塑料挤出机的温度控制系统设计(附件)【字数：11039】
塑料已经发展成为最重要的基本原料之一，它被广泛应用于各个领域，而塑料挤出机是塑料生产和加工的重要设备。在塑料制品的挤出过程中，温度的控制极其重要，它直接决定了塑料制品的质量和性能。本文通过分析挤出机的工作原理，研究温度控制的算法，设计了以可编程控制器PLC为核心，根据温度偏差的大小采用积分分离的PID控制算法。该算法结构简单，实时性比较强，而且可以较好地在PLC上实现。并且把PID算法的输出与加热器在一定时间内的通电时长进行转换，同时把它们的输出量的占空比进行比例调节，从而实现对加热功率的控制，使普通继电器能够代替复杂的可控硅执行装置，降低了成本。根据提出的温度控制算法，对系统的硬件和软件分别进行了设计。通过软件的编程，证明了该算法的可行性。基于该方法的挤出机温度控制系统结构简单，成本低，控温精确。关键词塑料挤出机，温度控制，可编程逻辑控制器，比例积分微分算法
目录
第一章 绪论 1
1.1 挤出机温度控制的国内外发展现状 1
1.2 选题的目的和意义 2
1.3 课题的研究内容 3
第二章 塑料挤出机温度控制系统的介绍 4
2.1塑料挤出机温度控制概述 4
2.1.1塑料挤出机结构及工作原理 4
2.1.2 温度对塑料挤出生产系统的影响 5
2.2 塑料挤出机温度控制的特点 6
2.3 塑料挤出机温度控制算法 7
2.3.1开关控制 7
2.3.2 比例控制 7
2.3.3 PID控制 8
2.4 PID控制在PLC上的实现算法 9
2.4.1 PID算式的离散化 9
2.4.2采样周期的选择 10
2.5 加热功率控制研究 10
2.6本章小结 11
第三章 塑料挤出机温度控制系统的确定 12
3.1 控制算法的确定 12
3.2 PLC温度控制系统 12
3.3本章小结 13
第四章 塑料挤出机温度控制系统硬件设计 14
4.1挤出机温度的测量 14
4.1.1温度传感器的选择 14
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.2测温点的选择 15
4.2温度控制器的选择 16
4.3加热执行器的选取 18
4.4 加热驱动器的选择 19
4.5 冷却方式的选择 19
4.6系统硬件连接及工作原理 20
4.7本章小结 20
第五章 塑料挤出机温度控制系统软件设计 21
5.1 PID参数的整定 21
5.2 PLC控制软件设计 22
5.3 上位机监控界面的设计 30
5.4 本章小结 33
总结 34
致谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 挤出机温度控制的国内外发展现状
温度控制系统在各行各业已经有着非常广泛的应用，但是塑料挤出机因为其结构的特殊性，需要在常规温度控制方法的基础上做出更深的研究。
温度控制器在国内的制造水平还不是很高，相比于美国、日本、德国等一些科技水平发达的国家，有着很大的差距。目前，在温度控制器的制造技术水平上，我国仅仅处于上世纪80年代后期的水平。一般的温度控制系统大多采用“点位”控制和PID控制器，它只能符合基本的控制要求，对于一些复杂、滞后、时变的温度控制系统就会显得难以控制。而国外对于这些要求较高的控制，其技术和产品已经比较成熟，但是由于我国发展时间晚，外国也不会把技术透露给我们，使得国内的技术还不够成熟，水平还不是很高。
刚刚发展的时候，国内挤出机温度控制系统一般都是采用二位式调节仪表，通过简单地控制继电器的开关，控制加热器的加热时间，从而达到控制温度的目的，这种控制方法的控制效果很不好，会出现超调量大，响应时间也较长，控制精度不高的缺点。经过发展后，采用三位式调节仪表，控制精度得到改善。随着技术的不断地发展和成熟，温度控制精度达到±3℃[1]。
现在，大部分的挤出机温度控制方法采用的都是PID算法。这种控制算法在控制精度上有了很大的提高，但是超调的问题无法解决，并且需要人工在现场整定控制参数，非常麻烦。而国外的温度控制仪表比较先进，与国内的温控仪表相比，无论在软件控制算法还是硬件的仪表灵敏度方面都要好一些，因此一些复杂且要求精度准确的挤出机温度控制系统会选择国外先进的温度控制器和温度控制仪表。这些进口的调节仪表可以自动实现PID调节功能，在线调整各种参数，非常方便，而且使得控制精度提高，能达到±1℃以内。
选择仪表控制的温度控制系统，控制精度低，操作起来不方便，寿命短，修理也很麻烦，所以在国外基本上淘汰了这种以温控仪表为主的温度控制系统，而是采用集中控制系统。由于科学水平的提高，控制系统也在不断的进步，这已经成为塑料挤出机控制系统发展的潮流[2]。
1.2 选题的目的和意义
塑料是重要的有机合成高分子材料，在工农业、能源、运输等领域有着广泛的应用，其中，材料领域的四大支柱就有塑料，其他分别为木材、钢铁和水泥[3]。随着各个领域的快速发展，塑料的需求与产量也在迅速地增加。经过调查研究发现，1999年我们国家生产了塑料原料750万吨，排在世界第五位，比我国产量高的国家只有德国、美国、日本和韩国；而塑料制品的产量已经超过1400万吨，排在世界第二位，第一位是美国[4]。而最新资料显示，塑料制品的产量仍在大幅增加，数据一直呈上涨趋势。
塑料挤出机是塑料制品生产和加工的重要设备，随着市场对塑料制品的需求不断增长，国产塑料挤出机也大量出现。塑料挤出机不仅在数量上大幅增加，而且在制造水平上也有了较大的提高，它们为经济的发展作出了巨大的贡献。
塑料生产过程中最重要的阶段就是挤出加工过程，它是将不同形态的塑料原料加工成一定形状的制品，是塑料制品生产过程中必不可少的环节。塑料加工成型过程中，主要有挤出、注射、压缩、压注等成型过程。其中，最基本的工艺是挤出成型工艺，它主要用来生产连续的型材，例如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等塑料制品，也可用来加工中空塑料型坯、料粒等。挤出成型工艺是通过挤出成型设备将原料进行加热、加压后，以粘流状态在高温、高压下通过具有特定截面形状的口模，然后进行冷却定型装置后就能获得所需截面形状的型材。挤出过程中，成型工艺与别的工艺相比，主要有以下几个方面的特点:
(1) 可以连续挤出制品，具有很高连续性，因此效率也高；
(2) 生产出来的制品品质好、质量高，不易损坏；
目录
第一章 绪论 1
1.1 挤出机温度控制的国内外发展现状 1
1.2 选题的目的和意义 2
1.3 课题的研究内容 3
第二章 塑料挤出机温度控制系统的介绍 4
2.1塑料挤出机温度控制概述 4
2.1.1塑料挤出机结构及工作原理 4
2.1.2 温度对塑料挤出生产系统的影响 5
2.2 塑料挤出机温度控制的特点 6
2.3 塑料挤出机温度控制算法 7
2.3.1开关控制 7
2.3.2 比例控制 7
2.3.3 PID控制 8
2.4 PID控制在PLC上的实现算法 9
2.4.1 PID算式的离散化 9
2.4.2采样周期的选择 10
2.5 加热功率控制研究 10
2.6本章小结 11
第三章 塑料挤出机温度控制系统的确定 12
3.1 控制算法的确定 12
3.2 PLC温度控制系统 12
3.3本章小结 13
第四章 塑料挤出机温度控制系统硬件设计 14
4.1挤出机温度的测量 14
4.1.1温度传感器的选择 14
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.2测温点的选择 15
4.2温度控制器的选择 16
4.3加热执行器的选取 18
4.4 加热驱动器的选择 19
4.5 冷却方式的选择 19
4.6系统硬件连接及工作原理 20
4.7本章小结 20
第五章 塑料挤出机温度控制系统软件设计 21
5.1 PID参数的整定 21
5.2 PLC控制软件设计 22
5.3 上位机监控界面的设计 30
5.4 本章小结 33
总结 34
致谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 挤出机温度控制的国内外发展现状
温度控制系统在各行各业已经有着非常广泛的应用，但是塑料挤出机因为其结构的特殊性，需要在常规温度控制方法的基础上做出更深的研究。
温度控制器在国内的制造水平还不是很高，相比于美国、日本、德国等一些科技水平发达的国家，有着很大的差距。目前，在温度控制器的制造技术水平上，我国仅仅处于上世纪80年代后期的水平。一般的温度控制系统大多采用“点位”控制和PID控制器，它只能符合基本的控制要求，对于一些复杂、滞后、时变的温度控制系统就会显得难以控制。而国外对于这些要求较高的控制，其技术和产品已经比较成熟，但是由于我国发展时间晚，外国也不会把技术透露给我们，使得国内的技术还不够成熟，水平还不是很高。
刚刚发展的时候，国内挤出机温度控制系统一般都是采用二位式调节仪表，通过简单地控制继电器的开关，控制加热器的加热时间，从而达到控制温度的目的，这种控制方法的控制效果很不好，会出现超调量大，响应时间也较长，控制精度不高的缺点。经过发展后，采用三位式调节仪表，控制精度得到改善。随着技术的不断地发展和成熟，温度控制精度达到±3℃[1]。
现在，大部分的挤出机温度控制方法采用的都是PID算法。这种控制算法在控制精度上有了很大的提高，但是超调的问题无法解决，并且需要人工在现场整定控制参数，非常麻烦。而国外的温度控制仪表比较先进，与国内的温控仪表相比，无论在软件控制算法还是硬件的仪表灵敏度方面都要好一些，因此一些复杂且要求精度准确的挤出机温度控制系统会选择国外先进的温度控制器和温度控制仪表。这些进口的调节仪表可以自动实现PID调节功能，在线调整各种参数，非常方便，而且使得控制精度提高，能达到±1℃以内。
选择仪表控制的温度控制系统，控制精度低，操作起来不方便，寿命短，修理也很麻烦，所以在国外基本上淘汰了这种以温控仪表为主的温度控制系统，而是采用集中控制系统。由于科学水平的提高，控制系统也在不断的进步，这已经成为塑料挤出机控制系统发展的潮流[2]。
1.2 选题的目的和意义
塑料是重要的有机合成高分子材料，在工农业、能源、运输等领域有着广泛的应用，其中，材料领域的四大支柱就有塑料，其他分别为木材、钢铁和水泥[3]。随着各个领域的快速发展，塑料的需求与产量也在迅速地增加。经过调查研究发现，1999年我们国家生产了塑料原料750万吨，排在世界第五位，比我国产量高的国家只有德国、美国、日本和韩国；而塑料制品的产量已经超过1400万吨，排在世界第二位，第一位是美国[4]。而最新资料显示，塑料制品的产量仍在大幅增加，数据一直呈上涨趋势。
塑料挤出机是塑料制品生产和加工的重要设备，随着市场对塑料制品的需求不断增长，国产塑料挤出机也大量出现。塑料挤出机不仅在数量上大幅增加，而且在制造水平上也有了较大的提高，它们为经济的发展作出了巨大的贡献。
塑料生产过程中最重要的阶段就是挤出加工过程，它是将不同形态的塑料原料加工成一定形状的制品，是塑料制品生产过程中必不可少的环节。塑料加工成型过程中，主要有挤出、注射、压缩、压注等成型过程。其中，最基本的工艺是挤出成型工艺，它主要用来生产连续的型材，例如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等塑料制品，也可用来加工中空塑料型坯、料粒等。挤出成型工艺是通过挤出成型设备将原料进行加热、加压后，以粘流状态在高温、高压下通过具有特定截面形状的口模，然后进行冷却定型装置后就能获得所需截面形状的型材。挤出过程中，成型工艺与别的工艺相比，主要有以下几个方面的特点:
(1) 可以连续挤出制品，具有很高连续性，因此效率也高；
(2) 生产出来的制品品质好、质量高，不易损坏；
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