洗衣机电气控制系统分析与应用分析

洗衣机电气控制系统分析与应用分析

吴嘉良

440711198110274535 广东省江门市529000

【摘要】本文主要分析了各种类型洗衣机的电器控制系统，进而分析洗机器电器控制系统的电子元器件，分析了门锁开关和干簧管等发挥着安全防护作用的部件，有效改进设计洗衣机电气控制程序，保证洗衣机使用过程的安全性。

关键词：洗衣机；电气控制系统；应用分析

家庭电动洗衣机是一种常见的家用电器，它已经走进了每一个家庭。与此同时，伴随着自动化控制技术的持续发展和提高，人们对洗衣机的性能也提出更高的需求，但是在洗衣机的使用过程中，也经常会出现安全问题。所以对各种类型的洗衣机控制系统的构成进行全面的分析，对起安全防护作用的电子元件在控制系统中的角色进行了明确，从而达到了不同类型产品之间的优势互补的目的。这种情况下，不论是对已有的产品进行改进和升级，还是对新产品的开发，都将会产生到积极的促进效果。

一、概述家用电动洗衣机的基本控制系统和工作原理

（一）家用电动洗衣机电气控制系统

目前，除了双桶洗衣机、单洗机、部分搅拌式洗衣机之外，波轮式、洗衣机、滚筒式洗衣机、双驱动洗衣机等都使用了电控技术。机械型的控制系统中，有很少的可控变量，它的控制程序相对简单，能够完成对洗涤物的正逆旋转以及脱水的控制，它的主体部分是一个计时器或者一个编程控制器；由于采用了 IC及晶片技术，电控部分已能自动地进行可变参数的控制，使用者可以按照自己的清洗方式设定或选用合适的清洗方式。在高端全自动洗衣机中，已经可以做到自动进水、模糊检测衣物、自动添加洗涤剂、洗净即停等多种功能【1】。伴随着电子技术的飞速发展，这给家庭电动洗衣机的电气控制技术的发展提供了一个重要的发展机会。在此基础上，以集成电子信息技术的单片机技术，使家庭电动洗衣机的控制系统在持续地改进，使家庭电动洗衣机的智能化程度有了很大的提高。

普通家用波轮全自动洗衣机或者搅拌式洗衣机电气控制系统主要包括电脑控制器和进水阀以及水位传感器等，构成图如下。

家用波轮全自动洗衣机系统图

普通滚筒洗衣机和波轮全自动洗衣机具有想通的电气控制系统，二者主要的差异是具有不同的安全开关连接方式，其中普通波轮洗衣机利用微动开关，而普通滚筒洗衣机利用门锁开关。

（二）家用电动洗衣机电气控制系统原理

1. 自动进水控制系统

普通全自动洗衣机的进水系统包括了计算机程控器、水位传感器和进水电磁阀。当水龙头开启，清洗过程被设置好之后，点击“开始/暂停”键，计算机程控器就会进入进水的子程序，进水计时器清零，水位传感器会对木桶中的水位状况进行探测，并对其进行判定。如果确定了空桶，计算机程控器就会对进水电磁阀发送一个讯号，然后进水阀门就会开启，从而开启进水，水位传感器会不断地探测木桶中水位的改变，进水程序一般会将进水的过程设置在5分钟左右，当水位到达了设计的水位之后，进水阀门就会自动关闭，从而停止进水【2】。

2. 洗涤和蓄水漂洗控制系统

全自动洗衣机的清洗和漂洗控制系统主要是由计算机程控器、水位传感器、电机、进水阀等构成的。在清洗桶中的水位到达了一个指定的水位之后，进水阀就会切断电源，不再继续进水，计算机程控器会向电机发送一个信号，让清洗电机会根据设计的程序进行正反两个方向的旋转，在清洗或漂洗程序进行完毕之后，计算机程控器会停止对电机发送一个信号，电机会停止工作，清洗或漂洗程序就会结束。

3. 自动排水控制系统

波轮全自动洗衣机的自动排水管道是由计算机程控器、水位传感器和牵引电机构成的，当一个清洗或者漂洗的过程完成之后，就会进入一个自动排水管道，计算机程控器会停止给电机发送一个信息，电机就会切断电源，然后计算机程控器会给牵引电机发送一个信息，牵引电机就会打开排水阀门，从而进行排水管道的工作，水位传感器会不断地探测到清洗的水缸中的水位，当发现清洗的水缸中的水位是空缸的时候，就会完成排水管道的工作，而全自动洗衣机的排水管道被设置在8分钟之内【3】。在排水的时候，如果水位传感器测量到的桶体状况与计算机程控器的设置状况不一致，计算机程控器会发出嘟嘟声并发出警报。

4. 自动脱水控制系统

采用计算机程控器、水位传感器、微型开关、牵引马达、电动机、停止开关等构成波轮式全自动洗涤机的自动脱水装置。在排水完成之后，就会进入到一个自动排水子程序中，计算机程控器会向牵引电机发送一个信号，让牵引电机将减速器制动臂和排水阀打开，计算机程控器会向水位传感器发送一个信号，来对洗涤桶中的水位进行检测，在检测到为空桶的时候，计算机程控器会向电机发送一个信号，这样就可以使电机在一个方向上以较高的速度进行脱水，脱水的时间会被设置为5分钟【4】。在自动洗涤设备的干燥期间，计算机程序不断地监测微动开关和停止开关的状态，以保证使用者的使用安全。当使用者在进行脱水的时候，如果在运行的过程中，当使用者在操作的时候，将上盖掀开，微动开关将会切断电源时，计算机的程控装置会发出警报，同时排水电机和电机将会同时停止运转，将将上盖合上后，机器就会继续进行脱水。如果在脱水的时候，因为衣服的偏心不均衡而导致外筒不断地撞击停止开关，然后洗衣机就会中断脱水的程序，然后就会进入脱水不均衡的校正程序，如果连续来两次进入这一程序，那么计算机的程控装置发出警报。

二、家用电动洗衣机安全防护器件工作原理

洗衣机电气控制系统中的安全防护器件主要包括门锁开关和干簧管以及微动开关等，其中门锁开关主要包括PTC门锁和电磁门锁，主要实在滚筒洗衣机上使用。在波轮洗衣机中主要是利用干簧管和微动开关。在全自动洗衣机中主要是利用盖锁开关，通常需要联合使用霍尔传感器，电脑程控器监根据霍尔传感器的信号，可以确定内筒实际情况，提高盖锁开关动作的精确性。

（一）PTC门锁

PTC门锁主要是利用PTC材料，这类材料具有良好的电阻温特性，而且PTC属于门锁动力元件。在电源电路中串接滚筒洗衣机门锁开关，通过门锁开关触点动作，可以对电机、排水泵、进水阀通断电进行可控制。注意需要配合使用门锁开关和滚筒洗衣机的锁钩。PTC门锁控制系系统比较简单，通过定时器和微动开关以及干簧管等都可以控制PTC门锁。因为环境温度和工作时间等方面的差异性，在断电之后PTC门锁的开关时间也存在较大的差异性【5】。

（二）电磁门锁

洗衣机的电磁门锁属于一种直动电磁阀类执行机构，在实际运行过程中需要联合计算机程控器，当计算机程控器发互促20ms±10ms的脉冲信号之后，可以控制电磁门锁的锁芯运动。为了提高门锁动作的安全性，需要控制计算机程控器每次触发时间为1.5s，在连续12个脉冲之后需要停止3分钟。总之电磁门锁可以保障控制工作的精准性，但是不能实现持续性的工作。

（三）盖锁开关

盖锁开关要和计算机程序控制装置一起工作，当它工作的时候，线圈只是瞬间加电，然后通过计算机程序控制装置输出脉冲信号，来实现对锁芯运动的控制。为了保证门锁运动的安全性，一般需要保证电脑程控器触发间隔1.5秒，12次之后，经历3分钟的休息。为了便于使用者在机器停机后快速解锁，在电控系统中设置转速检测传感器，通常是安装霍尔传感器【6】。

（四）干簧管

20世纪30年代末，贝尔实验室研制出了一种新型的、具有较好的性能和较好的性能的干簧管，这种新型的产品已经被广泛地用于家电领域。其在洗衣机中的应用包括：可以取代波轮式洗衣机的微型开关，可以对上盖的状态进行检测；针对可以自动添加洗涤剂的洗衣机，能通过干簧管测量出洗涤剂的残留量，如果不符合设定值，会发出警报提示使用者再加清洗涤剂；在顶部敞口型滚筒洗衣机中利用，可以自动定位滚筒门和洗衣机上盖；针对半自动洗衣机，可以作为水位传感器。

干簧管是用两个铁磁体簧片密封入一个玻璃管中而制成的。一般情况下，玻璃管内充满了惰性气体，如果有特别的需要，也可以将玻璃管内抽成真空。由于簧片在磁场中，两个簧片就会形成两个相反的磁极，弹簧作为导磁体将会相互吸引【7】。由于两个磁极所形成的磁力比簧片自身的弹性更大，将会吸合两个簧片。由于外界磁场的削弱，将会随之减少两个簧片的吸力，在引力低于簧片自身弹性的情况下，将会分离两个簧片。

固定干簧管位置，由于磁体的安放和相对运动模式的不同，其磁场反应也会有很大差别；当干簧管与磁铁的位置不变时，还能在二者间运动铁磁来控制干簧管开关动作。在家用电器的使用中，当磁体与干簧管并联时，它会有三种移动方式，即：垂直方向移动、水平方向移动如图、绕中心转动。采用干簧管和永磁相结合的方式，代替了微型开关，可以对洗衣机上盖的状态进行检测。

（五）霍尔传感器发展和使用

1. 霍尔效应

如果一个导体或者一块半导体薄片与外磁场是成直角的，如果有一个电流通过薄片，就会在与电流或者磁场相垂直的方向上出现一个电位差，这个现象叫做霍尔效应【8】。在全自动洗衣机中，采用了霍尔传感器，在洗衣机脱水过程中，可以测量减速装置的速度，计算机程序可以通过霍尔传感器的反馈，来实现对盖锁开关动作的控制。

2. 霍尔转速传感器工作原理

霍尔感应器设于全自动洗衣机的减速机上，永磁体与减速机的制动器相连，在洗衣机脱水过程中，该永磁体随着制动器作周期旋转，永磁体距霍尔感应器较远时，霍尔感应器为低压，而永磁体位于霍尔感应器的正面时霍尔感应器则输出高电平。当减速盘旋转一周时，霍尔速度计就会发出一个高电平的信号。由计算机程序控制，通过对所生成的脉冲的频率进行检测，即可确定制动轮速度。

三、波轮全自动与双桶洗衣机系统和程序优化

（一）波轮全自动洗衣机安全防护系统结构设计和程序优化

1. 波轮全自动洗衣机安全防护系统和程序设计

九十年代初期，波轮洗衣机被引进到中国，2000年波轮全自动洗衣机进入了快速发展的时期，但是没有突破使用安全方面。微动开关或者干簧管被用作保护元件，当洗衣机运转时，由洗衣机上盖控制微动开关的通断电【9】。在洗衣机的脱水程序中，用户奖洗衣机的上盖打开，因为洗衣机的脱水转速比较高，为了避免用户被伤害，计算机程控器持续地对微动开关信号进行监控，如果计算机程控器检测到了微动开关信号断开，那么计算机程控器就会发出报警信号，与此同时切断工作电源，电机、牵引电机因此断电，复位减速离合器的制动臂，通过减速器刹车片抱紧制动轮，实现紧急刹车，停止运行。

在洗涤程序中，由电机在减速器的作用下，使波轮正反方向旋转，使内缸保持不动。海尔双动力洗衣机在洗涤程序时，因为利用新式离合器结构，使内筒与波轮能同时进行正反两个方向的旋转，并在计算机上对其控制系统的编程进行了改进，增加了操作的安全。程序设置：当运行进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等子程序时，计算机程控器将不断地监测微动开关的开关是否开启或关闭，当上述程序中，当使用者在运行过程中将上盖掀开，蜂鸣器就会发出警报声，并将电源关闭。当前洗衣机电脑板可以识别不同供电故障，并且开展自动报警，提醒用户及时处理问题。如下表。

电脑程控器故障报警对应表

2. 带盖锁开关的波轮全自动洗衣机控制系统和程序设计

在洗衣机中利用交流高速电机和直流变频电机之后，不断提升洗衣机的清洗和脱水能力，因此，洗衣机原来的刹车制动系统已经无法满足实际要求。比如，当机器在高速脱水的时候，当用户打开机器的上盖时，因为脱水系统的巨大惯性，脱水桶要完全停止，至少要30s，甚至1分钟，这对用户的使用造成了严重的威胁【10】。针对以上问题，在自动洗衣机中设置了盖锁开关，并在其控制装置中加装了霍尔传感器，以便在内筒停止运行后，执行盖锁开关动作。

（二）双通关系以及脱水系统的优化和结构设计

1. 双通洗衣机脱水控制系统

双桶洗衣机的清洗和脱水功能，都是通过清洗定时器和脱水定时器来控制。在常规情况下，双桶洗衣机的脱水控制系统中，微动开关发挥着安全防护作用，而脱水桶盖控制微动开关。在使用者打开脱水桶盖的时候，微动开关的触点就会断开，从而将系统的供电电源给切断，与此同时，制动刹车系统将会发挥刹车作用。双桶洗衣机的脱水侧没有减速系统，而脱水的速度可以达到1300r/min，具有较高的风险，所以在双桶洗衣机的脱水侧，都有一个内盖。

2. 增加盖锁开关后双通洗衣机脱水控制系统和程序设计

带盖锁开关的双桶洗衣机的脱水流程是这样的：将洗衣机的电源线插到插座上，计算机程控器电源打开，计算机程控器检测出脱水电机电路状态为断开，盖锁开关为解锁。关闭洗衣机的脱水桶盖子，转动脱水计时，计算机程序控制装置探测到脱水计画线路开启，计算机程序控制器发送一个信号给盖锁开关，因此实现盖锁开关动作，实现内盖上锁，并同步启动脱水电机，霍尔感应器探测到脱水点击的速度，复位脱水定时器之后，在旋转速度小于60 R/min的情况下，计算机程控器发出信号，通过盖锁开关动作解锁内盖。

当洗衣机在进行甩干程序的时候，使用者会将洗衣机的脱水桶盖打开，然后将微动开关触点断开，将脱水电机电源切断，将制动刹车片抱紧制动轮，脱水桶就会开始对其进行制动，这时计算机程控器会在同一时间检测到脱水电机电路断开的信号。霍尔感应器不断地探测制动轮的速度，当发现刹车车轮的速度小于60r/min，就会通知计算机程序控制器。由计算机程序控制，发送一个重置讯号给上盖锁，复位盖锁开关，实现内盖解锁。

结束语：

本文分析了不同类型洗衣机电气控制系统，及时解决存在的安全隐患，保证洗衣机使用过程的安全性。因为在实际设计和使用过程中还存在一些问题，相关技术人员需要加强分析电器元件和控制技术等，在洗衣机上利用低成本高效能的电器元件，不断优化洗衣机使用性能，提高其智能化水平。

参考文献：

[1]舒剑.智能建筑电气综合自动化系统的节能控制技术研究[J].科学技术创新,2023(17):200-203.

[2]郝振亮.工程机械电气控制系统的基础构造分析[J].工程抗震与加固改造,2023,45(03):181.

[3]曾强.建筑电气工程照明系统施工质量控制[J].光源与照明,2023,No.180(05):70-72.

[4]许庆忠,马耀辉,蔡桥洪.机械电气安全控制系统的设计与实现[J].自动化应用,2023,64(10):211-213+228.

[5]杨彦伟.PLC技术在自动化控制系统中的应用分析[J].南方农机,2023,54(11):142-144+156.

[6]颜仁喆,王进钰.移动式压缩站电气控制系统优化设计与研究[J].专用汽车,2023,No.312(05):55-57.

[7]李晓杨.煤矿电气自动化控制系统的设计与优化[J].自动化应用,2023,64(09):45-47.

[8]徐静.建筑电气工程照明系统施工质量控制研究[J].光源与照明,2023,No.179(04):48-50.

[9]卢中华.基于R5F212K单片机的洗衣机控制系统实例分析[J].现代信息科技,2020,4(09):33-35+39.

[10]邓康.基于PLC的全自动洗衣机的结构分析[J].科技风,2018,No.354(22):4.