韋 曉 田 鵬

（1.中國質量認證中心南京分中心 南京 210000；2.江蘇省電子信息產品質量監(jiān)督檢驗研究院 無錫 214174）

引言

洗衣機是一種利用電能產生機械作用的電器用具。隨著家用洗衣機行業(yè)的升級和轉型。家用洗衣機的智能化發(fā)展也成為了不可避免的趨勢。電子控制器在洗衣機行業(yè)中的應用也成為了智能化、網(wǎng)絡化、控制化的必要途徑，其穩(wěn)定性、可靠性會直接影響到使用者的使用安全。根據(jù)家電產品的安全標準，對家用洗衣機中的電子控制器所使用的嵌入式軟件系統(tǒng)進行安全方面的評估。

本文討論了在家用洗衣機正常工作的情況下，對可能產生的安全隱患進行了風險分析，針對不同的安全隱患提出了軟件評估中檢測的需求。在GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》、GB 4706.24-2008 《家用和類似用途電器的安全 洗衣機的特殊要求》、GB 14536.1-2008 《家用和類似用途電自動控制器 第1部分：通用要求》、GB/T 17499-2008《家用洗衣機電腦程序控制器》 等標準中，均有對電子控制器部分有要求，并對電子控制器的軟件部分提出了評估方法。

1 家用洗衣機風險分析

1.1 風險分析概述

家用洗衣機風險分析的目的是確立洗衣機在檢測時需要考慮到安全測試方面的需求，對安全防護方面的試驗要做好充足的準備，本文根據(jù)家用洗衣機中常用的一些安全要求，從四個方面對風險的種類和原因進行了探討。

1.2 電機過熱

家用洗衣機電機的過熱通常是由變壓器供電的電路時，在正常工作中可能發(fā)生的短路或過載的情況，在這些情況下電機會發(fā)生過熱，從而導致電機發(fā)生起火或防護的損壞。電機過熱起火的原因通常是轉子堵轉、定子缺相和電機過載造成的，洗衣機異常的工作狀態(tài)通過檢測電機信號來停止電機的運行，保護流程如圖1所示。

圖1 電機過熱

1.3 機門異常

家用洗衣機的機門異常，通常是機內波輪正常工作的情況下，由于洗衣機對機門異常打開情況的失控，人體可能有接觸到高速旋轉的機內波輪的危險，對人體造成傷害。

機門狀態(tài)的異常是由于洗衣機門鎖失效導致的，門鎖的失效會由上位機的基礎軟硬件進行保護，當基礎軟硬件對開門狀態(tài)的信號沒有響應的時，通常會對電機進行剎車處理，對于變頻洗衣機來說，變頻信號通信超過一定時間后電機立即剎車，保護流程如圖2所示。

圖2 機門異常

1.4 水溢出

洗衣機在設計時會安裝水位監(jiān)測裝置，當水位達到限值時關閉進水口，水位監(jiān)測的失效會導致水不斷溢出機桶，誘發(fā)機體外的一些不確定的危險因素，特別帶有電加熱功能的洗衣機，會有更多的不安全隱患。

水溢出可以通過門鎖可進水口開關進行，控制，一方面防止帶加熱器的洗衣機導致的熱水溢出燙傷人體，另一方面切斷進水口防止危險的蔓延，水溢出的流程如圖3。

圖3 水溢出

1.5 加熱器過溫

水溫過高的風險主要是針對有加熱功能的洗衣機，當洗衣桶內水溫超過一定溫度后控制器能夠很好的對門進行控制，在國家標準中對洗衣機的水溫沒有強制的規(guī)定，考慮到水溫過高可能有燙傷人體的危險，針對這部分也需要進行安全考核。

對于有加熱功能的洗衣機，在進行水溫保護時會面臨兩種風險，基礎軟硬件的失效和溫度傳感器的失效?；A軟硬件的失效可以通過一定的延遲來判斷是否有信號的接收，對門鎖或加熱器進行控制。溫度傳感器的失效通過接收ADC模塊來判斷數(shù)據(jù)是否異常，進行保護處理，加熱器過溫流程如圖4。

圖4 加熱器過溫

1.6 觸碰工作狀態(tài)的內桶

洗衣機高速運轉的同時，人體有意外觸碰內桶的風險，這種風險通過對門鎖的控制和電子轉子轉速的監(jiān)測進行安全保護。

開門狀態(tài)下的電機轉動，通過檢測門鎖開關，停止電機的轉動。

電機轉子轉速過快，上位機/轉速表/門鎖失效時，通過控制器對上位機響應時間過長進行電機和門鎖的控制，流程如圖5。

圖5 接觸工作狀態(tài)的內桶

2 洗衣機的安全標準中對風險的規(guī)范

電機和門鎖控制是洗衣機安全防護中最重要的兩個方面，幾乎所有的洗衣機都應當有這兩種防護措施，根據(jù)不同洗衣機的功能還存在著其他的安全措施，在GB 4706.1-2005和GB 4706.24-2008中，詳細規(guī)定了洗衣機的安全規(guī)范，對洗衣機的安全軟件評估提供了極大的參考價值。

2.1 電機的安全規(guī)范

堵轉保護，條款19.7（非正常工作）對電機的堵轉有詳細的要求，在試驗期間對不同繞組的溫度有所規(guī)定。

缺相保護，條款19.8（非正常工作）對三相電機的器具，斷開其中一相，在正常工作狀態(tài)下，持續(xù)電機至穩(wěn)定狀態(tài)所建立的時間。

過載保護，條款19.9（非正常工作）電機在在建立正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，增大負載，電流以10%升高后再次穩(wěn)定工作條件下，對繞組最大溫升有所要求。

2.2 門鎖的安全規(guī)范

電機運轉保護（門鎖），條款20.103、20.104、20.105中規(guī)定洗衣機的電機只能在機門關閉時才能運轉，當轉速超過60 r/min時應當不能打開機門，機門如果被打開超過50 mm后，電機應在7 s內降至60 r/min，如果洗衣機是從前面裝入負載且門可以打開，電機應當在機門打開距離超過50 mm前斷電。

熱水溢出保護（門鎖）條款22.101中規(guī)定當水高于門邊緣較低位置時，不能通過正常手段打開（具有安全連鎖裝置的除外）。條款22.102、22.103中描述衣物不能夠接觸到電熱元件，水溫超過50 ℃時，機門不能夠被打開。

2.3 其他安全規(guī)范

保護電子電路故障，條款19.11（非正常工作），根據(jù)標準規(guī)定符合第19章要求的保護電子電路，以19.11.2中a到f要求，進行單一故障方式重復進行有關的試驗。

不平衡保護，如果洗衣機的機械穩(wěn)定性依靠電子設備，不平衡性也是一個安全考核的要求。洗衣機的機械穩(wěn)定性由整機保證，在洗衣機偏離最大中心的情況下能夠正常使用。

3 安全軟件的評估

3.1 電機保護

電機的堵轉、缺相和過載的保護通過溫度傳感器對電機繞組的溫度進行監(jiān)測。

圖6 電機過熱保護

電機的堵轉也可以使用可控硅、霍爾傳感器或其他方法來反饋電機的轉速，當電機在處于正常工作狀態(tài)下，電機轉速為0的時，上位機判斷電機處于異常狀態(tài)，對電機進行異常狀態(tài)的處理。如圖6，通過AD運算放大器（817AN）收集來自可控硅的信息，端口速度反饋大于當前目標轉速的60 r/min時,認為可控硅異常，電機過速錯誤。讀取信號，當檢測到可控硅異常信號時，軟件上，切斷火線，同時報故障代碼，并蜂鳴報警，如圖7所示。

圖7 電機轉速保護

3.2 門鎖保護

門鎖的保護是根據(jù)當前門鎖的狀態(tài)，并結合門鎖當前的控制狀態(tài)（鎖門還是開門）來確定是否需要進行保護。上位機讀取門開關測試模塊，當檢測到異常門開關信號時，切斷電機工作，同時報故障代碼，并蜂鳴報警。

門鎖的保護主要針對電機的異常、水溫的異常和水位的異常狀態(tài)。

上位機發(fā)現(xiàn)速度信號是大于或等于60 r/min，系統(tǒng)將對門鎖進行控制，當門是未鎖狀態(tài)，電機被立刻切斷電源。門鎖解鎖的型號應當在電機轉速低于60 r/min。在圖8中，在對電機進行保護的同時也會對門鎖進行控制。

熱水溢出的狀態(tài)下是要對水溫和水位同時進行監(jiān)測。對于有加熱功能的洗衣機，內桶水溫信號被監(jiān)測到等于或高于50 ℃，系統(tǒng)將鎖門或保持鎖門狀態(tài)，直到水溫低于50 ℃。水位傳感器主要使用在桶的最上端，當水位超過限制后，系統(tǒng)也會對門鎖進行控制。在圖8中XS4是水位傳感器，通過接口CD4069的pin6將模擬信號傳輸?shù)缴衔粰C分析如圖8所示。

圖8 門鎖保護

3.3 其他安全保護

電子線路異常，如果基礎軟硬件失效，應當通過控制器的自檢功能來發(fā)現(xiàn)，GB 14531.1-2008，附錄H中條款11.12.7對非A類軟件功能的控制器，應當在控制器內部提供有關安全部分的措施。為保證基礎軟硬件系統(tǒng)的完整性，對程序內部進行差錯，示例代碼如下：

TM RG5ZT，#B50JS（檢查時間標志）；

JR Z，M1（沒有達到要求，跳轉M1）；

AND RG5ZT，#0FFH^B50JS（清時間標志）；

OR BTCON，#BBIT1（清計數(shù)器）。

在對端口控制中會進行I/O接口的軟硬件比較，校驗芯片輸出驅動信號的同時，檢測輸入信號是否正常。

如果電子線路完全失效門鎖保持鎖上的狀態(tài)，電機和加熱器停止工作。

通訊異常，在H.11.12.7中，對通訊數(shù)據(jù)進行CRC-8校驗，以防止通訊數(shù)據(jù)被修改。

不平衡保護應當是在洗衣機工作時，不能有內桶桶傾倒撞擊其它部件情況，而且機器還能正常使用。通常這部分是由機械進行保護。

電機可控硅短路保護在洗衣機安全電路當中應用非常廣泛，低速時電機可控硅短路將導致桶跳動,導致機械危險，這不符合GB 4706.1，條款 19.13危險失效的要求。電機可控硅短路在整個軟件里被監(jiān)測，在電機可控硅短路被監(jiān)測到以后，電機會被立刻停止。

4 結論

目前洗衣機的硬件技術發(fā)展已達瓶頸，洗衣機廠商的硬件結構可發(fā)展性較小，不同品牌洗衣機之間的機械結構差距不大。但對于軟件方面有著廣闊的空間，不同的軟件設計會使洗衣機的功能和安全性差異很大，這些包括智能的控制電流，水量，洗滌時間，電機轉速，噪聲控制等，這些性能的提高往往是洗衣機在當下市場中廠家互相競爭的關鍵點。

洗衣機的安全軟件評估是家用電器檢測的重要環(huán)節(jié)，隨著軟件評估的廣泛實施，洗衣機控制器中的軟件系統(tǒng)將不僅僅是對安全軟件的執(zhí)行，更加倚重的是對安全軟件編譯的優(yōu)化和質量的提高。

本文通過對洗衣機在正常使用過程當中，對異常狀態(tài)下的軟件需求進行了分析，結合標準從電機的保護，門鎖的控制作為著重點，其他安全需求作為輔助點對洗衣機的安全評估提出了評估方向，對在安全軟件中常用的安全措施進行了闡述。在實際的評估過程當中，不能簡單的認定洗衣機在電機、門鎖和其他方面是否需要進行軟件評估，要通過對洗衣機整體結構的考核和非正常工作條件下的試驗來確定是否需要進行軟件的評估。