蚕丝被压缩回弹性智能测试仪的设计与开发

顾虎，马聪，孙启龙，秦鑫

(1.杭州市质量技术监督检测院，浙江杭州310019；2.南通大学，江苏南通226019)

蚕丝被压缩回弹性智能测试仪的设计与开发

顾虎1，马聪2，孙启龙2，秦鑫1

(1.杭州市质量技术监督检测院，浙江杭州310019；2.南通大学，江苏南通226019)

针对目前蚕丝被压缩回弹性测试中存在的问题，设计了基于可编程逻辑控制器（PLC）的自动测试仪器，该仪器采用激光测距传感器进行高度测量，通过单相异步电机控制施压和减压，实现了蚕丝被压缩回弹性的智能测试。

蚕丝被；压缩回弹性；测试；智能

0　引言

压缩回弹性是蚕丝被的重要性能参数，对蚕丝被的保温保暖性、柔软舒适性和耐用性都有直接的影响。根据GB/T 24252─2009《蚕丝被》标准要求，在正方形试样上放置薄板，并在薄板上按照一定的时间要求放置/移除一定质量的重锤，测试试样在特定状态下的厚度，通过计算得到压缩率和回弹率。由于缺少自动化的测试仪器，承压重锤调节、时间控制和厚度测量等都需由检验人员手动操作完成，导致测试方法效率较低，测试结果稳定性不高，亟需研发一种可以提升检测效率和可靠性的新型智能测试仪器。

1　工作原理

蚕丝被压缩回弹性自动测试仪以可编程逻辑控制器（PLC）作为控制中枢，使用机械开关、对射开关和触摸屏进行输入控制，通过单相异步电机带动重锤施加、撤除重锤，依靠激光测距传感器进行厚度测量，基于RS-485串口进行数据传输，最后自动计算得到测试结果，实现整个测试过程和方法的自动化和智能化。

2　硬件设计

2.1设计思路

压缩回弹性智能测试装置主要由主体框架、控制系统和测量系统组成。其中主体框架要满足测距传感器安装便利、操作人员观察视角充分和后期设备扩展空间足够的要求。

系统采用的单相异步电机需具备正转和反转两个状态。为防止两种状态同时导通造成电机的损坏，需在硬件设计上实现互锁功能。

为防止电路之间直接接触，在保证信号的真实性的同时保护PLC，应对PLC的供电采用稳压电源，消除外部电源的干扰，PLC的数字量输入输出点需采取中间继电器与外部电路隔离。

2.2电路设计

（1）主电路（见图1）

图1中PLC的输入信号有X0电机正转、X1电机反转、X2抱闸、X3复位、X4和X5分别为自动档和手动档，外加一个对射开关。传感器和PLC之间通过485总线进行主从通讯。输入信号到来，在程序中对应继电器线圈得电，触点吸合。

（2）控制电路（见图2）

图2中电源灯直接连接220V电源，表征此时电路是否接通电源。抱闸灯由KM1的常闭触点连接，电机在停止状态时灯亮，正转、反转、复位和报警都是连接各继电器的常开触点，当继电器导通时灯亮，实时反馈工作状态。电机的正反转互锁在程序中体现，正反转通过抱闸功能实现，电路中又连接24V直流稳压电源，为人机界面和传感器、继电器等提供稳压直流电。时位置，当D200小于800时，M30导通电机反转，对应以10 ms为单位初始位置加一，反之同理，直到电机反转回到初始位置。基本流程如图3所示。

3.2报警程序

报警设计有人机界面报警和电器柜警报灯报警。如图4所示，传感器顺序测量从第一个发送至最后一个接受完数据周期约6 s。可能存在电气干扰或是传感器损坏等以外情况，若12 s内无数据反馈，则引发报警重新测试；距离校准时四个传感器的差值太大说明传感器脱落，亦引发报警；在下降过程中设监控点（对射开关），如果在砝码下降到底段还未导通对射开关，则触动报警程序。

3　软件设计

3.1复位程序

对应复位按钮按下后执行的区域，无论处于何种步进工作状态，当相应的复位按钮按下时，此刻步进清零，用CMP指令判断砝码处于何种位置，用复位保持器M35进行复位保持，D200是砝码的实

3.3自动下降程序

接收到开始信号后电机正转，并向传感器发送测量指令以确认物料的实际厚度。通过RS指令来发送和接受串行数据，用特殊数据寄存器来设定数据传输格式。自动下降流程图如图5所示，按下开始按钮，程序进入自动下降模式。电机正转，一旦接触至板的表面，对射开关导通则开始30 s压缩计时。电机将砝码放置到最低端后抱闸，并且自动下降过程是循环的，所以此刻开始判断电机的运行状态是否处于A砝码模式。如果是，则在砝码压缩计时25 s时判断电机于何时提前上升，在压缩30 s后砝码恰好离开板的表面，实现压缩时间精确控制。运算的具体步骤为：25 s时传感器测量的实时物料高度，电机速度已知，据此计算上升上述距离所耗时间。如果是B砝码模式，在30 s压缩计时完成后直接跳至自动上升过程。

3.4自动上升程序

首先判断是否在B砝码模式，如果“是”，则电机的运行状态回到初始位置。如果“否”，电机正常反转运行，一旦离开压板则开始30 s回弹放置计时，并判断此刻是否是A砝码第三次上升反转。如果是前两次上升反转，程序将反转前接触到压板时试样高度和应额外上升的高度寄存在D30中，电机将砝码拖至D30的位置后抱闸，等放置计时完成后进入自动下降过程。如果是第三次上升反转，程序将反转前接触压板和应额外上升的高度寄存于D31，电机将砝码拖至D31的位置后抱闸，等放置计时完成后提示换砝码，确认换好B砝码后则开始自动下降过程，如图6所示。

4　测试结果分析

为确认此设备的可靠性，分别采用传统手工方法和压缩回弹性自动测试仪对5组蚕丝被样品进行对比测试，结果见表1。

表1　采用不同方法的测试结果

由表1可知，无论是采用手工测试还是手动测试仪进行测试，两种测试方法取得的测试结果差异很小，压缩率和回复率基本吻合，且采用压缩回弹性自动测试仪测量蚕丝被时压缩回弹性稳定可靠。

5　结论

蚕丝被压缩回弹性智能测试仪采用稳定的PLC作为控制中枢，采用激光测距传感器作为测量机构，采用单相异步电机作为上下执行机构，通过RS-485通信将传感器测量数据接入PLC中，实现了人工测量向智能测量的转化。产品结构简洁清晰，操作方便，选用配件为常规机电原件，控制系统简单、成熟、稳定，生产加工工艺要求也不高，小型机械设备生产企业或加工中心即可实现量产。该装置符合专业检测实验室、生产企业和科研院校等的装备采购预期，具有良好的应用前景。

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

浙江省质量技术监督局科技项目（20140230）

顾虎（1980-），男，高级工程师，主要从事纺织服装产品质量检测、标准化及过程质量控制工作。