器和温控器研究发现，二者皆预留有RS485通信接口，通过RS485总线，可以实现对变频器和温控器的控制。另外为了保证定时时间的精度，考虑采用一款时钟芯片作为时间参考。

    由于使用的是单片机作为控制器，在触摸液晶屏的选型上，考虑控制的简单易实现性，选用了一款串口屏用以实现人机交互。

    硬件设计主要涉及3个部分:

    1)电源管理在电源方面，考虑电源的稳定性，选用了开关电源作为电源变换器，开关电源将220 V交流电直接转换成控制系统需要的5 V电源。控制系统电源输入经过电源滤波电路，减少变频器谐波干扰及其他外部设备引起的电源波动对控制系统造

成的影响。

    2)串口扩展。通过前面的分析可知，该控制系统至少需要3路串口分别对变频器、温控器和显示屏进行控制，因此设计时，使用16C554四路串口扩展芯

片，经过逻辑电路与单片机连接。

    3)电平转换。串口有RS232 RS485和RS422等多种形式，在该系统中，显示屏使用的是RS232，变频

器和温控器使用的是RS485。为了满足各自的接口要求，需要使用相应的电平转换芯片。扩展的串口1通过MAX3232芯片转换成显示屏需要的RS232接口电平;扩展的串口2和串口3通过MAX485芯片转换成温控器和变频器需要的RS485接口电平。

1. 3控制系统软件设计

1. 3. 1控制器软件功能

    控制器软件需完成如下功能:

    1)与触摸屏的串行指令交互。去污测定机的所有操作都是通过触摸屏发出指令，控制器解读指令并发出命令控制其他设备。

2)与变频器的串行指令交互。完成转速的设定和读取，电机的启动和停止等功能。

   3)与温控器的串行指令交互。完成温度设定和

读取等功能。

   4)控制时钟芯片。定时和读取时间。

1.3.2软件设计思路

    工作流程分页(每页对应一个界面)控制，每页分配一个页号，程序根据页号调出相应的页面，每页根据触摸按键执行相应命令，每个按键分配一个键码，程序根据键码识别是哪个按键按下，各按键互斥，即互为逆操作的两按键不可同时生效，按键按下高亮显示，便于

用户实时了解去污测定机的工作状态。外设控制方面，按键采用中断方式进行处理，温控器、变频器和显示控制采用串口通信方式，采用单片机自身定时器和时钟芯片相结合的方式实现。

    由于控制器工作环境较为恶劣、干扰源强、工作温度超出常温，虽然在硬件设计和设备布线时，选用开关电源为控制系统供电、使用工业级芯片和电源滤波电路、将变频器控制线路和主回路线路分开走线并穿过屏蔽网等措施以提高系统可靠性，应对复杂的电磁环境、电源扰动、温度变化等对系统造成的影响，但是仍需在软件设计时，与硬件相互配合，进一步提高系统的稳定性。

    软件在完成基本控制功能的同时，采取以下措施配合硬件进一步提高系统的稳定性和可靠性:

    1)上电自检。系统上电后，首先进行自检，与变频器、温控器和显示屏进行握手，并将继电器输出设置为安全状态。

    2)数据校验[D z7和重发处理。在与变频器、温控器和显示屏进行串口通信时，采取严格的数据校验，若有错误，则进行重发处理。

    3)实时监测记录各功能模块状态。配合硬件电路，实时监测并记录各功能模块工作状态，如通过通信查询判断变频器、温控器工作状态，通过继电器工作状态监测电路查询和判断继电器工作是否正常等。

    4)死机自复位。若万一出现死机时，看门狗将实现死机自复位功能，检测到是看门狗复位，程序将记录的死机之前的系统工作状态进行恢复，不影响设备的运转和实验的继续进行。

1.3.3控制界面

    根据控制器软件完成功能及设计思路，设计如图3所示触摸界面。点击图3中左边的“温度实际值”、“转速实际值”和“时间”则可进入相应的温度控制界面、转速控制界面和定时控制界面。根据各界面文字指示进行相应的设置和控制。

2去污力测定实验

    将改进前后两种型号(HCQW一111型和HCQW一W型)的立式去污测定机进行去污力测定实验结果比较，考察改进后去污测定机的性能。

用0. 25 mg " g‘的硬水配制2份质量分数均为0. 2%的标准洗衣粉(GB /T 13174-2008，国家洗涤用

品质量监督检验中心)测试溶液，分别倒入温度均设定为30℃的2种去污测定机浴缸中，将浴缸放入所对应的位置并装好搅拌叶轮。当温度达到设定值时，将污布(碳黑污布JB - O1蛋白污布JB - 02和皮脂污布JB - 03，国家洗涤用品质量监督检验中心)放入浴缸中(每缸放3污布各4片)，启动搅拌，并保持搅拌速度为120:·min一‘，洗涤20 min后停止，漂洗晾后用WSD一111型白度计(北京康光光电子联合开发公司)测试洗后白度值并计算每缸中同种污布的平均值，与洗涤前对应污布的平均白度值作比较。2种去污测定机洗涤污布的白度测定结果见图5和图6(以碳黑污布JB一O1的数据为例)。

由图5和图6结果可知，改进前后立式去污测定机洗涤碳黑污布JB - O1的白度差值均在15. 00 10. 90的范围之内。洗涤蛋白污布JB - 02的白度差均值分别为10. 36和10. 45;皮脂污布JB - 03的白度差均值分别为16. 42和16. 58。通过实验数据计算得出HCQW一111型立式污测定机洗涤3种污布(碳黑污布JB - O 1、蛋白污布JB - 02和皮脂污布JB - 03)白度差的相对标准偏差分别为3. 45 % } 4. 55%和4.53% ;HCQW一W型立式去污测定机洗涤3种污布白度差的

相对标准偏差分别为3. 79% } 5. 03%和4. 82%。以上实验数据表明，HCQW一W型与HCQW一111型立式去污测定机测试结果基本一致，改进后去污力测试结果保

持稳定。

3结论

    在充分利用原有控制原理的基础上对去污测定机的控制系统进行了改进，重点改进了控制方式和人机界面，大大提高了用户的可操作性，可一次进行16组试验，效率约为前一代去污测定机的3倍。去污力测定实验结果表明，能*相关国家标准中规定的洗涤剂牢聆室去污力评价要求。

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