全自動洗衣機溢水故障研究

王曉楠 施清清 周伯儒 賴宏偉

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

目前，全自動洗衣機逐漸的成為人們日常生活中不可缺少的家用電器，而在使用洗衣機的過程中可能會出現的各種故障影響客戶使用及體驗效果，其中溢水故障為一種常見的故障模式。溢水故障主要是為了防止用戶在使用洗衣機過程中，出現因進水不止導致水流出洗衣機筒體，造成水泡到其它家用物品影響用戶體驗及造成財產損失。全自動洗衣機一般采用液位傳感器對進水量進行檢測，液位傳感器又叫做液位開關，起到檢測洗衣機進水量及排水量作用，進而控制洗衣機的進水與排水動作，屬于洗衣機的關鍵零部件。一旦液位傳感器檢測不準確或失效將導致進水量錯誤，造成洗衣不凈、浪費水資源，嚴重時將導致水溢流出洗衣機筒體，造成較為嚴重后果。

1 故障案例及分析

某款試制全自動波輪洗衣機在測試性能的過程中，偶發性出現溢水故障報警，但查看報警時實際水位未達到溢水水位。溢水故障原因為控制系統接收到液位傳感器的水位達到設定的報警水位，現場核實報故障時整機實際水位距離設定的溢水水位有約5 cm距離，核實實驗設置最大進水量60 L，實際流量計檢測到的進水量59.6～60 L，未達到溢水條件。為明確造成故障原因，分別對控制系統的軟、硬件以及液位傳感器進行排查。

1.1 主控板硬件排查

為排查是否為主控板異常原因導致誤報警，首先更換正常使用的監控主控板進行復核，仍會出現溢水故障。主控板上影響到液位傳感器輸入電壓的只有穩壓塊，穩壓塊的輸出電壓范圍在5.1 V到5.5 V，實測出現故障時輸出電壓為5.35 V，穩壓塊無異常。模擬穩壓塊輸出值上下限時，液位傳感器對采樣的頻率偏差只有20 Hz，而液位傳感器的波動允差帶為0.4 kHz，故不會因電壓波動導致故障，排除主板本身元器件差異問題。

1.2 主控板軟件程序排查

對整機運行數據進行監控，出現故障時主控板收到的水位頻率已超出溢水設定頻率值，程序判定無異常。整機在運行到t1時檢測到水位偏高，執行打開排水閥后檢測到水位正常，關閉排水閥繼續運行；運行到t2時再次檢測到水位偏高，觸發溢水故障報警，符合邏輯設定。以上監控數據表明，液位傳感器反饋的頻率值確實輸出了超出溢水保護設定頻率值的信號，達到了控制器報溢水保護故障的條件。

1.3 液位傳感器排查

1.3.1 液位傳感器工作原理

全自動波輪洗衣機將液位傳感器安裝在洗衣機產品的箱體頂部，液位傳感器是通過氣管與洗衣機外筒通氣室連接，能夠實時監測氣管內空氣壓力，并把壓力信號轉化為電信號，實時反饋給控制系統，對照轉換成水位信息的檢測器件。洗衣機用液位傳感器普遍使用機械式，主要由殼體、彈簧座、磁芯、調壓簧、膜片、壓力彈簧等器件組成。

全自動波輪洗衣機的外筒通氣室與液位傳感器的氣管連接，當筒內注水時，通氣室內水位逐漸上升，氣管內壓力隨之逐步上升，液位傳感器內的膜片隨壓力升高產生形變，進而壓縮壓力彈簧產生壓力信號，示意圖1。壓力信號與水位信號存在對應性，當壓力達到一定值表示水位達到設定位置，信號傳輸到控制系統后停止進水。當水位下降后，液位傳感器氣管內壓力減小，彈簧逐漸復位，當下降到設定水位時，控制系統接收到信號后可控制洗衣機進行下一步動作。當液位傳感器感應水位出現偏差時，如控制系統接收到液位達到溢水水位時，洗衣機會出現溢水故障。

圖1 液位傳感器控制示意圖

1.3.2 液位傳感器故障件復核

出現溢水故障的整機使用的液位傳感器，對故障單體復核發現各檔位的頻率值均符合技術要求，可排除液位傳感器本身故障。

1.4 實驗環境排查

鑒于故障機液位傳感器各項參數均符合圖紙要求，為了查明液位傳感器輸出異常信號的原因，我們對實驗環境進行了排查。發現性能測試臺其他臺位上（洗衣機性能臺可同時測試多臺洗衣機）正在測試性能的滾筒洗衣機在脫水狀態時，會出現由低至高、再由高到底的轉速變化，從而產生頻率不斷變化的振動激勵，帶動地面進行振動（實驗室地面進行保溫處理，非實心地面）。由于波輪洗衣機自身質量較輕，受振動激勵后機身亦同步產生振動，液位傳感器感受壓力變化的關鍵部件壓力彈簧與振動激勵產生共振，從而輸出異常液位信號。通過查看實驗室監控錄像，發現每次出現異常液位數據時，故障機旁邊的滾筒洗衣機則處于脫水模式。

為了進一步監控振動干擾對液位傳感器影響，將出現過故障的整機分別在性能試驗臺、可靠性試驗臺（模擬客戶安裝的實心地面）進行測試，并監控水位頻率。通過對比測試，整機在性能臺位測試時，在旁邊滾筒洗衣機未脫水情況下液位傳感器頻率值相對穩定且不會出現溢水故障，但滾筒洗衣機脫水時頻率會出現急劇跳動，測試20次出現1次溢水故障，截取部分典型數據曲線如圖2。整機在可靠性試驗臺測試時，無論周邊洗衣機是否進行脫水，液位傳感器頻率均穩定，測試20次不會出現溢水故障，截取部分典型數據曲線如圖3。

圖2 性能試驗臺測試水位頻率曲線

圖3 可靠性試驗臺測試頻率曲線

2 分析小結

綜上，本次全自動波輪洗衣機在實驗室測試性能時出現的偶發性溢水故障，經分析及實驗復現確認非整機實際故障，屬于測試環境有振動激勵導致液位傳感器感應水位不準確的誤報警，暴露出整機抗環境擾動能力差的問題，需優化解決。同時在新品洗衣機測試過程中，除了常規條件測試外，需模擬售后各種使用條件引入不同的環境干擾，提早發現各種可能出現的故障類型，并予以整改。

3 預防改善

3.1 邏輯優化

整機報溢水故障增加防干擾判定邏輯，原檢測方案為t時間內第一次有1 s監測到超出溢水頻率，執行排水動作到正常水位，再有一次1 s檢測到超出溢水頻率即報溢水故障。優化后在t時間內需要連續5 s檢測達到超出溢水頻率，執行排水操作到正常水位，再有一次5 s連續檢測到超出溢水頻率即報溢水故障，如是不連續超出溢水頻率則清零進行下一次檢測。

3.2 液位傳感器單體檢驗方法優化

液位傳感器原入廠檢驗方位為使用氣壓泵，將壓力控制在恒定狀態進行檢測，而實際使用條件整機洗衣過程存在晃動導致液面波動，壓力存在一定的波動范圍，原入廠檢驗方式存在波動范圍大而無法檢出的漏洞，調整入廠檢驗方式為使用整機按正常進水帶負載方式，模擬實際使用環境進行檢驗。

4 結語

為了提高全自動洗衣機的抗干擾能力，防止出現因假故障導致的用戶使用不便，提高用戶使用滿意度及市場競爭力，可在產品開發、生產環節采取以下措施：

1）在開發階段對各種故障代碼進行全面分析，確認報警閥值，以及使用中的自身波動因素、環境擾動因素等，制定抗干擾措施。

2）零部件檢驗結合實際使用環境，制定可靠檢驗手段，防止因零部件波動導致整機故障。

3）完善測試方法，根據產品特點及使用條件，引入環境干擾因素對整機進行惡劣條件工況測試，提前發現問題并予以優化解決。