一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置及其控制方法与流程

本发明属于海水腐蚀试验装置技术领域，具体的说是一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置及其控制方法。

背景技术：

海水是一种非常复杂的多组分水溶液，其中浓度为3%～3.5%的氯化钠是其主要含盐成分，同时海水通常溶解有空气，因此在自然条件下，海水对金属构件具有较强腐蚀性。随着海洋工程的发展，海上、海岸旁的固定钢结构物越来越多，这些钢结构物除了有海水浸泡腐蚀现象，通常还会受到海水飞溅引起的腐蚀现象。在海水飞溅区域，钢结构长期处于潮湿、多氧的情况下，其腐蚀程度最严重。因此现在多采用防腐涂料对海洋环境用钢结构进行保护，降低其损耗速度，延长使用寿命，降低应用成本。

为了使防腐涂料的性能得到提升，对防腐涂料进行试验是必不可少的。但是，海水飞溅腐蚀受到诸多环境因素的影响，如光照条件、海水的盐度、以及风力大小等，因此进行试验的难度非常高。目前的防腐涂料试验主要采用两种方法。

1、采用实海挂片来进行试验。这种方法的腐蚀环境真实，但是存在以下不足：试验周期一般较长，成本相对较高，难以实时检测腐蚀状态，并且试验数据离散性大，不利于针对特定因素进行分析。尤为严重的是，在试验中常因狂风暴雨和海浪的袭击而丢失试样，造成数据不全，使整个试验毁于一旦，前功尽弃。在新材料研发日新月异的今天，自然环境的腐蚀试验难以满足快速准确评价材料耐蚀性的需要。

2、采用实验室仿真进行试验。现有技术中的试验装置多采用的是全封闭式的设计，通过对海洋飞溅区环境的模拟来进行试验，试验环境稳定，可控程度高，试验周期也比较短，但是仍然存在许多不足之处。首先是模拟的环境相对于自然环境来说始终存在着差异，比如光照条件、空气条件等，对试验结果有较大的影响；其次是多数装置采用的是对试验件喷淋海水或者喷淋模拟海水的方法，在试验过程中，防腐涂料受海水冲击力的影响较大，进而影响试验结果的准确性，无法得到防腐涂料耐腐蚀性的最真实数据。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种自动化程度高，试验过程科学，可以对试验过程中各种参数进行灵活控制，最终试验效果好的一种防腐涂料的海水耐腐蚀试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置，包括试验平台和控制平台，所述试验平台由若干个室外暴晒挂架和海水供应系统组成，其中室外暴晒挂架包括两个支撑立柱，两支撑立柱的顶端之间转动连接有呈长方形的暴晒平台，在连接处设置有半圆形的定位孔板，其直边与暴晒平台固定连接，在定位孔板上呈圆弧状开设有若干个角度定位孔，支撑立柱通过定位插销与角度定位孔相连接，通过定位孔板与支撑立柱的配合使暴晒平台的倾角范围在0-90°；在暴晒平台上还设置有一个升降装置，升降装置上设置有海水管道，海水管道的流出端设置有若干个朝向暴晒平台的雾化喷头；在暴晒平台上还活动设置有若干个用于放置试验件的固定板；

所述海水供应系统包括依次连通的海水池、海水泵、恒压罐和供水管，其中海水池通过海水输入阀门与大海直接连接，在海水泵上还设置有调整海水泵功率的变频器，供水管的流出端通过电磁阀与海水管道的流入端相连接；

所述控制平台由触摸屏和与之相连的PLC控制单元组成，其中PLC控制单元还分别与变频器和传感器系统相连接。

所述升降装置由两个安装支架和设置在安装支架上的管路支架组成。

所述暴晒平台上沿长度方向设置有两个安装轨，在两个安装轨上各开设有若干个安装孔，固定板的两端分别固定在安装孔中。

所述支撑立柱设置在安装底座上，支撑立柱的下部与安装底座之间还设置有支撑筋。

所述安装支架呈梯形，在安装支架的顶边中部设置有安装套筒，管路支架的下端设置在安装套筒中，并通过升降固定螺母锁紧。

所述海水管道上设置有三个呈“T”字形的喷淋管，其竖直部分与海水管道连通，水平部分的两端各设置有一个方向向下的雾化喷头。

所述海水管道位于暴晒平台上方与管路支架之间的部分为软管。

所述恒压罐上还设置有安全阀，安全阀的输入口与恒压罐的输出口连接，形成恒压罐的安全泄压管路。

所述传感器系统包括盐度传感器、液位传感器和压力传感器，其中盐度传感器设置在海水池内部，液位传感器设置在海水池上部，压力传感器设置在恒压罐上。

一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、控制平台上电启动，进行控制系统初始化操作，PLC控制单元采集盐度传感器、液位传感器、以及压力传感器的数据采集，PLC控制单元将采集到的盐度传感器、液位传感器、以及压力传感器的数据通过以太网通讯模块上传到触摸屏上，进行实时显示；

步骤二、通过触摸屏对防腐涂料海水耐腐蚀试验装置的海水雾化压力、雾化喷溅时间、喷溅间隔时间、以及试验循环次数进行参数设定；

步骤三、通过触摸屏控制防腐涂料海水耐腐蚀试验装置的启动；

步骤四、PLC控制单元接收来自触摸屏设定的各项参数后，首先检测恒压罐上的压力值，然后通过调节变频器来调节海水泵的功率，进而调节恒

压罐内的压力达到设定的压力值；

步骤五、然后，PLC控制单元根据雾化喷溅时间、喷溅间隔时间、以及试验循环次数的试验参数设定值，通过控制电磁阀的开启和关断，实现雾化喷溅的通断控制；

步骤六、在雾化喷溅过程中，PLC控制单元实时检测恒压罐的压力变化，并控制海水雾化加压试验参数的恒定；

步骤七、同时记录海水雾化加压试验过程中的海水盐度、压力变化、以及雾化喷溅的开始时间和结束时间；

步骤八、如果循环次数未达设定的循环次数，返回步骤重复以上过程；如果达到设定的循环次数，通过触摸屏将试验结束，汇总试验数据并生成试验总表。

有益效果：

1、本装置的自动化程度高，可以全程进行自动化控制，大幅度提高试验的工作效率；

2、设置在临海的开放区域，能够直接利用近海地区真实的空气环境以及光照环境，同封闭条件下模拟出的环境相比，试验效果更好；

3、利用变频器和恒压罐，能够灵活调整喷溅用海水的压力，保证海水能以稳定的压力进入雾化喷头，从而保持试验参数的稳定；

4、采用雾化海水的喷溅方式，能够消除海水流冲击防腐涂料层产生的影响，从而更加精确的得到防腐涂料相对于海水的耐腐蚀性；

5、试验平台的角度可以进行调整，能够针对不同时间的光照情况，改变倾斜角度，以获得更好的光照环境，保证试验效果；

6、海水管道和雾化喷头的倾角随暴晒平台的倾斜而发生倾斜，使海水喷出时距离暴晒平台的距离是稳定不变的，与传统的平台转动而喷头不动的设计相比，能够减少平台距离喷头过近造成水流冲击力加强而对实验结果产生影响的情况；

7、雾化喷头的高度也可以调整，针对不同面积的试验件，通过喷溅压力和雾化喷头高度的配合，能够模拟出多种不同的试验环境，拓宽了装置的适用范围；

8、试验过程中可以对包括喷溅强度、单次喷溅时间、喷溅间隔和喷溅次数等各项参数进行灵活的控制，能够满足各种不同的喷溅试验的要求，还能够提高试验装置对试验环境变化的适应性。

附图说明

图1是总体结构示意图；

图2是暴晒挂架俯视图；

图3是暴晒挂架侧视图；

图4是连接结构示意图；

图5是控制方法流程图。

附图标记：1、室外暴晒挂架，2、海水池，3、海水泵，4、恒压罐，5、安全阀，6、供水管，7、海水输入阀门，8、触摸屏，9、PLC控制单元，10、盐度传感器，11、液位传感器，12、压力传感器，13、变频器，14、24伏电源模块，15、支撑立柱，16、暴晒平台，17、安装支架，18、管路支架，19、海水管道，20、雾化喷头，21、固定板，22、固定轴，23、密封轴承，24、定位孔板，25、电磁阀，26、定位插销，27、安装底座，28、支撑筋，29、角度定位孔，30、升降固定螺母，31、安装套筒，32、安装轨，33、380V电源，34、220V电源。

具体实施方式

下面根据附图具体说明本发明的实施方式。

如图1至图3所示，一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置，包括试验平台和控制平台，所述试验平台由若干个室外暴晒挂架1和海水供应系统组成，其中室外暴晒挂架1包括两个支撑立柱15，两支撑立柱的顶端之间转动连接有呈长方形的暴晒平台16，在连接处设置有半圆形的定位孔板24，其直边与暴晒平台16固定连接，在定位孔板24上呈圆弧状开设有若干个角度定位孔29，支撑立柱15通过定位插销26与角度定位孔29相连接，通过定位孔板24与支撑立柱15的配合使暴晒平台16的倾角范围在0-90°；在暴晒平台16上还设置有一个升降装置，升降装置上设置有海水管道19，海水管道19的流出端设置有若干个朝向暴晒平台16的雾化喷头20；在暴晒平台16上还活动设置有若干个用于放置试验件的固定板21；

所述海水供应系统包括依次连通的海水池2、海水泵3、恒压罐4和供水管6，其中海水池2通过海水输入阀门7与大海直接连接，在海水泵2上还设置有调整海水泵2功率的变频器13，供水管6的流出端通过电磁阀25与海水管道19的流入端相连接；

所述控制平台由触摸屏8和与之相连的PLC控制单元9组成，其中PLC控制单元9还分别与变频器13和传感器系统相连接。

所述升降装置由两个安装支架17和设置在安装支架17上的管路支架18组成。

所述暴晒平台16长度方向的中部开设有一个沿宽度方向的通道，通道中设置有固定轴22，固定轴22的两端与支撑立柱15连接，在固定轴22与支撑立柱15的连接处各套设有一个密封轴承23。

所述暴晒平台16上沿长度方向设置有两个安装轨32，在两个安装轨32上各开设有若干个安装孔，固定板21的两端分别固定在安装孔中。作为优选，两安装轨32上的安装孔一一对应，且两个相对应的安装孔之间的连线与暴晒平台16的短边平行；在固定板21上也开设有若干个安装孔；固定板21与安装轨32之间为螺栓连接，试验件与固定板21之间为螺栓连接。

所述支撑立柱15设置在安装底座27上，支撑立柱15的下部与安装底座27之间还设置有支撑筋28。

所述安装支架17呈梯形，在安装支架17的顶边中部设置有安装套筒31，管路支架18的下端设置在安装套筒31中，并通过升降固定螺母30锁紧。

所述海水管道19上设置有三个呈“T”字形的喷淋管，其竖直部分与海水管道19连通，水平部分的两端各设置有一个方向向下的雾化喷头20。

所述海水管道19位于暴晒平台16上方与管路支架18之间的部分为软管。

所述恒压罐4上还设置有安全阀5，安全阀5的输入口与恒压罐4的输出口连接，形成恒压罐4的安全泄压管路。

所述传感器系统包括盐度传感器10、液位传感器11和压力传感器12，其中盐度传感器10设置在海水池2内部，液位传感器11设置在海水池2上部，压力传感器12设置在恒压罐4上。

一种海水防腐涂料耐腐蚀试验装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、控制平台上电启动，进行控制系统初始化操作，PLC控制单元9采集盐度传感器10、液位传感器11、以及压力传感器12的数据采集，PLC控制单元9将采集到的盐度传感器10、液位传感器11、以及压力传感器12的数据通过以太网通讯模块上传到触摸屏8上，进行实时显示；

步骤二、通过触摸屏8对防腐涂料海水耐腐蚀试验装置的海水雾化压力、雾化喷溅时间、喷溅间隔时间、以及试验循环次数进行参数设定；

步骤三、通过触摸屏8控制防腐涂料海水耐腐蚀试验装置的启动；

步骤四、PLC控制单元9接收来自触摸屏8设定的各项参数后，首先检测恒压罐4上的压力值，然后通过调节变频器13来调节海水泵3的功率，进而调节恒压罐4内的压力达到设定的压力值；

步骤五、然后，PLC控制单元9根据雾化喷溅时间、喷溅间隔时间、以及试验循环次数的试验参数设定值，通过控制电磁阀25的开启和关断，实现雾化喷溅的通断控制；

步骤六、在雾化喷溅过程中，PLC控制单元9实时检测恒压罐4的压力变化，并控制海水雾化加压试验参数的恒定；

步骤七、同时记录海水雾化加压试验过程中的海水盐度、压力变化、以及雾化喷溅的开始时间和结束时间；

步骤八、如果循环次数未达设定的循环次数，返回步骤重复以上过程；如果达到设定的循环次数，通过触摸屏8将试验结束，汇总试验数据并生成试验总表。

如图4所示，所述控制平台的具体连接结构如下。

PLC控制单元9的电源输入端L1、N1分别与220V电源34的输出端L1、N1连接；PLC控制单元9的电源端L+与24伏电源模块14的+24V端口连接；PLC控制单元9的接地端M与24伏电源模块14的-24V端口连接；

安装在海水池2内部的盐度传感器10的4-20mA信号输出端A1、B1分别与PLC控制单元9的模拟量输入模块的4-20mA信号输入端A1、B1连接；安装在海水池2上部的液位传感器的4-20mA信号输出端A2、B2分别与PLC控制单元9的模拟量输入模块的4-20mA信号输入端A2、B2连接；安装在恒压罐5上的压力传感器12的4-20mA信号输出端A3、B3分别与PLC控制单元9的模拟量输入模块的4-20mA信号输入端A3、B3连接。

变频器13的4-20mA信号输出端A4、B4分别与PLC控制单元9的模拟量输入模块的4-20mA信号输入端A4、B4连接；变频器13的4-20mA信号输入端AO1、BO1分别与PLC控制单元9的模拟量输出模块的4-20mA信号输出端AO1、BO1连接。

变频器13的故障信号输出端I0.1与PLC控制单元9的I/O模块的输入端I0.1连接，变频器13的故障+24V输入端与24伏电源模块14的+24V输出端连接；变频器13的运行信号输出端I0.3与PLC控制单元9的I/O模块的输入端I0.3连接，变频器13的运行+24V输入端与24伏电源模块14的+24V输出端连接；变频器13的控制输入端ST1与PLC控制单元9的I/O输出端ST1连接；变频器13的接地端GND与24伏电源模块14的-24V输出端连接。

N个电磁阀25的控制输入端Q0.1、Q0.2、…、Q0.NN<=20分别与PLC控制单元9的I/O输出端Q0.1、Q0.2、…、Q0.N（N≤20）连接；N个电磁阀25的电源端+24V与24伏电源模块14的+24V输出端连接；

变频器13的380V输入端L1、L2、L3分别与380V电源33的输入端L1、L2、L3连接；变频器13的380V输出端U、V、W分别与海水泵3的电源端U、V、W连接；变频器13的接地线PE与380V电源33的接地线PE连接；变频器13的接地线PE1与海水泵3的的接地线PE1连接。

作为人机交互的主要设备，触摸屏8的以太网接口与PLC控制单元9的以太网模块的通讯接口连接，实现PLC控制单元9与触摸屏8模拟海水喷溅试验装置的监控界面间的数据实时显示和模拟海水喷溅试验装置工作状态的控制。

作为控制核心的PLC控制单元9中，内置有传感器数据采集程序、PID变频压力调节程序、启动/停止控制程序和人机交互程序。

如图5所示，本发明的具体操作过程如下。

首先，根据试验件的大小，调整固定板21在安装轨32上的位置，并将试验件固定在固定板21上；再根据试验所需求的试验件倾斜角度，调整定位孔板24的倾斜角度，选择合适的角度定位孔29，后将暴晒平台16放置在两个定位孔板24的直边上，完成倾斜角度的固定；接着可以调整管路支架18的高度，使喷淋水可以完全覆盖住试验件。

其次把试验装置上电启动，进行PLC控制平台的初始化。PLC控制单元9执行传感器数据采集程序，分别实现盐度传感器10、液位传感器11、和压力传感器12的数据采集，并将得到的数据传递给触摸屏8，显示各部分数据以便进行人机的交互操作。然后通过触摸屏8对喷溅压力、喷溅时间、喷溅间隔时间、以及喷溅次数进行设定，完成系统初始化。

之后变频器13在PLC控制单元9的控制下，对海水泵3的功率进行调整，以保证恒压罐4输送出的海水的压力与设定的喷溅压力相吻合，并保持稳定。接着开启电磁阀25，海水池2中的海水在海水泵3的作用下，经过恒压罐4，以稳定的流速流出，通过供水管6进入室外暴晒挂架1。在室外暴晒挂架1上，海水流过海水管道19，从雾化喷头20喷溅出去。

最后，试验件在海水的喷淋下，进行耐腐蚀性等性能的测试。如果单次喷溅时间未能达到设定值，则保持对海水泵3进行的变频控制，使恒压罐4内的压力恒定，继续进行试验；当单次喷溅时间达到设定值，则关闭电磁阀25，试验暂停，进入喷溅间隔时间。若喷溅间隔时间未达到设定值，则保持对海水泵3进行的变频控制，使恒压罐4内的压力恒定，当喷溅间隔时间达到设定值后，试验继续，检测喷溅次数是否达到设定值。若喷溅次数未达到设定值，则重复进行单次喷溅，直到喷溅次数达到设定值，通过触摸屏8将试验停止。