葉湖水，李樹榮，梁 灌

(廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心，廣州 510623)

淋雨測(cè)試儀是自來水在一定壓力下通過標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行模擬淋雨測(cè)試[1]，應(yīng)用于各種紡織品雨水防滲透測(cè)試，尤其適用于測(cè)定服裝用紡織材料的滲透防護(hù)，可以對(duì)單一紡織材料或復(fù)合紡織材料進(jìn)行不同水壓下的測(cè)試，得到完整的滲透防護(hù)圖象。滲透性能是紡織品質(zhì)量測(cè)試的重要指標(biāo)。許多國(guó)家都出臺(tái)了相應(yīng)的紡織品淋雨測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如：AATCC 35《拒水性：雨淋測(cè)試》、BS EN ISO 22958《紡織品 耐水性 雨淋試驗(yàn)：水平噴淋法》、FZ/T 01038《紡織品防水性能淋雨滲透性試驗(yàn)方法》等[2]。

1 問題分析

淋雨測(cè)試儀的一個(gè)重要技術(shù)要求是噴淋水壓力在不同水柱高度(0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.1 m、2.4 m和3.6 m)壓力下保持持續(xù)恒定，傳統(tǒng)的水壓控制方式見圖1，水壓控制裝置由直徑200 mm的外管(進(jìn)水)和直徑60 mm的內(nèi)管(溢水)組成，內(nèi)管上開鑿不同高度的溢流孔。通過人工轉(zhuǎn)動(dòng)中間的堵塞桿角度來調(diào)整不同高度溢流孔的開閉，從而實(shí)現(xiàn)不同高度淋雨水壓。這種水壓控制方式存在以下弊端。

1—外管；2—內(nèi)管；3—噴頭控制；4—堵塞孔調(diào)節(jié)桿；5—水槽；6—擋水板；7—試樣支架；8—噴頭；9—溢水處；10，12—固定架；11—進(jìn)水控制閥。圖1 傳統(tǒng)淋雨測(cè)試儀示意

1.1 對(duì)試驗(yàn)室的室內(nèi)高度要求高

標(biāo)準(zhǔn)要求3.6 m的水壓高度，加上淋雨裝置本身的高度0.8 m，傳統(tǒng)的淋雨測(cè)試儀要求安裝的室內(nèi)高度不低于4.5 m，而實(shí)驗(yàn)室基本達(dá)不到這種室內(nèi)高度，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)紡織品試驗(yàn)室安裝的淋雨測(cè)試儀的水壓高度只能在2 m以內(nèi)，不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求。

1.2 安裝困難，存在安全隱患

整個(gè)水壓調(diào)節(jié)裝置質(zhì)量約為150 kg，且需要固定在墻上，安裝非常困難，但國(guó)內(nèi)的建筑墻面多是非承重墻；加之長(zhǎng)期用水環(huán)境會(huì)嚴(yán)重腐蝕固定的鐵質(zhì)螺釘，這些都存在嚴(yán)重的安全隱患。

1.3 手動(dòng)調(diào)節(jié)水壓高度

由于是通過轉(zhuǎn)動(dòng)堵塞桿的角度來調(diào)節(jié)水壓高度，所以轉(zhuǎn)動(dòng)堵塞桿通常需要2人通力合作：堵塞桿太松易漏水，太緊則轉(zhuǎn)動(dòng)困難。通常，使用時(shí)間超過1 a的淋雨測(cè)試儀，由于堵塞橡膠變質(zhì)造成堵塞桿過緊，同時(shí)因?yàn)樗P的原因，觀察堵塞到位情況困難。

1.4 無法滿足淋雨測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

隨著紡織品質(zhì)量要求的提高，淋雨測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也在不斷變化，比如更改、增大測(cè)試水壓等，目前這種固定式水壓高度的淋雨測(cè)試儀已經(jīng)無法滿足日益更新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)變化。

2 解決方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

新型淋雨測(cè)試儀水壓恒定裝置(專利號(hào)：ZL201720648619.2)由測(cè)試主機(jī)和控制裝置兩部分組成[3]，其原理圖見圖2。

1—自來水補(bǔ)水管；2—儲(chǔ)水槽；3—伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；4—PLC控制器；5—壓力傳感器反饋信號(hào)；6—緩沖罐；7—電磁閥；8—噴淋出口；9—加壓水泵；10—伺服電機(jī)。圖2 新型淋雨測(cè)試儀水壓恒定裝置原理示意

測(cè)試主機(jī)由儲(chǔ)水槽、伺服驅(qū)動(dòng)水泵、緩沖罐、電磁閥、噴淋口等組成，整體尺寸為長(zhǎng)950 mm，高800 mm，深620 mm，底部安裝移動(dòng)腳輪，可以任意移動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室高度無要求，無安全隱患。

控制裝置包括水壓傳感器、PLC控制器、PID控制代碼、流量定時(shí)器、觸摸屏人機(jī)界面等組成?？刂蒲b置與伺服驅(qū)動(dòng)裝置電連接，儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)、噴淋口以及伺服驅(qū)動(dòng)裝置均與緩沖罐連接，伺服驅(qū)動(dòng)裝置與緩沖罐之間設(shè)有調(diào)壓泵，噴淋口與緩沖罐之間設(shè)有用于控制噴淋結(jié)構(gòu)壓力的控制閥，緩沖罐設(shè)有用于測(cè)試噴淋口水壓的傳感器，傳感器與控制裝置電連接。通過對(duì)控制裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、調(diào)壓泵以及控制閥的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)淋雨測(cè)試儀噴淋口的水壓恒定、控制范圍更廣(0 m～20 m)，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，壓力輸出連續(xù)可控；采用工業(yè)級(jí)PLC控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)獨(dú)特動(dòng)態(tài)PID控制模式，更好地通過改變高速響應(yīng)的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)水壓壓力的變化，讓噴淋水壓控制精度更高。

2.2 工作過程

首先，在人機(jī)界面上設(shè)定要求的測(cè)試水壓，PLC

控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的水壓值發(fā)出控制信號(hào)至伺服驅(qū)動(dòng)裝置，伺服驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)調(diào)壓泵，調(diào)壓泵進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，改變噴淋口的出口壓力；同時(shí)安裝在緩沖罐里的傳感器實(shí)時(shí)地把水壓信號(hào)反饋給控制裝置，控制裝置通過比較水壓設(shè)定值與水壓反饋值，實(shí)時(shí)進(jìn)行PID計(jì)算，同時(shí)發(fā)出控制信號(hào)至伺服驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置，從而調(diào)節(jié)噴淋口出水口的壓力。

新型水壓恒定裝置采用高速響應(yīng)伺服電機(jī)及高速脈沖輸出，控制裝置可將整套裝置的相應(yīng)時(shí)間控制在5 ms以內(nèi)，這樣就可以維持一個(gè)較好的動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)在測(cè)試前打開緩沖罐的控制閥讓緩沖罐裝滿空氣，測(cè)試過程中關(guān)閉緩沖罐的控制閥，這樣就會(huì)使緩沖罐的上半部分充滿一定的壓縮空氣，會(huì)對(duì)水壓的波動(dòng)形成緩沖作用，提高調(diào)節(jié)水壓的精度，從而保證噴淋口的水壓精度控制在±1%。

3 結(jié)論

新型淋雨測(cè)試儀水壓恒定裝置設(shè)計(jì)科學(xué)合理,運(yùn)用PLC控制器、PID控制代碼，建立一種動(dòng)態(tài)自動(dòng)恒壓淋雨測(cè)試控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)淋雨測(cè)試儀噴淋口水壓，水壓恒定、控制范圍更廣，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可廣泛應(yīng)用于各種紡織品及服裝材料的滲透性能測(cè)試。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉天愚，張平.織物淋雨測(cè)試儀[J].天津紡織科技，1991(4)：32-35.

[2] 陳琳.織物滲透性能測(cè)試方法與測(cè)試儀器[J].中國(guó)纖檢，2008(10)：67-70.

[3] 何波.電氣控制及PLC技術(shù)應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：265.