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              HCQW一111型立式去污測定機控制技術的改進

              發布時間:2016-03-18      點擊次數:1929

                 HCQW111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洗滌性能評價,從而指導其配方研究和監控產品質量。多年來,具備6個工作單元的HCQW111型多功能立式去污測定機憑借穩定的性能和完善的功能,被廣大洗滌產品制造企業所認可。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的研發要求,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HCQW111型立式去污測定機進行改進,在完全不改變原去污測定機功能的基礎上,開發出具備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。盡管HCQW111型去污測定機在結構設計、性能、功能上都不斷更新優化,但其控制技術還停留在zui初研發的技術水平,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主要完成如下功能:

               1)電機控制:包括初值設定、啟動、停止、轉速讀取等??刂葡到y通過變頻器控制電機的轉速,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)數據顯示:用戶實時察看溫度、轉速和時間值。原系統通過變頻器和溫控器[[

              5]分別控制轉速和溫度,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,數據顯示在液晶屏上。改進后的去污測定機控制系統,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HCQWW型去污測定機控制系統框圖如圖1所示,去污測定機控制系統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。

               

               

               

              1. 2控制系統硬件設計

                  對變頻器和溫控器研究發現,二者皆預留有RS485通信接口,通過RS485總線,可以實現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性,選用了一款串口屏用以實現人機交互。

               

                  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交流電直接轉換成控制系統需要的5 V電源??刂葡到y電源輸入經過電源濾波電路,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造

              成的影響。

                  2)串口擴展。通過前面的分析可知,該控制系統至少需要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,經過邏輯電路與單片機連接。

                  3)電平轉換。串口有RS232 RS485RS422等多種形式,在該系統中,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換芯片。擴展的串口1通過MAX3232芯片轉換成顯示屏需要的RS232接口電平;擴展的串口2和串口3通過MAX485芯片轉換成溫控器和變頻器需要的RS485接口電平。

              1. 3控制系統軟件設計

              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出指令,控制器解讀指令并發出命令控制其他設備。

              2)與變頻器的串行指令交互。完成轉速的設定和讀取,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,程序根據頁號調出相應的頁面,每頁根據觸摸按鍵執行相應命令,每個按鍵分配一個鍵碼,程序根據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。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。

                  由于控制器工作環境較為惡劣、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供電、使用工業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等措施以提高系統可靠性,應對復雜的電磁環境、電源擾動、溫度變化等對系統造成的影響,但是仍需在軟件設計時,與硬件相互配合,進一步提高系統的穩定性。

                  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的穩定性和可靠性:

                  1)上電自檢。系統上電后,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。

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

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

                  4)死機自復位。若萬一出現死機時,看門狗將實現死機自復位功能,檢測到是看門狗復位,程序將記錄的死機之前的系統工作狀態進行恢復,不影響設備的運轉和實驗的繼續進行。

              1.3.3控制界面

                  根據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”、“轉速實際值”和“時間”則可進入相應的溫度控制界面、轉速控制界面和定時控制界面。根據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(HCQW111型和HCQWW)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。

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

              品質量監督檢驗中心)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,國家洗滌用品質量監督檢驗中心)放入浴缸中(每缸放3污布各4),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WSD111型白度計(北京康光光電子聯合開發公司)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JBO1的數據為例)。

                 

               

              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。洗滌蛋白污布JB - 02的白度差均值分別為10. 3610. 45;皮脂污布JB - 03的白度差均值分別為16. 4216. 58。通過實驗數據計算得出HCQW111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%4.53% ;HCQWW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%4. 82%。以上實驗數據表明,HCQWW型與HCQW111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

              持穩定。

              3結論

                  在充分利用原有控制原理的基礎上對去污測定機的控制系統進行了改進,重點改進了控制方式和人機界面,大大提高了用戶的可操作性,可一次進行16組試驗,效率約為前一代去污測定機的3倍。去污力測定實驗結果表明,能完全滿足相關國家標準中規定的洗滌劑牢聆室去污力評價要求。

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