蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀的設計與開發

顧虎，馬聰，孫啟龍，秦鑫

(1.杭州市質量技術監督檢測院，浙江杭州310019；2.南通大學，江蘇南通226019)

蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀的設計與開發

顧虎1，馬聰2，孫啟龍2，秦鑫1

(1.杭州市質量技術監督檢測院，浙江杭州310019；2.南通大學，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行高度測量，通過單相異步電機控制施壓和減壓，實現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，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GB/T 24252─2009《蠶絲被》標準要求，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/移除一定質量的重錘，測試試樣在特定狀態下的厚度，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，承壓重錘調節、時間控制和厚度測量等都需由檢驗人員手動操作完成，導致測試方法效率較低，測試結果穩定性不高，亟需研發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，使用機械開關、對射開關和觸摸屏進行輸入控制，通過單相異步電機帶動重錘施加、撤除重錘，依靠激光測距傳感器進行厚度測量，基于RS-485串口進行數據傳輸，最后自動計算得到測試結果，實現整個測試過程和方法的自動化和智能化。

2　硬件設計

2.1設計思路

壓縮回彈性智能測試裝置主要由主體框架、控制系統和測量系統組成。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備擴展空間足夠的要求。

系統采用的單相異步電機需具備正轉和反轉兩個狀態。為防止兩種狀態同時導通造成電機的損壞，需在硬件設計上實現互鎖功能。

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PLC，應對PLC的供電采用穩壓電源，消除外部電源的干擾，PLC的數字量輸入輸出點需采取中間繼電器與外部電路隔離。

2.2電路設計

（1）主電路（見圖1）

圖1中PLC的輸入信號有X0電機正轉、X1電機反轉、X2抱閘、X3復位、X4和X5分別為自動檔和手動檔，外加一個對射開關。傳感器和PLC之間通過485總線進行主從通訊。輸入信號到來，在程序中對應繼電器線圈得電，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，電機在停止狀態時燈亮，正轉、反轉、復位和報警都是連接各繼電器的常開觸點，當繼電器導通時燈亮，實時反饋工作狀態。電機的正反轉互鎖在程序中體現，正反轉通過抱閘功能實現，電路中又連接24V直流穩壓電源，為人機界面和傳感器、繼電器等提供穩壓直流電。時位置，當D200小于800時，M30導通電機反轉，對應以10 ms為單位初始位置加一，反之同理，直到電機反轉回到初始位置。基本流程如圖3所示。

3.2報警程序

報警設計有人機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送至最后一個接受完數據周期約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內無數據反饋，則引發報警重新測試；距離校準時四個傳感器的差值太大說明傳感器脫落，亦引發報警；在下降過程中設監控點（對射開關），如果在砝碼下降到底段還未導通對射開關，則觸動報警程序。

3　軟件設計

3.1復位程序

對應復位按鈕按下后執行的區域，無論處于何種步進工作狀態，當相應的復位按鈕按下時，此刻步進清零，用CMP指令判斷砝碼處于何種位置，用復位保持器M35進行復位保持，D200是砝碼的實

3.3自動下降程序

接收到開始信號后電機正轉，并向傳感器發送測量指令以確認物料的實際厚度。通過RS指令來發送和接受串行數據，用特殊數據寄存器來設定數據傳輸格式。自動下降流程圖如圖5所示，按下開始按鈕，程序進入自動下降模式。電機正轉，一旦接觸至板的表面，對射開關導通則開始30 s壓縮計時。電機將砝碼放置到最低端后抱閘，并且自動下降過程是循環的，所以此刻開始判斷電機的運行狀態是否處于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，電機速度已知，據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”，則電機的運行狀態回到初始位置。如果“否”，電機正常反轉運行，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。如果是前兩次上升反轉，程序將反轉前接觸到壓板時試樣高度和應額外上升的高度寄存在D30中，電機將砝碼拖至D30的位置后抱閘，等放置計時完成后進入自動下降過程。如果是第三次上升反轉，程序將反轉前接觸壓板和應額外上升的高度寄存于D31，電機將砝碼拖至D31的位置后抱閘，等放置計時完成后提示換砝碼，確認換好B砝碼后則開始自動下降過程，如圖6所示。

4　測試結果分析

為確認此設備的可靠性，分別采用傳統手工方法和壓縮回彈性自動測試儀對5組蠶絲被樣品進行對比測試，結果見表1。

表1　采用不同方法的測試結果

由表1可知，無論是采用手工測試還是手動測試儀進行測試，兩種測試方法取得的測試結果差異很小，壓縮率和回復率基本吻合，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定可靠。

5　結論

蠶絲被壓縮回彈性智能測試儀采用穩定的PLC作為控制中樞，采用激光測距傳感器作為測量機構，采用單相異步電機作為上下執行機構，通過RS-485通信將傳感器測量數據接入PLC中，實現了人工測量向智能測量的轉化。產品結構簡潔清晰，操作方便，選用配件為常規機電原件，控制系統簡單、成熟、穩定，生產加工工藝要求也不高，小型機械設備生產企業或加工中心即可實現量產。該裝置符合專業檢測實驗室、生產企業和科研院校等的裝備采購預期，具有良好的應用前景。

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

浙江省質量技術監督局科技項目（20140230）

顧虎（1980-），男，高級工程師，主要從事紡織服裝產品質量檢測、標準化及過程質量控制工作。