热风熔融塑料回收造粒机及其控制系统研究

论文摘要

本研究根据目前国内塑料回收造粒工艺的研究现状,提出了新型的塑料回收加工工艺,即热风熔融塑料回收造粒方法,该方法是利用热空气对回收塑料进行加热,直至熔融,经螺旋叶片挤压后由螺杆挤出造粒。由于热空气流动性好,所以在加热过程中,待加工物体的外形对其加热效果影响不大,因此采用该方法可以省去传统塑料回收造粒过程中的粉碎环节。主要研究内容如下：1.本课题研制了由主轴系统、传动系统、进料机构、加热系统、热风循环系统等几部分组成的热风熔融塑料回收造粒装置。该装置运行平稳、噪声小、结构紧凑,采用模块化设计,制造简单、安装方便。此外,加热后的热风经循环系统被重复加热,供二次加热,节约能源,整个加工过程中无废气产生。2.针对传统造粒机加热惯性的特点,提出了变频加热的方法。在加热过程中,系统会根据当前温度值与设定温度值的差以及事先设定好的温度系数自动改变加热器得失电时间比,从而改变加热功率的方法,达到准确控制加热温度的目的。本文给出了变频加热详细的算法,与传统的温度控制方法相比,温度控制的准确性好。3.开发了热风熔融塑料回收造粒机控制系统,包括基于VC++6.0的上位机控制系统和基于欧姆龙PLC的下位机控制程序,通过对上位机控制界面的操作,可以实现对整个造粒机的运行进行控制。其中包括：PLC内部数据的读写、系统参数设置、加工工艺参数设置、电机控制、加热温度实时曲线的显示与输出。此外,系统通过软硬件结合的方法,提供了硬件启停控制和软件启停控制两种控制模式。在软件控制模式下,操作者根据实际情况,可以通过手动运行、变频加热、自动通断三种温度控制运行模式对加热温度进行控制。4.建立了基于polyflow螺杆挤出过程中的温度分布模拟,得到了螺杆挤出的最佳工艺参数。参照模拟结果,利用热风熔融塑料回收造粒机进行了挤出实验研究。同时,对上位机控制软件进行了测试,并对整个控制系统进行了调试。试验表明,本研究开发的热风熔融塑料回收造粒机控制系统运行可靠、功能强大、操作简单灵活、可视化好,所控制的加热温度惯性小、准确性高。加工出来的样机能有效地将废旧塑料进行挤出造粒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 塑料回收的意义
• 1.1.2 塑料回收造粒的方法
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 塑料回收技术的研究
• 1.2.2 控制系统的研究
• 1.3 塑料回收造粒机研究存在的问题及发展趋势
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 本研究的主要内容及技术路线
• 1.5 本章小结
• 第2章 塑料回收造粒机的硬件结构设计
• 2.1 塑料回收造粒机硬件总体结构设计
• 2.2 筒体的设计
• 2.3 螺杆的设计
• 2.3.1 螺杆设计简介
• 2.3.2 螺杆的主要参数选择
• 2.3.3 螺杆挤出强度校核
• 2.4 传动系统的设计
• 2.4.1 一级传动部件的选择
• 2.4.2 二级传动部件的选择
• 2.5 加热部分的设计
• 2.5.1 电加热管形状选择
• 2.5.2 电加热管个数选择
• 2.5.3 电加热管加热时间估计
• 2.5.4 电加热管位置安放
• 2.6 鼓风系统的选择
• 2.6.1 风机的选择
• 2.6.2 风机轴承的选择
• 2.6.3 风机输入轴的选择
• 2.6.4 风机轴承的校核
• 2.6.5 电机的选择
• 2.7 主轴系统的设计
• 2.7.1 主轴的设计
• 2.7.2 搅拌杆的设计
• 2.7.3 主轴轴承的选择
• 2.7.4 主轴轴承的校核
• 2.8 其它项的设计
• 2.8.1 支架的设计
• 2.8.2 上箱盖的设计
• 2.8.3 料斗的设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 塑料回收造粒机下位机硬件选择及程序设计
• 3.1 塑料回收造粒机控制系统总体结构
• 3.2 系统硬件
• 3.2.1 计算机
• 3.2.2 可编程控制器（PLC）
• 3.2.3 通信模块
• 3.2.4 温度传感器
• 3.2.5 温度变送器
• 3.2.6 加热器
• 3.3 欧姆龙CP1H系列PLC编程口通信协议
• 3.3.1 PLC的通信配置
• 3.3.2 通信协议
• 3.4 PLC控制程序
• 3.4.1 I/O分配
• 3.4.2 控制程序设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 塑料回收造粒机上位机控制系统设计
• 4.1 需求分析
• 4.2 界面设计
• 4.3 程序实现
• 4.3.1 VC++6.0串行口通信编程
• 4.3.2 变频加热控制原理
• 4.3.3 程序算法设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 数值模拟与实验研究
• 5.1 螺杆挤出过程中的温度分布模拟
• 5.1.1 基本假设
• 5.1.2 数学模型
• 5.1.3 有限元模型
• 5.1.4 模拟结果及讨论
• 5.2 实验装置及器材
• 5.2.1 简介
• 5.2.2 造粒机
• 5.2.3 可编程控制器（PLC）
• 5.2.4 个人计算机及应用软件
• 5.2.5 通讯硬件电路板
• 5.2.6 保温材料
• 5.3 实验原料
• 5.4 实验过程
• 5.4.1 实验条件
• 5.4.2 实验程序
• 5.4.3 实验过程中参数的调整与测量
• 5.5 实验结果与分析
• 5.5.1 控制系统温度测量值与标准温度计测量值的比较与分析
• 5.5.2 变频加热与传统通断加热的比较与分析
• 5.5.3 温度参数对加热系统的影响
• 5.5.4 加热温度对挤出加工的影响
• 5.5.5 实验过程其它状况的分析与讨论
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果