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家用电动洗碗机的结构和控制系统分析
作者：
来源：《商品与质量·消费视点》2013年第05期
摘 要：文章对常用的家用洗碗机进行了简要介绍，并对喷淋式家用洗碗机的整体结构、工作原理和控制系统作了进一步分析和探讨。 关键词：洗碗机；结构；控制系统 前言：
如同洗衣机的出现将人们从繁重的洗衣服劳动中出来一样，洗碗机的出现也极大地了人们的劳动力，人们再也不需要花费大量的时间和精力去亲自清洗餐具上那些毫无意义油污了，大大节省了人们的时间和减轻了人们劳动力，可以说洗碗机将会成为家庭中必不可少的电器。自从1927年第一台洗碗机在德国诞生，洗碗机的设计经过不断改进，随着洗碗机的普及和发展，洗碗机的技术已经比较成熟，近些年来洗碗机的市场需求水平也在不断增长，已经发展成为集洗涤、消毒和烘干等功能于一身，清洁程度大大超过了人工洗涤。当然，未来洗碗机仍有很多需要提升的地方，比如降低耗电量、减少耗水量、降低噪音、更加智能化等等。 一、家用洗碗机的分类
1.家用洗碗机按照其洗涤方式可以分为以下四大类
喷淋式。其大致工作方式为：用洗涤泵通过喷臂将水高压喷出来，由于喷臂上分布有倾斜角度的喷水孔，可以使水产生反作用力，反作用力的水流推动喷臂旋转而使水流能够喷洒到洗碗机内部所有角落。利用加热管给水流进行加热使水温升高，同时在新型洗涤剂的共同作用下能够有效清除油污，经过预洗、主洗、漂洗和干燥阶段，使餐具变得洁净如新。其清洗效果相对比较好，是当前世界上最为广泛的设计方式。
水流式，亦称波轮式。其工作方式类似于波轮洗衣机，只是波轮安装在其机槽架下面，波轮盘在电机的带动下高速转动，进而带动机槽中的清洗剂发生旋转和滚溅，由此可以清洗餐具上的油污，但是这种洗涤方式的耗水量比较大，其洗涤效果也不是很好。
叶轮式。在这种洗碗机的机槽下方安装有叶轮并与电机连接，进行洗涤时，通过电机的转动带动叶轮发生高速转动，同时带动机槽中的洗涤剂随着叶轮发生飞溅进行清洗除去餐具上的油污。这种洗碗机同样存在着耗水量比较大和洗涤效果不理想的问题。
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超声波式。这种洗碗机在机器的侧部和底部各装有超声波振动装置，工作时依靠这些超声波元件发出高频率的超声波并结合洗涤水共同作用将餐具清洗干净。这种洗碗机的洗涤效果比较好，但是其工作时的噪音也比较大，如果降噪技术做的好的话，也许是未来洗碗机的发展方向。
2.家用洗碗机按照控制系统的不同，又可分为机械式、机械电子式和电子式机三种 机械式洗碗机采用的是机电式程控器控制，是一种传统型的控制方式，智能化低，而且成本较高，多用于早期的洗碗机控制系统开发，现在已经基本被淘汰；
机械电子式洗碗机采用的是电子式编码器控制，同样也不够智能化，是一种操作相对简单，配置相对较低，成本相对较低，多用于一些低端洗碗机的开发；
电子式洗碗机采用的是智能化单片机控制，可以设定各种用户需求的程式，比如多种洗涤程序、洗涤阶段显示、洗涤时间预约、温度显示、缺盐缺洗涤剂指示、进水异常指示、故障维修指示等，是目前最为主流的洗碗机控制系统开发。
家用洗碗机按照其整机构造形式的不同，又可分为柜式机、台式机和抽屉机等很多种型式。在欧、美等国家多为柜式洗碗机，在日本等国家多为台式和抽屉式洗碗机等。 二、家用洗碗机的设计要求
从消费者的角度来看，家用洗碗机应该能够满足高效清洁和安静工作两方面的基本要求，当然工作的自动化程度、低能耗、低水耗和良好的机器造型也是非常吸引消费者的一个方面。随着数字化技术的发展，家用自动洗碗机在自动化性能上应该满足：水流的自动控制、洗涤剂的自动添加、常温清洗和自动加热清洗、自动排水和烘干以及消毒杀菌、自动设定时间和自动报警等功能。具体应当至少能够达到以下几个方面的要求： （1）通过温度传感器进行温度的自动检测；
（2）通过交互式的控制按钮和显示屏幕进行人工控制和洗涤参数的显示，如：水温、洗涤模式、当前洗涤过程以及出现故障时的故障类型等；
（3）针对家庭用户的需求预约设定自动洗涤模式和预约洗涤时间，并通过专门的按钮进行操作；
（4） 数据统计，如：耗水和耗电量统计、机器工作情况统计、消毒剂和洗涤剂用量统计等；
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（5）故障自动检修和警报功能、洗涤完成时的自动提醒功能、自动记忆和断电保护等功能。
三、喷淋式家用电动洗碗机的基本硬件构造及其工作原理 1.基本构件及其构造
以前开门形式的电动洗碗机为例，其外部形式如图1，各数字的代表含义依次为：1显示窗、2操作按键（包括电源、程序、定时、启动和暂停等）、3控制面板、4开门拉手、5外门、6踢脚板、7机脚（共4个）、8进水管、9排水管、10电源线、11侧板（包括左、右）、12顶板，外部形式的设计主要在于使机器的交互式更加人性化和外形美观。其内部还包括洗涤系统装置、进出水控制阀、加热管、洗涤泵、排水泵、过滤器、软水器、洗涤剂和消毒剂存放和控制装置、餐具架导轨、餐具托架、筷叉篮、干燥系统等装置，核心构件为洗涤系统装置。洗涤系统装置如图2所示，各数字的代表含义依次为：1下喷臂、2轴套、3空心转轴、4进水口、5喷水孔（一般1个喷臂布置10个左右）、6上喷臂、7水流方向、8底盘。 图1 电动洗碗机的外部形式 图2 洗涤系统装置构造 2.基本工作原理
洗碗机在进行工作时，在电路控制下，进水阀通电开启，自来水通过进水管进入洗碗机的呼吸器部件。在呼吸器中，水流自动分为两路，一路进入在呼吸器内部腔体，另一路经管路进入洗碗机的硬水软化系统即软水器，首先进入软水器的树脂腔，硬水在软水器内经软化后经管路进入水杯从而逐步流入内胆，当进水量达到进水流量的设计值时，停止进水。此时，洗涤泵开始工作，泵从水杯把水泵入，经泵增压后将水分两路流回内胆，一路经下喷臂，另一路经上喷臂。因为喷臂的部分喷水孔有一定的倾斜角度，高压水流从上、下喷臂喷孔喷出的同时，产生很大反向作用力，使上喷臂逆时针旋转，下喷臂顺时针旋转，由不断改变方向的高压水流对餐具表面和内胆进行冲洗和淋刷，使洗涤均匀、全面，经喷臂流出的水回流至水杯，并通过温度、水压、洗涤剂和消毒剂的作用进行餐具清洗和消毒，最后进行烘干，循环结束后，由排水泵把洗碗机内的污水经排水管排出。 图3 家用洗碗机的工作原理图 四、家用电动洗碗机的控制系统分析
家用电动洗碗机的控制系统按照不同的功能模式进行的工作循环过程依次为：机器进水、洗涤泵运行带动洗涤装置进行预冲洗、排水、再进水、加热管加热水温、添加洗涤剂、洗涤泵运行带动洗涤装置进行主洗涤、添加消毒剂进行消毒、再排水、再进水、洗涤泵运行带动洗涤装置进行漂洗、再排水、最后烘干。与此同时，为了确保机器能够正常工作以及确保机器发生
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故障时依然保证足够的安全性，对系统中易于或者有可能发生故障的环节，系统结构中应当有针对性地设置自动故障报警进程和机器发生故障时自动停机进程以确保系统的可靠性。系统控制软件的具体开发可以根据洗碗机的正常工作流程进行，其主要工作模块应当包括：开机时自动检测功能、机器状态初始化功能、显示正在进行的状态或者默认状态等功能扫描面板操作状态并且接受面板操作指令的功能和根据面板操作指令自动调用相关模块使洗碗机进行某项操作的功能，其具体的程序流程图可以用图4来表示： 五、程序系统所对应电动洗碗机的具体操作如下
用户在使用洗碗机之前应当对洗碗机的状态进行常规检查以排除不正常状态的发生，如无不良状态则可以打开洗碗机的电源开关，按照具体的洗涤需求来设置相应的洗涤模式，如果用户没有选择自定义洗涤模式，系统将要使用默认的设置进行工作，接着只要将餐具摆放到洗碗机内相应的碗篮和筷叉篮里并关上机器门，然后按启动按钮开始洗涤。此时传感器将会自动检测机器进水量以及水温的高低以判断是否需要进水、恒温或加热工作，到这里准备工作就结束了，然后洗涤泵就会开始工作进行清洗，接着机器会自动把洗涤剂添加到清洗室中。清洗以后再加入高温消毒剂对餐具消毒，最后烘干，等以上步骤接受提醒装置发出提示音表明洗涤工作结束，同时程序自动回到初始模式。在洗涤工作进行的每一个环节，操作面板上都应当设置提示灯或者提示音装置以显示用户操作或者工作过程是否正常。
在本系统的子进程中还应当包括：操作面板、功能显示和功能管理等模块的说明，其中洗涤模式、各个环节的时间长短和洗涤剂、消毒剂等用量的多少应当都可以由用户通过操作面板上相应的控制模块自行设定，并且有相应的控制按钮随时终止洗涤进程。针对专业的技术人员，程序中应当设定一个模块允许技术人员输入密码对机器的使用情况、序列号等相关参数进行调用和查看，并可以根据具体情况对程序进行相应的调整设置。
程序的自动警报模块应当涵盖在工作时供电发生故障、进水和排水发生故障、加热装置发生故障、电机运行故障、洗涤剂和消毒剂添加发生故障等情况下发出警报并同时切断强电控制信号，确保系统不在故障条件下进行工作以免发生事故。 六、结束语
总体来说家用洗碗机在欧美和日本等相对发达的国家较为普及，整体结构和控制系统也相对成熟稳定，但随着科技的进步，洗碗机在节能、降噪和自动化程度仍需要不断的提升。同时由于社会和消费观念的影响，在我国洗碗机的使用尚处于发展初期，存在巨大的市场空间，这就需要更多的洗碗机工作者来开发和销售更加适合中国人使用和消费习惯的洗碗机。 参考文献：
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[1]郝利兵，张明刚，贾云生，徐国辉，刘环恩，董俊岐. 商用自动洗碗机的结构分析和控制设计[J]. 机电产品开发与创新，2006，01：49-51.
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[3]赵建东，康乐. 自动洗碗机的控制系统设计[J]. 国外电子元器件， 2004， 08：4-6. [4]李庆梅，瞿新. 基于PLC的洗碗机的自动控制系统的设计[J]. 科技创业家，2012，17：80+82.
作者简介：
（1978～），男，毕业于湘潭大学过程装备与控制工程专业，现就职于广东省佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司，主要从事洗碗机的结构开发和整机性能研究以及项目管理工
