蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀的設(shè)計與開發(fā)

顧虎，馬聰，孫啟龍，秦鑫

(1.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江杭州310019；2.南通大學(xué)，江蘇南通226019)

蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀的設(shè)計與開發(fā)

顧虎1，馬聰2，孫啟龍2，秦鑫1

(1.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江杭州310019；2.南通大學(xué)，江蘇南通226019)

針對目前蠶絲被壓縮回彈性測試中存在的問題，設(shè)計了基于可編程邏輯控制器（PLC）的自動測試儀器，該儀器采用激光測距傳感器進(jìn)行高度測量，通過單相異步電機(jī)控制施壓和減壓，實現(xiàn)了蠶絲被壓縮回彈性的智能測試。

蠶絲被；壓縮回彈性；測試；智能

0　引言

壓縮回彈性是蠶絲被的重要性能參數(shù)，對蠶絲被的保溫保暖性、柔軟舒適性和耐用性都有直接的影響。根據(jù)GB/T 24252─2009《蠶絲被》標(biāo)準(zhǔn)要求，在正方形試樣上放置薄板，并在薄板上按照一定的時間要求放置/移除一定質(zhì)量的重錘，測試試樣在特定狀態(tài)下的厚度，通過計算得到壓縮率和回彈率。由于缺少自動化的測試儀器，承壓重錘調(diào)節(jié)、時間控制和厚度測量等都需由檢驗人員手動操作完成，導(dǎo)致測試方法效率較低，測試結(jié)果穩(wěn)定性不高，亟需研發(fā)一種可以提升檢測效率和可靠性的新型智能測試儀器。

1　工作原理

蠶絲被壓縮回彈性自動測試儀以可編程邏輯控制器（PLC）作為控制中樞，使用機(jī)械開關(guān)、對射開關(guān)和觸摸屏進(jìn)行輸入控制，通過單相異步電機(jī)帶動重錘施加、撤除重錘，依靠激光測距傳感器進(jìn)行厚度測量，基于RS-485串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后自動計算得到測試結(jié)果，實現(xiàn)整個測試過程和方法的自動化和智能化。

2　硬件設(shè)計

2.1設(shè)計思路

壓縮回彈性智能測試裝置主要由主體框架、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成。其中主體框架要滿足測距傳感器安裝便利、操作人員觀察視角充分和后期設(shè)備擴(kuò)展空間足夠的要求。

系統(tǒng)采用的單相異步電機(jī)需具備正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個狀態(tài)。為防止兩種狀態(tài)同時導(dǎo)通造成電機(jī)的損壞，需在硬件設(shè)計上實現(xiàn)互鎖功能。

為防止電路之間直接接觸，在保證信號的真實性的同時保護(hù)PLC，應(yīng)對PLC的供電采用穩(wěn)壓電源，消除外部電源的干擾，PLC的數(shù)字量輸入輸出點需采取中間繼電器與外部電路隔離。

2.2電路設(shè)計

（1）主電路（見圖1）

圖1中PLC的輸入信號有X0電機(jī)正轉(zhuǎn)、X1電機(jī)反轉(zhuǎn)、X2抱閘、X3復(fù)位、X4和X5分別為自動檔和手動檔，外加一個對射開關(guān)。傳感器和PLC之間通過485總線進(jìn)行主從通訊。輸入信號到來，在程序中對應(yīng)繼電器線圈得電，觸點吸合。

（2）控制電路（見圖2）

圖2中電源燈直接連接220V電源，表征此時電路是否接通電源。抱閘燈由KM1的常閉觸點連接，電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時燈亮，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位和報警都是連接各繼電器的常開觸點，當(dāng)繼電器導(dǎo)通時燈亮，實時反饋工作狀態(tài)。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)互鎖在程序中體現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)通過抱閘功能實現(xiàn)，電路中又連接24V直流穩(wěn)壓電源，為人機(jī)界面和傳感器、繼電器等提供穩(wěn)壓直流電。時位置，當(dāng)D200小于800時，M30導(dǎo)通電機(jī)反轉(zhuǎn)，對應(yīng)以10 ms為單位初始位置加一，反之同理，直到電機(jī)反轉(zhuǎn)回到初始位置?；玖鞒倘鐖D3所示。

3.2報警程序

報警設(shè)計有人機(jī)界面報警和電器柜警報燈報警。如圖4所示，傳感器順序測量從第一個發(fā)送至最后一個接受完數(shù)據(jù)周期約6 s。可能存在電氣干擾或是傳感器損壞等以外情況，若12 s內(nèi)無數(shù)據(jù)反饋，則引發(fā)報警重新測試；距離校準(zhǔn)時四個傳感器的差值太大說明傳感器脫落，亦引發(fā)報警；在下降過程中設(shè)監(jiān)控點（對射開關(guān)），如果在砝碼下降到底段還未導(dǎo)通對射開關(guān)，則觸動報警程序。

3　軟件設(shè)計

3.1復(fù)位程序

對應(yīng)復(fù)位按鈕按下后執(zhí)行的區(qū)域，無論處于何種步進(jìn)工作狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)的復(fù)位按鈕按下時，此刻步進(jìn)清零，用CMP指令判斷砝碼處于何種位置，用復(fù)位保持器M35進(jìn)行復(fù)位保持，D200是砝碼的實

3.3自動下降程序

接收到開始信號后電機(jī)正轉(zhuǎn)，并向傳感器發(fā)送測量指令以確認(rèn)物料的實際厚度。通過RS指令來發(fā)送和接受串行數(shù)據(jù)，用特殊數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸格式。自動下降流程圖如圖5所示，按下開始按鈕，程序進(jìn)入自動下降模式。電機(jī)正轉(zhuǎn)，一旦接觸至板的表面，對射開關(guān)導(dǎo)通則開始30 s壓縮計時。電機(jī)將砝碼放置到最低端后抱閘，并且自動下降過程是循環(huán)的，所以此刻開始判斷電機(jī)的運行狀態(tài)是否處于A砝碼模式。如果是，則在砝碼壓縮計時25 s時判斷電機(jī)于何時提前上升，在壓縮30 s后砝碼恰好離開板的表面，實現(xiàn)壓縮時間精確控制。運算的具體步驟為：25 s時傳感器測量的實時物料高度，電機(jī)速度已知，據(jù)此計算上升上述距離所耗時間。如果是B砝碼模式，在30 s壓縮計時完成后直接跳至自動上升過程。

3.4自動上升程序

首先判斷是否在B砝碼模式，如果“是”，則電機(jī)的運行狀態(tài)回到初始位置。如果“否”，電機(jī)正常反轉(zhuǎn)運行，一旦離開壓板則開始30 s回彈放置計時，并判斷此刻是否是A砝碼第三次上升反轉(zhuǎn)。如果是前兩次上升反轉(zhuǎn)，程序?qū)⒎崔D(zhuǎn)前接觸到壓板時試樣高度和應(yīng)額外上升的高度寄存在D30中，電機(jī)將砝碼拖至D30的位置后抱閘，等放置計時完成后進(jìn)入自動下降過程。如果是第三次上升反轉(zhuǎn)，程序?qū)⒎崔D(zhuǎn)前接觸壓板和應(yīng)額外上升的高度寄存于D31，電機(jī)將砝碼拖至D31的位置后抱閘，等放置計時完成后提示換砝碼，確認(rèn)換好B砝碼后則開始自動下降過程，如圖6所示。

4　測試結(jié)果分析

為確認(rèn)此設(shè)備的可靠性，分別采用傳統(tǒng)手工方法和壓縮回彈性自動測試儀對5組蠶絲被樣品進(jìn)行對比測試，結(jié)果見表1。

表1　采用不同方法的測試結(jié)果

由表1可知，無論是采用手工測試還是手動測試儀進(jìn)行測試，兩種測試方法取得的測試結(jié)果差異很小，壓縮率和回復(fù)率基本吻合，且采用壓縮回彈性自動測試儀測量蠶絲被時壓縮回彈性穩(wěn)定可靠。

5　結(jié)論

蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀采用穩(wěn)定的PLC作為控制中樞，采用激光測距傳感器作為測量機(jī)構(gòu)，采用單相異步電機(jī)作為上下執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過RS-485通信將傳感器測量數(shù)據(jù)接入PLC中，實現(xiàn)了人工測量向智能測量的轉(zhuǎn)化。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡潔清晰，操作方便，選用配件為常規(guī)機(jī)電原件，控制系統(tǒng)簡單、成熟、穩(wěn)定，生產(chǎn)加工工藝要求也不高，小型機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)或加工中心即可實現(xiàn)量產(chǎn)。該裝置符合專業(yè)檢測實驗室、生產(chǎn)企業(yè)和科研院校等的裝備采購預(yù)期，具有良好的應(yīng)用前景。

Design and development of compression resilience intelligent tester for silk quilt

GU Hu1,MA Cong2,SUN Qilong2,QIN Xin1
1.Hangzhou Institute of Test and Calibration for Quality and Technology Supervision,Zhejiang 310019;2.Nantong University,Jiangsu,226019,China

In order to solve the problems of compression resilience in silk quilt test,an automatic test de?vice based on programmable logic controller PLC is designed,which can test the height of the sample by laser ranging sensor.In this machine,compression and decompression is obtained by using single phase induction motors.The result shows that an intelligent test is realized.

silk quilt,compression resilience,test,intelligence

TS107

A

1001-7046（2016）05-0043-03

2016-08-20

浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項目（20140230）

顧虎（1980-），男，高級工程師，主要從事紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量檢測、標(biāo)準(zhǔn)化及過程質(zhì)量控制工作。