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臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在熔體流動(dòng)速率儀上的應(yīng)用 熔體流動(dòng)速率儀技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間：2020-07-29    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
摘要：本文主要介紹了臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在熔體流動(dòng)速率儀上的集成應(yīng)用。該控制系統(tǒng)結(jié)合臺(tái)達(dá)HMI、PLC、溫控模塊和編碼器等自動(dòng)化產(chǎn)品，操作界面友好簡單，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與高效節(jié)能。系統(tǒng)運(yùn)行證明：臺(tái)達(dá)產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，控制效率高，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。
關(guān)鍵字：臺(tái)達(dá)、編碼器、PLC、人機(jī)界面、溫控器

1 前言

熔體流動(dòng)速率儀屬于測試儀器的一種，主要用于測定熱塑性高聚物如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛，ABS樹脂、聚碳酸脂等，在高溫下的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（MFR）和體（MVR）積流動(dòng)速率。測定熔體體積流動(dòng)速率，采用手動(dòng)取樣，切段時(shí)間間隔由控制系統(tǒng)報(bào)警提示，天平稱量的方式；測定熔體體積流動(dòng)速率是通過位移傳感器和自動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)先測量出活塞移動(dòng)規(guī)定的距離所需的時(shí)間，然后根據(jù)公式計(jì)算出體積流動(dòng)速率。兩種測定方法的結(jié)果需要由微型打印機(jī)打印出來。該設(shè)備廣泛應(yīng)用與塑料生產(chǎn)、塑料制品、石油化工等行業(yè)以及大專院校、科研單位、商檢部門。圖1即為一熔體流動(dòng)速率儀。

臺(tái)達(dá)機(jī)電至今已經(jīng)能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計(jì)數(shù)器、人機(jī)界面、變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、數(shù)控系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品，可以向客戶提供完善可靠的機(jī)電一體化解決方案。本文基于臺(tái)達(dá)HMI、PLC、溫控模塊和編碼器等自動(dòng)化產(chǎn)品構(gòu)建了一套先進(jìn)的熔體流動(dòng)速率儀自動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡單，值得業(yè)界借鑒并推廣。


圖1 熔體流動(dòng)速率儀實(shí)物圖

2 工藝介紹

熔體流動(dòng)速率儀是塑料擠出儀器。它是在規(guī)定的溫度下，用高溫加熱爐是被測物體達(dá)到熔融狀態(tài)。在規(guī)定負(fù)荷下通過一定的直徑的小孔經(jīng)行擠出試驗(yàn)。熔體質(zhì)量流動(dòng)速率就是指擠出的各段試樣的平均質(zhì)量折算為10分鐘的擠出量。

熔體質(zhì)量流動(dòng)速率公式：MFR= T * M/t

公式中：m 為切取多段的平均值，單位 g
T 參比時(shí)間（10分鐘）600s
t 切樣間隔時(shí)間 單位s

熔體體積流動(dòng)速率公式：MVR= 427L/t

公式中：L 活塞移動(dòng)規(guī)定距離（0.625cm或2.54cm）
t 切樣間隔時(shí)間 單位s

熔體流動(dòng)速率儀主要由六部分組成：1、基座部分 2、熔爐部分3、切斷擠出部分4、控溫，測溫部分5、定位移，測時(shí)間部分6、結(jié)果輸出部分

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。


圖2 控制系統(tǒng)框圖

上圖為其系統(tǒng)框圖的示意圖。在該設(shè)備控制系統(tǒng)中主要使用的產(chǎn)品有PLC,HMI,編碼器，溫控器，微型打印機(jī)，步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)控制器。

產(chǎn)品型號(hào)如下：

1、可編程控制器：DVP-14SS11T2

特點(diǎn)：Slim標(biāo)準(zhǔn)型主機(jī)，主機(jī)14點(diǎn)，4K Step程序存貯器，最大238數(shù)位擴(kuò)充點(diǎn)數(shù)，30KHz高速計(jì)數(shù)器、10KHz脈沖輸出，內(nèi)建RS-232與RS-485雙通訊口，可連接8臺(tái)模擬量、溫度擴(kuò)充模塊，小體積 多機(jī)能 更佳擴(kuò)充性豐富的擴(kuò)充模塊，包括標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸入輸出，熱電阻，熱電偶。

2、人機(jī)界面：DOP-AS38BSTD

特點(diǎn)：16色灰階藍(lán)白色顯示(320*240)，支援3個(gè) COM (RS232/422/485)，利用 USB 快速畫面上下載，USB Host功能，支持打印機(jī)、U盤，臺(tái)達(dá) PLC 編程軟件可透過人機(jī)的，COM 或 USB 下載程序或監(jiān)控 PLC，支持 U 盤刷新畫面程序及韌體,對(duì)編程畫面更提供了絕佳的版權(quán)保護(hù),可以限制終端用戶的刷新臺(tái)數(shù)。

3、溫控器：DTC1000

特點(diǎn)：模塊式結(jié)構(gòu)，多種輸入傳感器，支持PID過程控制功能，提供十二種輸入警報(bào)模式，可自行規(guī)劃輸出功能，可選擇控制輸出(加熱,冷卻)、警報(bào)輸出或輸入比例輸出，RS-485數(shù)字通訊，支持2400bps~38400bps傳輸速度。

4、編碼器：ES3-20CG8941

5、微型打印機(jī)：

微達(dá)面板式微型打印機(jī)，該機(jī)型采用標(biāo)準(zhǔn)字庫，5伏電源供電，串行接口與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)兼容。

6、步進(jìn)系統(tǒng)：采用的是深圳研控的步進(jìn)系統(tǒng)。

4 應(yīng)用規(guī)劃及效果

4.1 PLC程序規(guī)劃

根據(jù)控制工藝要求，選用臺(tái)達(dá)DVP14SS11T2型PLC完成主要控制功能。系統(tǒng)PLC程序分為以下三個(gè)部分：

（1）通訊設(shè)置部分

主要完成PLC與DTC的通訊；

（2）控制方式選擇

根據(jù)工藝主要涉計(jì)了2中工作模式：MFR,MVR.2種工作狀態(tài),自動(dòng)和手動(dòng)。這兩種工作模式和工作狀態(tài)可以互相單配。其選擇方式主要是通過判斷兩個(gè)寄存器M520,M521的狀態(tài)完成。在選狀態(tài)后，程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)程序上（觸摸屏也會(huì)調(diào)整到相應(yīng)界面）；工藝參數(shù)設(shè)置（計(jì)算公式中，切刀等參數(shù)設(shè)定）；手動(dòng)工作，MFR自動(dòng)工作狀態(tài)和MVR自動(dòng)工作狀態(tài)：手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)作控制部份使用步進(jìn)指令完成；

（3）數(shù)據(jù)處理

計(jì)算測量數(shù)據(jù)等。

下面是部份程序?qū)嵗?，如圖3所示：


圖3 部分PLC程序?qū)嵗?/p>4.2人機(jī)界面規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)場使用人員和設(shè)計(jì)人員的要求，主要完成了一下主要界面，并通過人機(jī)完成與打印機(jī)的連接。主要界面:準(zhǔn)備測試，參數(shù)設(shè)定，手動(dòng)測試，自動(dòng)測試，PID調(diào)整，位移修正，溫度修正，計(jì)算結(jié)果等等界面。通過宏指令完成對(duì)對(duì)微型打印機(jī)的控制。規(guī)劃COMI為485（通過宏指令定義），用于和微型打印機(jī)的通訊，COM3為232 ,用于和DVP14SS的通訊。下面是部份人機(jī)接口的實(shí)例。

（1） 測試準(zhǔn)備界面

測試準(zhǔn)備界面如圖4所示。


圖4 測試準(zhǔn)備界面

該界面主要用于測試人員在測試物料之前填寫，目的是明卻測試人員和所測物料的代號(hào)。此兩個(gè)參數(shù)會(huì)在試驗(yàn)完畢后打印在測試報(bào)告中。

（2） 參數(shù)設(shè)定界面

參數(shù)設(shè)定界面如圖5所示


圖5 參數(shù)設(shè)定界面

該界面是手動(dòng)的監(jiān)控界面。主要是通過監(jiān)控完成正式試驗(yàn)前的一些動(dòng)作。其中左側(cè)為控制部份，右側(cè)為狀態(tài)顯示，中間為機(jī)器的簡單示意圖。

（3） 手動(dòng)監(jiān)控界面

手動(dòng)監(jiān)控界面如圖6所示。


圖6 手動(dòng)監(jiān)控界面

該界面同樣用于測試人員在測試物料之前填寫或核對(duì)測試數(shù)據(jù)。測試人員會(huì)跟據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試條件設(shè)置所需參數(shù)，并確定當(dāng)次測試的工作模式。

（4） MFR自動(dòng)監(jiān)控界面

MFR自動(dòng)監(jiān)控界面如圖7所示。


圖7 MFR自動(dòng)監(jiān)控界面

該界面是MVR自動(dòng)模式下的監(jiān)控介面?？稍谑謩?dòng)界面完成準(zhǔn)備后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)該界面。主要用于監(jiān)視測試的一些數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

（5） 計(jì)算結(jié)果界面

計(jì)算結(jié)果界面如圖8所示。


圖8 計(jì)算結(jié)果界面

該界面是MFR模式下的測試結(jié)果顯示界面。并可以計(jì)算結(jié)果和打印結(jié)果。

相關(guān)重要設(shè)置如下：

（1）選擇COM1端口，通過宏指令與微型打印機(jī)連接。臺(tái)達(dá)人機(jī)界面的宏指令是一個(gè)非常強(qiáng)大的功能，通訊指令的存在更是與針式打印機(jī)一類的帶通訊的設(shè)備提供了非常簡便的連接方式。

（2）溫控器型號(hào)為DTC1000V,通訊程序：通過設(shè)定RS-485的通訊協(xié)議、逾時(shí)時(shí)間，利用MODWR和MODRD指令將溫控設(shè)定值，溫度當(dāng)前值，溫控啟動(dòng)，溫控自動(dòng)調(diào)整，PID參數(shù)，誤差調(diào)整值讀取或?qū)懭隓TC中，已完成工藝需要的控制要求。

5 結(jié)束語

由臺(tái)達(dá)人機(jī)、PLC、DTC,編碼器組成的控制系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn)用戶提出的要求；穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品品質(zhì)，簡單便易的操作方法，體現(xiàn)了臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品整合系統(tǒng)的優(yōu)越性；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)生產(chǎn)，大大提高了檢測效率。為檢測機(jī)行業(yè)提供了很好的案例。

【參考文獻(xiàn)】
[1] 臺(tái)達(dá)全系列可編程序控制器 臺(tái)達(dá)內(nèi)部資料 2008
[2] 郭宗仁等. 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 人民郵電出版社，2002
[3] 《通信原理》，第3版，北京郵電大學(xué)出版社2008，周炯盤等編著



    熔體流動(dòng)速率儀是按照GB/T3682-2000、ASTM D1238-98標(biāo)準(zhǔn)，并參看JB/T5456、ISO1133等類似標(biāo)準(zhǔn)，熔體流動(dòng)速率測定儀是用于測定熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（融指數(shù) MFR；單位：g/10min）的儀器。


    熔體流動(dòng)速率儀的測試方法有以下4種：


    根據(jù)方法A對(duì)于熔融指數(shù)的測定；熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)；


    在這個(gè)方法中，擠出物在指定的時(shí)間內(nèi)切下，然后在分析天平上稱出被切下的擠出物的質(zhì)量。


    測試結(jié)果是每個(gè)單元時(shí)間內(nèi)擠出的質(zhì)量，單位為g/10min。所得到的MFR結(jié)果的質(zhì)量與切割時(shí)間和所稱質(zhì)量的精度有關(guān)。如果MFR指數(shù)比較低，需要使用較長的切割時(shí)間時(shí)，我們建議使用手動(dòng)切割。


    根據(jù)方法B對(duì)于熔融指數(shù)的測定；熔體體積流動(dòng)速率(MVR)


    這個(gè)方法需要熔融指數(shù)儀/擠壓式塑性計(jì)配備一個(gè)活塞位移傳感器。MVR結(jié)果是在單位時(shí)間內(nèi)測量擠出的材料體積得出的，單位為cm?/10min。


    從在一定時(shí)間內(nèi)活塞的移動(dòng)位移計(jì)算得到。這個(gè)方法顯著的優(yōu)勢是消除機(jī)械切割。具有同步記錄活塞位移和測試時(shí)間的特性，同時(shí)可達(dá)到高精確度，即使是對(duì)于短測量時(shí)間和小活塞位移的情況。


    根據(jù)不同的材料、精度需求和MVR結(jié)果，同一個(gè)料桶可以測試多40個(gè)單獨(dú)的測量。


    根據(jù)方法C中的熔融指數(shù)測定常用高為8.00mm的料桶和直徑為2.095mm的料口。MFR值測量優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中建議的75g/10min，一個(gè)“半高/半口徑”料桶的尺寸4.00/1.050mm。這是專為ASTMD1238方法C設(shè)計(jì)的。


    方法D中的熔融指數(shù)測量-ASTMD1238：


    多步驟測量對(duì)于很多聚烯烴，通常需使用不同的力值測量MVR和流動(dòng)速率比(FRR)。當(dāng)使用簡單的熔融指數(shù)儀時(shí)，需測試多次填料。


    熔融指數(shù)儀配有一個(gè)自動(dòng)變換砝碼單元，可以測量單個(gè)填料在不同力值下的結(jié)果。





熔體流動(dòng)速率儀的測試方法有以下4種：

根據(jù)方法A對(duì)于熔融指數(shù)的測定；熔體質(zhì)量流動(dòng)速率 (MFR)
在這個(gè)方法中，擠出物在指定的時(shí)間內(nèi)切下，然后在分析天平上稱出被切下的擠出物的質(zhì)量。測試結(jié)果是每個(gè)單元時(shí)間內(nèi)擠出的質(zhì)量，單位為g/10 min。所得到的MFR結(jié)果的質(zhì)量與切割時(shí)間和所稱質(zhì)量的精度有關(guān)。如果MFR指數(shù)比較低，需要使用較長的切割時(shí)間時(shí)，我們建議使用手動(dòng)切割。

 

根據(jù)方法B對(duì)于熔融指數(shù)的測定；熔體體積流動(dòng)速率 (MVR)
這個(gè)方法需要熔融指數(shù)儀/ 擠壓式塑性計(jì)配備一個(gè)活塞位移傳感器。MVR結(jié)果是在單位時(shí)間內(nèi)測量擠出的材料體積得出的，單位為cm³/10 min。從在一定時(shí)間內(nèi)活塞的移動(dòng)位移計(jì)算得到。這個(gè)方法顯著的優(yōu)勢是消除機(jī)械切割。具有同步記錄活塞位移和測試時(shí)間的特性，同時(shí)可達(dá)到高度，即使是對(duì)于短測量時(shí)間和小活塞位移的情況。根據(jù)不同的材料、精度需求和MVR結(jié)果，同一個(gè)料桶可以測試多40個(gè)單獨(dú)的測量。

 

根據(jù)方法C中的熔融指數(shù)測定
常用高為8.00mm的料桶和直徑為2.095mm的料口。MFR值測量優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中建議的75 g/10 min，一個(gè)“半高/半口徑”料桶的尺寸4.00/1.050mm。這是專為ASTM D1238方法C設(shè)計(jì)的。

 

方法D中的熔融指數(shù)測量- ASTM D1238：多步驟測量
對(duì)于很多聚烯烴，通常需使用不同的力值測量MVR和流動(dòng)速率比(FRR)。當(dāng)使用簡單的熔融指數(shù)儀時(shí)，需測試多次填料。熔融指數(shù)儀配有一個(gè)自動(dòng)變換砝碼單元，可以測量單個(gè)填料在不同力值下的結(jié)果。

 



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