摘 要：洗衣机模拟运行控制系统是一套模拟洗衣机程控器动作的微机智能测量控制系统，本文介绍了洗衣机模拟运行控制系统中软硬件的设计与实现。由于此系统是一种典型的智能测量控制系统，稍加改造即可运用于其他类型的智能测量控制系统中。
关键词：PC机 工控机 串行通信 接口卡
0 引 言
洗衣机厂的实验室中，为了测试新产品的性能或为新产品的开发积累众多的原始参考数据，需要经常改变洗衣机运行的相关参数如洗衣机电机转速、转停比、洗涤时间、进水量、进水液位、洗涤温度、烘干温度等参数。以前有一些为这方面服务的设备，但都是功能较少，操作繁琐，所以传统的做法是往往用几种设备，并配合有经验的试验员手工测量与操作，最终取得一套运作流程的试验结果。其缺点是耗时、耗力、耗财，而且数据可靠性还需进一步验证。针对以上缺点，应洗衣机生产厂家的要求我们研制了一套洗衣机模拟运行控制系统。使操作者远离洗衣机执行机构及洗衣机，坐在操作室的工作台旁根据洗涤面料等诸因素随意组合单元执行模块及单元执行模块中的运行参数生成一个完整的运作流程；同时该系统可以对洗衣机运行中的各种参量如转速、流量、加热温度、混浊度等进行实时的监测，并以软仪表的方式模拟显示在工作台屏幕上；流程运行完后可以储存所执行的组合流程，以及运行中和运行后的重要参数，如总用水量、总耗时、执行各阶段的混浊度等，在需要的时候可以通过打印机输出历史报表供有关人员分析比较用。
1 系统总体设计
系统总体框图如图1所示。本系统采用一台PⅢ－667作为上位机,用一台工业控制机作为下位机,两者之间通过RS232口进行全双工通信。之所以选用工业控制计算机作为下位机是因为模拟运行现场湿度大，强电干扰严重，条件相对恶劣且要求异常现象尽量少发生。此外，插卡较多，所需的微机电源功率要求较大，也使得商用PC机很难胜任这方面的工作，而这些方面正是工业控制计算机优于商用PC机之所在。本系统共使用五种传感器,分别是：流量传感器、液位传感器、两路温度传感器、速度传感器以及混浊度传感器,各种传感器将洗衣机运行中相应的物理量经过信号调理板调整成相应的模拟量及脉冲量,然后将模拟量和脉冲量分别传送给工控机扩展槽中的A／D板和开关量板,之后通过工控机的处理与分析,经开关量板输出开关量，从而驱动中间继电器列。中间继电器列的一部分输出直接控制洗衣机上如泵、阀这些不需要大功率驱动的强电执行机构，而另外一些输出则用于驱动大功率器件如交流接触器，进而控制一些大功率点，像洗衣机电机的总电源开关、110V／220V电源选择、变频器电源供给、电机正反转选择点等。此外，工控机扩展槽中还有一块D／A板用于控制调压模块和变频器的输出，进而控制洗衣机的电机的驱动电压或频率，达到控制转速的效果。
2 系统各部分介绍
2．1 工控机及其插板
工控机我们选用（大众LES－8000）工业控制机，机箱采用全钢加固型结构，内装14槽PC总线无源母板，配有300 W高效开关电源，带有双制冷风扇，机箱内部形成微正压环境。选用LMB－486LF（AII－ in－one）CPU板,CPU为Intel 80486 DX4－100,板上有二级看门狗,当应用软件不能控制系统时，可自动触发NMI和RESET。同时，该CPU主板具有电子盘插槽，我们选用ATMEL：29C010型FLASHROM作为电子盘，电子盘优于硬盘和软盘的地方是速度快、稳定性好且成本低，并可在DOS环境下像对待硬盘和软盘一样执行任意操作。
A／D卡选用PC－6319光电隔离模入接口卡，此卡采用三总线光电隔离技术，使被测信号同计算机
完全电气隔离。它选用高性能仪用放大器AD620作为信号处理放大器，具有极高（大于100M）的输入阻抗和共模抑制比，并具有高达1000倍的放大增益，同时本卡自带DC／DC隔离电源模块，用户无需外接电源。另外，该板信号输入方式、信号输入范围、放大器可选增益、信号转换分辨率、工作方式等都可以根据用户需要进行选择。在本系统中我们采用双极性输入方式，信号输入范围为0～10V，放大器增益选择10倍，信号分辨率选择12位，工作方式选择查询方式。
D／A板选用PC－6323光电隔离型模出接口卡，此卡也采用三总线隔离技术，可完成恶劣环境下工
业现场系统的过程测控。输出通道共有8路，输出信号方式及范围及分辨率可选。本系统我们用到其中的4路，输出信号我们选择电压方式中的0～10V档，以有效的调整变频器和调压模块。分辨率我们选择12位。
开关量板采用PC－6401光隔离开关量接口卡，本卡提供15路共120个通道的TTL电平输入／输出信号，其中接口芯片是8255，同时带有一片8253，可提供3个通道16位字长的定时／计数器功能，计数字长为16位，最大计数频率为2MHz，完全满足系统目前和将来扩展的需要。由信号调理板输出的流量和转速信号由于是脉冲量，所以接到此卡8253的通道0和通道1处，便于计数和测量脉冲间隔用。8255有一路门状态输入量，用于监测洗衣机的门是否关严，以保证安全。8255有15路输出量，他们全接到中间继电器板。
2．2 洗衣机控制部分
中间继电器外配24V稳压电源，可以由TTL电平直接驱动。其触点容量AC220V时为4A，满足系统某些被控点如泵、阀的要求。所以中间继电器16路输出量中的8路经中间继电器直接控制被控点，这8路量是变频器外控正转运行端、外控反转运行端、洗涤进水阀启动／停止端、烘干进水阀启动／停止端、鼓风机启动／停止端、排水泵启动／停止端、喷泉泵启动／停止端、臭氧泵启动／停止端，接线如图2所示。系统运行之前要检测门开关状态，以保证安全，门开关的接线如图3所示。当模拟试验机构门开关合上时，导致交流接触器的线包KM通电，继而使交流接触器的常开触点KM闭合，这样使得A点电平从0跳到5V，所以应用软件可以通过读取该管脚来判断门开关的状态。
中间继电器其他8路输出量用于驱动交流接触列，以满足大功率的要求。这8路输出量是电机电源总开关、110V选择、220V选择、调速方式选择、电机类型选择、串级电机正反转选择、双速电机正反转选择端、双速电机2／12极选择端。结合电机的调压调速和变频调速电路，所以电机部分的总体控制原理图如图4所示。
其中KM0负责电机总电源的供给，KM1和KM2分别用于110V和220V电源的选择，并且KM1、KM2形成互锁。KM3用于选择调压方式或调频方式，即让调压模块工作还是变频器工作。KM4用于双速电机和串激电机的选择，初始态时将串激电机的供电电路切断，即默认选择双速电机工作。KM5用于双速电机2／12极的选择，其中双速电机在2极工作时，转速在低速段，一般用于标准洗涤，在12极工作时，转速在高速段，一般用于脱水工作，而串激电机的转速控制无需进行极性切换，其转速连续可调。KM6、KM7分别用于双速电机和串激电机的正反转控制。
2．3 传感器及信号调理部分
温度传感器采用BTS－242型PN结温度传感器，测温范围－20℃～150℃，PN结温度传感器相对于铂电阻传感器有灵敏度高、精度高、响应时间快、抗干扰能力强的特点。信号调理如图5所示。
流量传感器采用LWGY型涡轮流量传感器，在测量范围内传感器的体积流量与脉冲频率成正比，即仪表系数为常数。所以只要知道脉冲数即可容易的求得所对应的体积流量。速度传感器采用霍尔型接近开关，使感应脉冲数与电机的转速对应相等。转速和流量信号都经施密特触发器的整形，然后接到8253的输入端。如图6所示。
液位传感器采用压力传感器，其输出4～20mA的电流经OP07组成的仪用放大器调理成0～1V的A／D输入信号，电路和如图7所示。 
混浊度传感器的构成及调理电路如图8所示。介质的混浊度反映在接受端三极管的接受光强上，经π形滤波以及放大后，最终形成0～1V信号，送给A／D板。
3 系统软件设计
本系统的软件包括上位机PC机端的软件和下位机工控机端的软件，二者通过RS-232口进行全双工通信。下位机软件采用8086汇编，采用模块化设计。它的任务是采集数据，将数据传给上位机，并结合上位机送达的流程表分析数据、生成控制量并作用于被控对象。下位机还需要及时接收和处理上位机所传送的各种控制信息如中断停止、数据重发、系统异常等。程序分成三大部分，分别是主程序部分、数据采集部分、通信程序部分。通信程序部分在系统提供给用户的1CH号定时器中断中。通信程序部分在0CH号异步通信中断中。主程序流程图如图9a，数据采集部分流程图如图9b，通信程序部分流程图如图9c。值得注意的是洗衣机的转速是实验中的一个重要参数，脱水时洗衣机内桶转速每分钟转速一般在1000转以上，而其他动作的转速一般小于100转，所以对转速的处理要分开对待，否则控制误差较大。我们利用PC－6401的8253，在脱水模块中将8253通道1设成计数状态，而在其他模块中将8253通道1设成计时状态，这样电机的转速状态可以很好的从数值中反映出来。另外，为了减小控制误差，在电机转速的控制中，我们采用PID算法。
上位机的任务是提供给用户一个友好的人机界面，我们采用C++Builder5.0编程。我们经分析
归纳将洗衣机的所有动作，划归为其中参数可随意更改的5种基本执行单元模块，即标准洗涤模块、浸
泡模块、脱水模块、排水模块、烘干模块，各个模块中有多个洗衣机运行中的制约参数，用户可以根据需要随意组合上述模块（一个模块可以出现在流程表中多次），最终形成一个完整的洗衣模拟试验流程表，并将该任务表发给下位机。系统运行后不断接受下位机传来的各种参数信息并模拟显示于屏幕上，同时记录其中的重要信息并可在任务执行完后将其储存于历史数据库中。另外上位机可以接受用户的命令并传给下位机。软件流程图略。
4 结束语
本文较完整的介绍了洗衣机模拟控制系统的软硬件设计方法，该系统在洗衣机实验室运行效果良
好，完全满足试验者和开发人员的预期要求，大大节省了人力、物力。
参考文献
1 与海生．微型计算机控制技术．北京：清华大学出版社，1999
2 张载鸿．微型机（PC系列）接口控制教程．北京：清华大学出版社，1994
