立式去污測定機控制技術的改進

   HCQW一111型立式去污測定機控制技術的改進

   去污力是洗滌劑zui重要的質(zhì)量指標之一，而去污力測定實驗又是評價洗滌劑效果的zui有效方法1-2 HCQW型多功能立式去污測定機是去污力檢測設備，主要用于對洗滌劑進行去污力及循環(huán)洗滌性能評價，從而指導其配方研究和監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量。多年來，具備6個工作單元的HCQW一111型多功能立式去污測定機憑借穩(wěn)定的性能和完善的功能，被廣大洗滌產(chǎn)品制造企業(yè)所認可。然而，隨著用戶需求的增長和市場競爭的加劇，原先的6個工作單元己不能滿足洗滌行業(yè)的研發(fā)要求，去污測定機的控制技術更是難以滿足市場需求。為此，筆者所在單位科研小組對HCQW一111型立式去污測定機進行改進，在*不改變原去污測定機功能的基礎上，開發(fā)出具備16個工作單元的多功能立式去污測定機，并應用新技術從用戶使用方式和人機界面兩個方面對其控制方案進行優(yōu)化設計。

1控制方案

1. 1控制思路

   制技術是自動化設備的重要技術之一[o -4}，控制技術改進是自動化設備改良升級的重要一環(huán)。盡管HCQW一111型去污測定機在結構設計、性能、功能上都不斷更新優(yōu)化，但其控制技術還停留在zui初研發(fā)的技術水平，原有的控制方式和人機界面是離散的、凸出的啟動、停止等各類按鈕置于主機正面的面板上，電機控制和溫度控制還依賴于相互獨立的廠家提供的控制模塊，而且體積大，操作復雜。新型的智能觸摸控制，液晶漢化顯示則能很好地解決這一問題。

1.1.1原控制功能

  去污測定機控制系統(tǒng)主要完成如下功能:

 1)電機控制:包括初值設定、啟動、停止、轉(zhuǎn)速讀取等?？刂葡到y(tǒng)通過變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，電機帶動攪動棒攪動液體。

 2)溫度控制:包括初值設定，溫度控制等?？刂葡到y(tǒng)通過溫控器的加熱和制冷功能分別控制電加熱棒和壓縮機進行加熱和制冷。

 3)定時功能:當洗滌時間達到設定時間，攪拌自動停止，蜂鳴器報警。

 4)數(shù)據(jù)顯示:用戶實時察看溫度、轉(zhuǎn)速和時間值。原系統(tǒng)通過變頻器和溫控器[[

5]分別控制轉(zhuǎn)速和溫度，雖然在功能和性能上己足夠滿足用戶需求，但在市場競爭中卻難以滿足市場需求。主要表現(xiàn)在:首先，易用性不好，用戶購買設備后，除了得學習設備使用之

外，還得學習變頻器用戶手冊及溫控器和定時器說明書，以了解各按鍵功能及如何操作;其次，整體外觀復雜，占用空間大，各按鍵、控制模塊離散凸出于主機正面面板之上。

1. 1. 2改進方案

    在充分分析原去污測定機控制原理的基礎上，從用戶使用方式和人機界面這兩個方面著手改進。具體實施方案是:用單片機o-o作為控制器通過指令控制，集成變頻器、溫控器和時鐘的功能，所有按鍵由液晶觸摸屏取代，數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。改進后的去污測定機控制系統(tǒng)，整個主機正前方面板上只有一塊觸摸屏，整體效果美觀;同時易用性大大提升，通過屏面切換，可以直觀清晰地設置溫度[[A]、轉(zhuǎn)速[[9]及工作時間，用戶無需了解變頻器和溫控器的使用方法，就可直接進行操作。改進后的HCQW一W型去污測定機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，去污測定機控制系統(tǒng)的改進主要是觸摸液晶屏控制面板的選型、控制器的軟硬件設計及功能實現(xiàn)。

1. 2控制系統(tǒng)硬件設計

    對變頻器和溫控器研究發(fā)現(xiàn)，二者皆預留有RS485通信接口，通過RS485總線，可以實現(xiàn)對變頻器和溫控器的控制。另外為了保證定時時間的精度，考慮采用一款時鐘芯片作為時間參考。

    由于使用的是單片機作為控制器，在觸摸液晶屏的選型上，考慮控制的簡單易實現(xiàn)性，選用了一款串口屏用以實現(xiàn)人機交互。

    硬件設計主要涉及3個部分:

    1)電源管理在電源方面，考慮電源的穩(wěn)定性，選用了開關電源作為電源變換器，開關電源將220 V交流電直接轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)需要的5 V電源?？刂葡到y(tǒng)電源輸入經(jīng)過電源濾波電路，減少變頻器諧波干擾及其他外部設備引起的電源波動對控制系統(tǒng)造

成的影響。

    2)串口擴展。通過前面的分析可知，該控制系統(tǒng)至少需要3路串口分別對變頻器、溫控器和顯示屏進行控制，因此設計時，使用16C554四路串口擴展芯

片，經(jīng)過邏輯電路與單片機連接。

    3)電平轉(zhuǎn)換。串口有RS232 RS485和RS422等多種形式，在該系統(tǒng)中，顯示屏使用的是RS232，變頻

器和溫控器使用的是RS485。為了滿足各自的接口要求，需要使用相應的電平轉(zhuǎn)換芯片。擴展的串口1通過MAX3232芯片轉(zhuǎn)換成顯示屏需要的RS232接口電平;擴展的串口2和串口3通過MAX485芯片轉(zhuǎn)換成溫控器和變頻器需要的RS485接口電平。

1. 3控制系統(tǒng)軟件設計

1. 3. 1控制器軟件功能

    控制器軟件需完成如下功能:

    1)與觸摸屏的串行指令交互。去污測定機的所有操作都是通過觸摸屏發(fā)出指令，控制器解讀指令并發(fā)出命令控制其他設備。

2)與變頻器的串行指令交互。完成轉(zhuǎn)速的設定和讀取，電機的啟動和停止等功能。

   3)與溫控器的串行指令交互。完成溫度設定和

讀取等功能。

   4)控制時鐘芯片。定時和讀取時間。

1.3.2軟件設計思路

    工作流程分頁(每頁對應一個界面)控制，每頁分配一個頁號，程序根據(jù)頁號調(diào)出相應的頁面，每頁根據(jù)觸摸按鍵執(zhí)行相應命令，每個按鍵分配一個鍵碼，程序根據(jù)鍵碼識別是哪個按鍵按下，各按鍵互斥，即互為逆操作的兩按鍵不可同時生效，按鍵按下高亮顯示，便于

用戶實時了解去污測定機的工作狀態(tài)。外設控制方面，按鍵采用中斷方式進行處理，溫控器、變頻器和顯示控制采用串口通信方式，采用單片機自身定時器和時鐘芯片相結合的方式實現(xiàn)。

    由于控制器工作環(huán)境較為惡劣、干擾源強、工作溫度超出常溫，雖然在硬件設計和設備布線時，選用開關電源為控制系統(tǒng)供電、使用工業(yè)級芯片和電源濾波電路、將變頻器控制線路和主回路線路分開走線并穿過屏蔽網(wǎng)等措施以提高系統(tǒng)可靠性，應對復雜的電磁環(huán)境、電源擾動、溫度變化等對系統(tǒng)造成的影響，但是仍需在軟件設計時，與硬件相互配合，進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    軟件在完成基本控制功能的同時，采取以下措施配合硬件進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性:

    1)上電自檢。系統(tǒng)上電后，首先進行自檢，與變頻器、溫控器和顯示屏進行握手，并將繼電器輸出設置為安全狀態(tài)。

    2)數(shù)據(jù)校驗[D z7和重發(fā)處理。在與變頻器、溫控器和顯示屏進行串口通信時，采取嚴格的數(shù)據(jù)校驗，若有錯誤，則進行重發(fā)處理。

    3)實時監(jiān)測記錄各功能模塊狀態(tài)。配合硬件電路，實時監(jiān)測并記錄各功能模塊工作狀態(tài)，如通過通信查詢判斷變頻器、溫控器工作狀態(tài)，通過繼電器工作狀態(tài)監(jiān)測電路查詢和判斷繼電器工作是否正常等。

    4)死機自復位。若萬一出現(xiàn)死機時，看門狗將實現(xiàn)死機自復位功能，檢測到是看門狗復位，程序?qū)⒂涗浀乃罊C之前的系統(tǒng)工作狀態(tài)進行恢復，不影響設備的運轉(zhuǎn)和實驗的繼續(xù)進行。

1.3.3控制界面

    根據(jù)控制器軟件完成功能及設計思路，設計如圖3所示觸摸界面。點擊圖3中左邊的“溫度實際值"、“轉(zhuǎn)速實際值"和“時間"則可進入相應的溫度控制界面、轉(zhuǎn)速控制界面和定時控制界面。根據(jù)各界面文字指示進行相應的設置和控制。

2去污力測定實驗

    將改進前后兩種型號(HCQW一111型和HCQW一W型)的立式去污測定機進行去污力測定實驗結果比較，考察改進后去污測定機的性能。

用0. 25 mg " g‘的硬水配制2份質(zhì)量分數(shù)均為0. 2%的標準洗衣粉(GB /T 13174-2008，國家洗滌用

品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心)測試溶液，分別倒入溫度均設定為30℃的2種去污測定機浴缸中，將浴缸放入所對應的位置并裝好攪拌葉輪。當溫度達到設定值時，將污布(碳黑污布JB - O1蛋白污布JB - 02和皮脂污布JB - 03，國家洗滌用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心)放入浴缸中(每缸放3污布各4片)，啟動攪拌，并保持攪拌速度為120:·min一‘，洗滌20 min后停止，漂洗晾后用WSD一111型白度計(北京康光光電子聯(lián)合開發(fā)公司)測試洗后白度值并計算每缸中同種污布的平均值，與洗滌前對應污布的平均白度值作比較。2種去污測定機洗滌污布的白度測定結果見圖5和圖6(以碳黑污布JB一O1的數(shù)據(jù)為例)。

由圖5和圖6結果可知，改進前后立式去污測定機洗滌碳黑污布JB - O1的白度差值均在15. 00 10. 90的范圍之內(nèi)。洗滌蛋白污布JB - 02的白度差均值分別為10. 36和10. 45;皮脂污布JB - 03的白度差均值分別為16. 42和16. 58。通過實驗數(shù)據(jù)計算得出HCQW一111型立式污測定機洗滌3種污布(碳黑污布JB - O 1、蛋白污布JB - 02和皮脂污布JB - 03)白度差的相對標準偏差分別為3. 45 % } 4. 55%和4.53% ;HCQW一W型立式去污測定機洗滌3種污布白度差的

相對標準偏差分別為3. 79% } 5. 03%和4. 82%。以上實驗數(shù)據(jù)表明，HCQW一W型與HCQW一111型立式去污測定機測試結果基本一致，改進后去污力測試結果保

持穩(wěn)定。

3結論