自动控制技术在全自动洗衣机的应用

2017-01-20张继东

中国设备工程 2017年5期

关键词：全自动洗衣机衣物

张继东

（包头职业技术学院，内蒙古包头 014035）

自动控制技术在全自动洗衣机的应用

张继东

（包头职业技术学院，内蒙古包头 014035）

为了实现洗衣机的全自动化，提高洗衣机的各方面性能，就必须提高洗衣机的制造技术水平，利用科学技术造福于人类，优化全自动洗衣机的性能。洗衣机的全自动化需要自动控制技术的有力支撑，自动控制技术上可引入VHDL技术、模糊控制技术、PLC技术，这些技术的引入能大大地将人类从繁重的工作中解放出来，节省了大量的人力、物力。

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全自动化洗衣机就是人们只需要将衣服放在洗衣机中，其余的衣物质地和洗涤等程序都由洗衣机智能地自动识别、执行操作，只需要在洗衣服前将水量调至与所洗的衣服相匹配的位置、合理定时，剩下的工作都交由洗衣机自主的完成。自动控制技术在洗衣机中的应用，大大提高了洗衣效率，为生活带来了便利。

1 利用VHDL技术实现对洗衣机的智能控制

1.1 利用VHDL实现对洗衣机的编程

为了实现对洗衣机的自动控制，我们可以利用VHDL技术实现对洗衣机自动化控制的逻辑编程。VHDL是用硬件来描述语言，能够准确地对数字电路与系统进行设计描述，大大地缩短了开发周期。VHDL开发系统的广泛应用，我们可以充分地利用硬件来描述语言的抽象建模能力，我们不再需要通过输入电路图、设计寄存器组来达到各个状态间互相转换的目的。VHDL可以实现计算机自主地完成电路设计，大大地提高了工作效率，为洗衣机的自动化控制提供了强大的技术支持。

1.2 全自动化洗衣机控制系统的简单流程

洗衣机的水位、洗涤时间、水流模式等需要人为的设置，因此，在设置全自动化洗衣机时就必需将其考虑在内，设置相应的开关。洗衣机的水位分为高、中、低三种水位，水流氛围轻柔、中等、较强三种强度，模式分为洗涤、清晰、脱水三种，洗涤时间有5分钟、10分钟、20分钟、30分钟。洗衣前，可以根据自己的情况进行档位的选择。全自动化洗衣机会在操作指令下进行洗衣工作。全自动化洗衣机能够根据每次清洗衣服后的水质浑浊度进行自动检测，水质浑浊度信息由洗衣机传感器提供信号。在对衣服清洗后传感器发出浑浊信号，洗衣机将会继续地进行衣服清洗工作，直到传感器发出水为清澈的信号后进行脱水工作，脱水工作完成后，洗衣机会自动断电，停止工作。

1.3 系统控制

传感器是用来感应并传递信号的，在洗衣机自动工作中发挥着极为重要的作用。传感器输入的信号有三种，分别是水完成信号、排水完成信号、浑浊检测信号。

1.4 功能模块化

为了程序设计的简单化，各功能呈现模块化的形式，所有的功能模块都是以组件的形式存在并存在同一个程序包中。主程序在在执行时可以对功能模块组件进行任意地调用，功能模块化方便了程序的设计与操作。

2 模糊技术在实现洗衣机智能化的控制应用

2.1 模糊控制的应用优势

目前，大多的自动化控制都是通过程序语言的编辑来实现的，虽然程序控制行为为人们带来了很大的便利，实现了机器代替人类，大大地解放了劳动力。但是这种编程在对机器的控制上比较呆板，不能做到随机应变，有很大的缺陷性。就对洗衣机的自动化控制来说，程序控制不能因洗涤参数做出相应的改变，同时，洗衣机因为非线性、时变的特性不能用数学模型准确地进行描述，因此，实现程序准确控制洗衣机有一定的困难。但是模糊控制器却能够弥补其他程序语言控制行为的缺陷，模糊控制不需要建立数学模型，同时，在设置模糊控制器所需的时间较为短暂，大大地提高了项目开发效率。模糊控制器是根据专业人员总结的规则进行控制量大小转变的，并且能很好地适应洗衣机这种非线性、时变、大延迟的特性，能够灵活的根据洗衣机的洗涤参数做出改变，有利于水电资源的节省。模糊控制技术能够实现洗衣机根据洗涤参数，对洗涤的实践做出相应的模糊调整，模糊的逻辑控制手段，增强了洗衣机的智能化程度。

2.2 控制器结构

模糊控制器在组成上包括模糊化、模糊控制规则、模糊推理、解模糊四个部分，模糊控制器中的非线性要素提高了系统的稳定性。模糊控制器能够实现对人的定性思维、判断方法定量化处理。模糊控制器利用传感器的感应传递获得误差信号然后执行操作。

2.3 自动检测衣物的功能

全自动化洗衣机通过RFID技术的使用，能够实现洗衣机检测到所洗的衣物的类型，并对所洗的衣物进行合理的调整。基于RFID技术下的洗衣机能够自动地识别到衣物的信息包括衣物面料和颜色在内，洗衣机能够通过衣物颜色信息的识别，避免黑色、白色衣物的混合清洗。基于RFID技术下的全自动洗衣机的自动控制技术还体现在能够优化衣物的洗涤顺序。随着科学技术地快速发展，NFC技术的广泛应用，利用NFC技术可以实现对洗衣机功能的远程诊断、对洗衣机进行远程控制更改其工作状态。NFC技术和RFID技术支持下的全自动洗衣机智能化程度更加明显，大大地为人们的生活带来便利，实现了洗衣机的远距离可操作性。

2.4 驱动装置

驱动装置分为间接驱动和直接驱动。间接驱动的动力输入是通过皮带连接电机轴和离合器来完成的。直接驱动可以通过电机输出轴直接和负载相连，也可以将电机的输出轴和离合器的输入轴连在一起，通过离合器的输出轴和负载相连。间接驱动有三种组合方式，分别有电容式单相感应电机+减速离合器、双速电机+离合器、三相交流变频电机+减速离合器。由于人们对电容式单相感应电机+减速离合器这种间接驱动的组合方式电机的原理、结构、制作工艺了解程度较为深，因此这种间接驱动的组合方式较为地广泛。这种成熟的工艺，能够达到减速离合器的性能要求。但是，减速离合器在电机恒定的转速下只能产生恒定的洗涤和脱水速度。同时，这种驱动装置还存有工作效率低、减速离合器故障率高、洗衣机的启动电流大等方面的缺点。双速电机+离合器的组合方式，与电容式单相感应电机+减速离合器的组合方式相比，具有很大的优势，其优势体现在：电机能够输出高和低的转速，能够满足洗涤和脱水的速度。三相交流变频电机+减速离合器的驱动装置，它采用了变频技术，能够为电机提供多种转速，和双速电机+离合器的驱动组合方式一样，能够满足洗衣机的洗涤和脱水速度。

2.5 显示电路

LED显示器组成了显示电路，能够显示水位、预约时间、剩余时间、运行过程等参数。

2.6 输入按键

输入按键能够实现对洗衣机的开关控制，对洗衣机的状态进行调整。为了保证洗衣机的正常工作，首先输入按键必须具有很高的灵敏度，同时要具有优良的防潮、防水的性能。输入按键的性能必须保证优良才能准确地实现传感器对衣物类的信息感应，将准确的信息传递给操作系统，从而提高洗衣机的自动化控制水平。

3 PLC技术在全自动化洗衣机中的应用

PLC技术在全自动洗衣机的应用中，也能实现对洗衣机的自动控制，起到便利人们生活的作用。全自动洗衣机的PLC控制装置需要硬件和软件的两部分设计。硬件的设计，需要对PLC主机、电磁阀、报警器等硬件参数进行确定，设计硬件连线图。PLC控制装置的软件设计部分需要对全自动洗衣机的工作流程进行设计，并画出相应的工作流程设计图。同时，根据设计的工作流程图进行中间继电器的设计，编写指令程序表。最后，还需要对系统进行调试、修改。全自动控制洗衣机可以利用PLC的特点、优势，实现对按钮、电磁阀、开关的控制。利用PLC技术对洗衣机的控制系统能够弥补单片机的缺陷，具有驱动电路、检测电路、保护电路、通讯联网的功能，大大提高了洗衣机的全自动化程度。全自动洗衣机的自动控制原理是利用水位开关与电磁进水阀配合对进水、排水、电机的通断控制。PLC程序控制器的设计，能够实现洗衣机自动地完成洗衣整个过程。程序开关一旦选择，程序控制器便会在这种程序的控制下进行操作。PLC的输入信号实现了对洗衣机进水阀、排水阀、电动机的控制。PLC技术为全自动洗衣机提供了有力的技术支持，大大解放了劳动力。