顧虎，馬聰，孫啟龍，秦鑫

(1.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)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(cè)試儀的設(shè)計(jì)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(cè)院，浙江杭州310019；2.南通大學(xué)，江蘇南通226019)

針對(duì)目前蠶絲被壓縮回彈性測(cè)試中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于可編程邏輯控制器（PLC）的自動(dòng)測(cè)試儀器，該儀器采用激光測(cè)距傳感器進(jìn)行高度測(cè)量，通過(guò)單相異步電機(jī)控制施壓和減壓，實(shí)現(xiàn)了蠶絲被壓縮回彈性的智能測(cè)試。

蠶絲被；壓縮回彈性；測(cè)試；智能

0　引言

壓縮回彈性是蠶絲被的重要性能參數(shù)，對(duì)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(shí)間要求放置/移除一定質(zhì)量的重錘，測(cè)試試樣在特定狀態(tài)下的厚度，通過(guò)計(jì)算得到壓縮率和回彈率。由于缺少自動(dòng)化的測(cè)試儀器，承壓重錘調(diào)節(jié)、時(shí)間控制和厚度測(cè)量等都需由檢驗(yàn)人員手動(dòng)操作完成，導(dǎo)致測(cè)試方法效率較低，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性不高，亟需研發(fā)一種可以提升檢測(cè)效率和可靠性的新型智能測(cè)試儀器。

1　工作原理

蠶絲被壓縮回彈性自動(dòng)測(cè)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(duì)射開關(guān)和觸摸屏進(jìn)行輸入控制，通過(guò)單相異步電機(jī)帶動(dòng)重錘施加、撤除重錘，依靠激光測(cè)距傳感器進(jìn)行厚度測(cè)量，基于RS-485串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后自動(dòng)計(jì)算得到測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試過(guò)程和方法的自動(dòng)化和智能化。

2　硬件設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路

壓縮回彈性智能測(cè)試裝置主要由主體框架、控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成。其中主體框架要滿足測(cè)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(gè)狀態(tài)。為防止兩種狀態(tài)同時(shí)導(dǎo)通造成電機(jī)的損壞，需在硬件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)互鎖功能。

為防止電路之間直接接觸，在保證信號(hào)的真實(shí)性的同時(shí)保護(hù)PLC，應(yīng)對(duì)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(diǎn)需采取中間繼電器與外部電路隔離。

2.2電路設(shè)計(jì)

（1）主電路（見(jiàn)圖1）

圖1中PLC的輸入信號(hào)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(dòng)檔和手動(dòng)檔，外加一個(gè)對(duì)射開關(guān)。傳感器和PLC之間通過(guò)485總線進(jìn)行主從通訊。輸入信號(hào)到來(lái)，在程序中對(duì)應(yīng)繼電器線圈得電，觸點(diǎn)吸合。

（2）控制電路（見(jiàn)圖2）

圖2中電源燈直接連接220V電源，表征此時(shí)電路是否接通電源。抱閘燈由KM1的常閉觸點(diǎn)連接，電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)燈亮，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位和報(bào)警都是連接各繼電器的常開觸點(diǎn)，當(dāng)繼電器導(dǎo)通時(shí)燈亮，實(shí)時(shí)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(guò)抱閘功能實(shí)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(shí)位置，當(dāng)D200小于800時(shí)，M30導(dǎo)通電機(jī)反轉(zhuǎn)，對(duì)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(bào)警程序

報(bào)警設(shè)計(jì)有人機(jī)界面報(bào)警和電器柜警報(bào)燈報(bào)警。如圖4所示，傳感器順序測(cè)量從第一個(gè)發(fā)送至最后一個(gè)接受完數(shù)據(jù)周期約6 s?？赡艽嬖陔姎飧蓴_或是傳感器損壞等以外情況，若12 s內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù)反饋，則引發(fā)報(bào)警重新測(cè)試；距離校準(zhǔn)時(shí)四個(gè)傳感器的差值太大說(shuō)明傳感器脫落，亦引發(fā)報(bào)警；在下降過(guò)程中設(shè)監(jiān)控點(diǎn)（對(duì)射開關(guān)），如果在砝碼下降到底段還未導(dǎo)通對(duì)射開關(guān)，則觸動(dòng)報(bào)警程序。

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1復(fù)位程序

對(duì)應(yīng)復(fù)位按鈕按下后執(zhí)行的區(qū)域，無(wú)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(shí)，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(shí)

3.3自動(dòng)下降程序

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

3.4自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)回到初始位置。如果“否”，電機(jī)正常反轉(zhuǎn)運(yùn)行，一旦離開壓板則開始30 s回彈放置計(jì)時(shí)，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(shí)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(jì)時(shí)完成后進(jìn)入自動(dòng)下降過(guò)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(jì)時(shí)完成后提示換砝碼，確認(rèn)換好B砝碼后則開始自動(dòng)下降過(guò)程，如圖6所示。

4　測(cè)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(dòng)測(cè)試儀對(duì)5組蠶絲被樣品進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　采用不同方法的測(cè)試結(jié)果

由表1可知，無(wú)論是采用手工測(cè)試還是手動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，兩種測(cè)試方法取得的測(cè)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(dòng)測(cè)試儀測(cè)量蠶絲被時(shí)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(cè)試儀采用穩(wěn)定的PLC作為控制中樞，采用激光測(cè)距傳感器作為測(cè)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(guò)RS-485通信將傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)接入PLC中，實(shí)現(xiàn)了人工測(cè)量向智能測(cè)量的轉(zhuǎn)化。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。該裝置符合專業(yè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)企業(yè)和科研院校等的裝備采購(gòu)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(xiàng)目（20140230）

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