3.2. Электрические схемы управления и регулирования бытовой техники

3.2.1. Стиральные и посудомоечные машины

Вне зависимости от того, стирается ли одежда или же моется посуда, результат в равной степени опреде­ляется целым рядом совместно действующих факторов, которые все вместе и характеризуют процесс мойки. Здесь речь идет о химии (в виде стиральных порошков и моющих средств), механике (движение самого белья или же струй воды), температуре, которая определяет также и продолжительность воздействия указанных факторов. Доля отдельных факторов во всем процессе может быть различной в зависимости от конструкция машины.

Рис. 135. Структура интегральной схемы КМОП-типа, используемой для управления крупными машинами бытового назначения (тип GZA 1513/1514)

Задачей первых программируемых коммутационных блоков в стиральных автоматах было только включение и выключение подогрева воды и двигателя для враще­ния барабана. Появление легко стирающихся текстиль­ных материалов и все увеличивающаяся в соответствии с запросами времени автоматизация моечных операций потребовали дальнейшего расширения основных функ­ций программируемого коммутационного блока, Так, температурные и временные характеристики программ стирки (мойки) или же дополнительные сроки действия стиральных и моечных средств привели к созданию до­полнительных контактных групп в коммута-ционных блоках. Количество функций коммутационного блока возросло с 12 (как это было до 70-х годов) до 36.

В новейших стиральных машинах пользователь толь­ко устанавливает вид стирки, а все остальные решения принимает микро-ЭВМ. Приборы третьего поколения уже выбирают наиболее экономичный режим, блоки­руют неправильное обращение с машиной и тем самым исключают лишний расход энергии.

Фирмой Siemens (при участии домашних хозяек) разработана специальная эксплуатационная логика для бытовых электроприборов. За доли секунды микро-ЭВМ рассчитывает по первоначально введенным дан­ным оптимальную для соответствующей нагрузки про­грамму.

На рис. 136 показана структурная схема стиральной машины с управлением при помощи микропроцессора.

Рис. 136. Структурная схема (деталь) стиральной машины с микро­процессорным управлением

Рис. 137. Функциональная про­грамма стиральной машины, уп­равляемой с помощью микро-ЭВМ

Входными приборами здесь являются датчик темпера-туры стирального (щелочного) раствора и селективный переключатель программы стирки, а также различные контакты предохранительного блока. Они постоянно посылают в микро-ЭВМ информацию о состоянии окру­жающей среды, которая необходима для правильного выполнения стиральной машиной своих функций. На их основе рабочая программа рассчитывает входные данные, по которым выходные приборы осуществляют со­ответствующие операции. Например, рабочая про­грамма стиральной машины запрашивает термодатчик о температуре в данный мо­мент. Если температура во­ды для стирки соответству­ет заранее установленной, микро-ЭВМ дает команду на прерывание цепи триака ;(или магнитного пускателя) и отключение подогрева.

Рис. 138. Входные и выходные сигналы микропроцессора типа ITT7150 фирмы ITT

Рис. 139. Принципиальная электрическая схема стирального автомата с микропроцессором типа ITT7150:

1 — фильтр; 2 — контакт закрытия двери; 3 — магнитные клапаны; 4 — двига-тель для отсоса; 5 — основной двигатель; б — тахометр; 7 — блокировочная дверь; 8 — модуль управления частотой вращения двигателя; 9 — предвари­тельная стирка; а — часы; б — магнитные клапаны; в — подогрев; г — скорость стирки; д — уровень воды; е — температура; ж — предварительная стирка; з — насос; и — направление; к — V_DD; л — V_SS; M — Управление частотой вращения; « — сброс; о — закрытие двери

На рис. 137 приведены задачи, включаемые в про­грамму стиральной машины, управляемой с помощью микро-ЭВМ. Каждый блок выдает командный сигнал (или группу сигналов) на осуществление указанных функций. Прямоугольники означают запланированные операции, т.е. задачи, ром^: бы — решения, которые на основе текущего состояния программы разрешают даль­нейшее ее выполнение по какому-либо направлению. При помощи такого условного разветвления может быть реализована последовательность, при которой процессор только тогда дает команду на выполнение следую­щей операции, когда выполняется заранее поставленное условие. (В рассматриваемом случае, когда, например, температура воды достигла заданного значения.)

Рис. 140. Схема распределения водных потоков в посудомоечной ма­шине:

1 — подвод воды; 2 — магнитный клапан; 3 — насос циркуляции воды; 4 — от­сасывающий насос; 5 — переключатель уровня; 6 — магнитный клапан для установки смягчения воды; 7 — емкость с химическими средствами для смяг­чения воды; 8 — емкость для смягчающей массы

На рис. 138 приведены входные и выходные сигналы микропроцессора типа ITT7150 фирмы ITT для обеспечения выполнения стиральной машиной простейших операций.

На рис. 139 представлена схема соединений стираль­ной машины, снабженной этим микропроцессором.

Рис. 141. Схема регулирования температуры воды в стиральной ма­шине

Современные стиральные машины можно усовер­шенствовать, учитывая в программе стирки объем за­гружаемого белья, степень его загрязненности, жест­кость воды и автоматический долив воды при необходи­мости выдержать заданную концентрацию стирального раствора. Электронные датчики определяют температу­ру воды, щелочность раствора и степень его однородно­сти. На основе этой информации можно рассчитать и от­регулировать оптимальный расход энергии, количества воды и моющих средств.

Блок индикации дает пользователю информацию о состоянии режима и окончании стирки. При этом сти­ральный автомат запрашивает пользователя о вводе необходимых команд управления.

В современных посудомоечных машинах барабан за­менен водораспределяющей системой (рис. 140). В баке такой машины внизу, вверху и между стойками, где размещена грязная посуда, предусмотрены вращающи­еся трубки для разбрызгивания воды. Моющий раствор подается к ним насосом, который через фильтр отсасы-. вает воду из углубления в баке. Для стиральных и мо­ечных автоматов разработаны программы, включающие ряд последовательных операций выполнения заданного режима.

Рис. 142. Схема электронного управления двигателем стиральной машины

Электронное регулирование подогрева воды. Водо­проводная вода в стиральных и посудомоечных маши­нах должна быть нагрета до определенной температуры, поддерживаемой в течение заданного времени. Наи­большая эффективность моющих средств в зависимости от вида белья и состава стирального раствора обеспе­чивается в области температур от 30 до 90 °С. Подогрев раствора осуществляется посредством электронагрева­телей мощностью 1,5 — 3 кВт, снабженных радиаторами. Схема, применяемая для регулирования температу­ры воды, изображена на рис. 141. В качестве термодат­чика здесь использован термистор с отрицательным температурным коэффициентом. При помощи переклю­чателя возможна установка трех значений температуры. Транзисторы Т1 и Т2 образуют дифференциальный уси­литель, благодаря чему регулировочная цепь нечувст­вительна к колебаниям температуры окружающего воз­духа и питающего напряжения.

Рис. 143. Принципиальная схема электронной установки уровня воды

В новейших стиральных машинах мы уже встречаем схемы регулирования температуры воды с управлением (регулировкой) посредством тиристоров и триаков.

Управление двигателем. Для стирки различных видов белья требуются разные частоты вращения барабана стиральной машины. На рис. 142 приведена схема элек­тронного управления двигателем такой машины. Двига­тель машины подключен к диагонали диодного моста, направление тока ротора определяется полярностью уп­равляющего напряжения. Частота вращения барабана устанавливается переключателем. В цепь двигателя в течение полупериода напряжения включается тиристор, резистор R служит для ограничения тока. Выделяемая им теплота также идет на подогрев стирального раствора.

Электронное регулирование уровня воды. В посудо­моечных и особенно стиральных машинах требуется оп-ределенное количество воды. При электронном регулировании уровня воды используют принцип различной электропроводности воздуха и стирального раствора. Для этого в бак помещают обычные уровневые элект­роды. Когда поднимающийся уровень воды достигает такого электрода, на входе соответствующего элект-эонного устройства появляется потенциал корпуса. Тог-ia реле в выходном каскаде возбуждается и магнитный клапан подачи воды выключается (рис. 143).