去污力是洗滌劑zui重要的質(zhì)量指標(biāo)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(jī)是去污力檢測設(shè)備，主要用于對洗滌劑進(jìn)行去污力及循環(huán)洗滌性能評價，從而指導(dǎo)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(jī)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(rèn)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(jī)的控制技術(shù)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(jī)進(jìn)行改進(jìn)，在*不改變原去污測定機(jī)功能的基礎(chǔ)上，開發(fā)出具備16個工作單元的多功能立式去污測定機(jī)，并應(yīng)用新技術(shù)從用戶使用方式和人機(jī)界面兩個方面對其控制方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1控制方案

1. 1控制思路

   制技術(shù)是自動化設(shè)備的重要技術(shù)之一[o -4}，控制技術(shù)改進(jìn)是自動化設(shè)備改良升級的重要一環(huán)。盡管HCQW一111型去污測定機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能、功能上都不斷更新優(yōu)化，但其控制技術(shù)還停留在zui初研發(fā)的技術(shù)水平，原有的控制方式和人機(jī)界面是離散的、凸出的啟動、停止等各類按鈕置于主機(jī)正面的面板上，電機(jī)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(fù)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(jī)控制系統(tǒng)主要完成如下功能:

 1)電機(jī)控制:包括初值設(shè)定、啟動、停止、轉(zhuǎn)速讀取等。控制系統(tǒng)通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)帶動攪動棒攪動液體。

 2)溫度控制:包括初值設(shè)定，溫度控制等。控制系統(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(jī)進(jìn)行加熱和制冷。

 3)定時功能:當(dāng)洗滌時間達(dá)到設(shè)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(shè)備后，除了得學(xué)習(xí)設(shè)備使用之

外，還得學(xué)習(xí)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(fù)雜，占用空間大，各按鍵、控制模塊離散凸出于主機(jī)正面面板之上。

1. 1. 2改進(jìn)方案

    在充分分析原去污測定機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上，從用戶使用方式和人機(jī)界面這兩個方面著手改進(jìn)。具體實施方案是:用單片機(jī)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(jìn)后的去污測定機(jī)控制系統(tǒng)，整個主機(jī)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(shè)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(jìn)行操作。改進(jìn)后的HCQW一W型去污測定機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，去污測定機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)主要是觸摸液晶屏控制面板的選型、控制器的軟硬件設(shè)計及功能實現(xiàn)。

1. 2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

    對變頻器和溫控器研究發(fā)現(xiàn)，二者皆預(yù)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(jī)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(jī)交互。

    硬件設(shè)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(guān)電源作為電源變換器，開關(guān)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。控制系統(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(shè)備引起的電源波動對控制系統(tǒng)造

成的影響。

    2)串口擴(kuò)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(jìn)行控制，因此設(shè)計時，使用16C554四路串口擴(kuò)展芯

片，經(jīng)過邏輯電路與單片機(jī)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(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片。擴(kuò)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(kuò)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(shè)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(jī)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(shè)備。

2)與變頻器的串行指令交互。完成轉(zhuǎn)速的設(shè)定和讀取，電機(jī)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(shè)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(shè)計思路

    工作流程分頁(每頁對應(yīng)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(yīng)的頁面，每頁根據(jù)觸摸按鍵執(zhí)行相應(yīng)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(jī)的工作狀態(tài)。外設(shè)控制方面，按鍵采用中斷方式進(jìn)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(jī)自身定時器和時鐘芯片相結(jié)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(qiáng)、工作溫度超出常溫，雖然在硬件設(shè)計和設(shè)備布線時，選用開關(guān)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(yīng)對復(fù)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(shè)計時，與硬件相互配合，進(jìn)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(jìn)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(jìn)行自檢，與變頻器、溫控器和顯示屏進(jìn)行握手，并將繼電器輸出設(shè)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(jìn)行串口通信時，采取嚴(yán)格的數(shù)據(jù)校驗，若有錯誤，則進(jìn)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(jī)自復(fù)位。若萬一出現(xiàn)死機(jī)時，看門狗將實現(xiàn)死機(jī)自復(fù)位功能，檢測到是看門狗復(fù)位，程序?qū)⒂涗浀乃罊C(jī)之前的系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，不影響設(shè)備的運轉(zhuǎn)和實驗的繼續(xù)進(jìn)行。

1.3.3控制界面

    根據(jù)控制器軟件完成功能及設(shè)計思路，設(shè)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(jìn)入相應(yīng)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(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和控制。

2去污力測定實驗

    將改進(jìn)前后兩種型號(HCQW一111型和HCQW一W型)的立式去污測定機(jī)進(jìn)行去污力測定實驗結(jié)果比較，考察改進(jìn)后去污測定機(jī)的性能。

用0. 25 mg " g‘的硬水配制2份質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0. 2%的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)定為30℃的2種去污測定機(jī)浴缸中，將浴缸放入所對應(yīng)的位置并裝好攪拌葉輪。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)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?jǐn)嚢杷俣葹?/span>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(yīng)污布的平均白度值作比較。2種去污測定機(jī)洗滌污布的白度測定結(jié)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(jié)果可知，改進(jìn)前后立式去污測定機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3. 45 % } 4. 55%和4.53% ;HCQW一W型立式去污測定機(jī)洗滌3種污布白度差的

相對標(biāo)準(zhǔn)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(jī)測試結(jié)果基本一致，改進(jìn)后去污力測試結(jié)果保

持穩(wěn)定。

3結(jié)論