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臺達機電產(chǎn)品在熔體流動速率儀上的應用 熔體流動速率儀技術指標

時間：2020-07-29    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
摘要：本文主要介紹了臺達機電產(chǎn)品在熔體流動速率儀上的集成應用。該控制系統(tǒng)結(jié)合臺達HMI、PLC、溫控模塊和編碼器等自動化產(chǎn)品，操作界面友好簡單，實現(xiàn)了設備的技術升級與高效節(jié)能。系統(tǒng)運行證明：臺達產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，控制效率高，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。
關鍵字：臺達、編碼器、PLC、人機界面、溫控器

1 前言

熔體流動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)量流動速率（MFR）和體（MVR）積流動速率。測定熔體體積流動速率，采用手動取樣，切段時間間隔由控制系統(tǒng)報警提示，天平稱量的方式；測定熔體體積流動速率是通過位移傳感器和自動計時系統(tǒng)先測量出活塞移動規(guī)定的距離所需的時間，然后根據(jù)公式計算出體積流動速率。兩種測定方法的結(jié)果需要由微型打印機打印出來。該設備廣泛應用與塑料生產(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即為一熔體流動速率儀。

臺達機電至今已經(jīng)能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計數(shù)器、人機界面、變頻驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器、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電一體化解決方案。本文基于臺達HMI、PLC、溫控模塊和編碼器等自動化產(chǎn)品構(gòu)建了一套先進的熔體流動速率儀自動控制系統(tǒng)，運行穩(wěn)定，控制簡單，值得業(yè)界借鑒并推廣。


圖1 熔體流動速率儀實物圖

2 工藝介紹

熔體流動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到熔融狀態(tài)。在規(guī)定負荷下通過一定的直徑的小孔經(jīng)行擠出試驗。熔體質(zhì)量流動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 參比時間（10分鐘）600s
t 切樣間隔時間 單位s

熔體體積流動速率公式：MVR= 427L/t

公式中：L 活塞移動規(guī)定距離（0.625cm或2.54cm）
t 切樣間隔時間 單位s

熔體流動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，步進電機及步進控制器。

產(chǎn)品型號如下：

1、可編程控制器：DVP-14SS11T2

特點：Slim標準型主機，主機14點，4K Step程序存貯器，最大238數(shù)位擴充點數(shù)，30KHz高速計數(shù)器、10KHz脈沖輸出，內(nèi)建RS-232與RS-485雙通訊口，可連接8臺模擬量、溫度擴充模塊，小體積 多機能 更佳擴充性豐富的擴充模塊，包括標準信號的輸入輸出，熱電阻，熱電偶。

2、人機界面：DOP-AS38BSTD

特點：16色灰階藍白色顯示(320*240)，支援3個 COM (RS232/422/485)，利用 USB 快速畫面上下載，USB Host功能，支持打印機、U盤，臺達 PLC 編程軟件可透過人機的，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,對編程畫面更提供了絕佳的版權保護,可以限制終端用戶的刷新臺數(shù)。

3、溫控器：DTC1000

特點：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：

微達面板式微型打印機，該機型采用標準字庫，5伏電源供電，串行接口與RS-232C標準兼容。

6、步進系統(tǒng)：采用的是深圳研控的步進系統(tǒng)。

4 應用規(guī)劃及效果

4.1 PLC程序規(guī)劃

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

（1）通訊設置部分

主要完成PLC與DTC的通訊；

（2）控制方式選擇

根據(jù)工藝主要涉計了2中工作模式：MFR,MVR.2種工作狀態(tài),自動和手動。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寄存器M520,M521的狀態(tài)完成。在選狀態(tài)后，程序會跳轉(zhuǎn)到對應的步進程序上（觸摸屏也會調(diào)整到相應界面）；工藝參數(shù)設置（計算公式中，切刀等參數(shù)設定）；手動工作，MFR自動工作狀態(tài)和MVR自動工作狀態(tài)：手動和自動狀態(tài)的動作控制部份使用步進指令完成；

（3）數(shù)據(jù)處理

計算測量數(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人機界面規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)場使用人員和設計人員的要求，主要完成了一下主要界面，并通過人機完成與打印機的連接。主要界面:準備測試，參數(shù)設定，手動測試，自動測試，PID調(diào)整，位移修正，溫度修正，計算結(jié)果等等界面。通過宏指令完成對對微型打印機的控制。規(guī)劃COMI為485（通過宏指令定義），用于和微型打印機的通訊，COM3為232 ,用于和DVP14SS的通訊。下面是部份人機接口的實例。

（1） 測試準備界面

測試準備界面如圖4所示。


圖4 測試準備界面

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。此兩個參數(shù)會在試驗完畢后打印在測試報告中。

（2） 參數(shù)設定界面

參數(shù)設定界面如圖5所示


圖5 參數(shù)設定界面

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

（3） 手動監(jiān)控界面

手動監(jiān)控界面如圖6所示。


圖6 手動監(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測試數(shù)據(jù)。測試人員會跟據(jù)國家標準中規(guī)定的測試條件設置所需參數(shù)，并確定當次測試的工作模式。

（4） MFR自動監(jiān)控界面

MFR自動監(jiān)控界面如圖7所示。


圖7 MFR自動監(jiān)控界面

該界面是MVR自動模式下的監(jiān)控介面?？稍谑謩咏缑嫱瓿蓽蕚浜笞詣犹D(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） 計算結(jié)果界面

計算結(jié)果界面如圖8所示。


圖8 計算結(jié)果界面

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

相關重要設置如下：

（1）選擇COM1端口，通過宏指令與微型打印機連接。臺達人機界面的宏指令是一個非常強大的功能，通訊指令的存在更是與針式打印機一類的帶通訊的設備提供了非常簡便的連接方式。

（2）溫控器型號為DTC1000V,通訊程序：通過設定RS-485的通訊協(xié)議、逾時時間，利用MODWR和MODRD指令將溫控設定值，溫度當前值，溫控啟動，溫控自動調(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

由臺達人機、PLC、DTC,編碼器組成的控制系統(tǒng)輕松實現(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)了臺達機電產(chǎn)品整合系統(tǒng)的優(yōu)越性；系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動生產(chǎn)，大大提高了檢測效率。為檢測機行業(yè)提供了很好的案例。

【參考文獻】
[1] 臺達全系列可編程序控制器 臺達內(nèi)部資料 2008
[2] 郭宗仁等. 可編程序控制器應用系統(tǒng)設計及通信網(wǎng)絡技術. 人民郵電出版社，2002
[3] 《通信原理》，第3版，北京郵電大學出版社2008，周炯盤等編著



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


    熔體流動速率儀的測試方法有以下4種：


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


    在這個方法中，擠出物在指定的時間內(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)果是每個單元時間內(nèi)擠出的質(zhì)量，單位為g/10min。所得到的MFR結(jié)果的質(zhì)量與切割時間和所稱質(zhì)量的精度有關。如果MFR指數(shù)比較低，需要使用較長的切割時間時，我們建議使用手動切割。


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


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


    從在一定時間內(nèi)活塞的移動位移計算得到。這個方法顯著的優(yōu)勢是消除機械切割。具有同步記錄活塞位移和測試時間的特性，同時可達到高精確度，即使是對于短測量時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，同一個料桶可以測試多40個單獨的測量。


    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)于標準中建議的75g/10min，一個“半高/半口徑”料桶的尺寸4.00/1.050mm。這是專為ASTMD1238方法C設計的。


    方法D中的熔融指數(shù)測量-ASTMD1238：


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


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





熔體流動速率儀的測試方法有以下4種：

根據(jù)方法A對于熔融指數(shù)的測定；熔體質(zhì)量流動速率 (MFR)
在這個方法中，擠出物在指定的時間內(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)果是每個單元時間內(nèi)擠出的質(zhì)量，單位為g/10 min。所得到的MFR結(jié)果的質(zhì)量與切割時間和所稱質(zhì)量的精度有關。如果MFR指數(shù)比較低，需要使用較長的切割時間時，我們建議使用手動切割。

 

根據(jù)方法B對于熔融指數(shù)的測定；熔體體積流動速率 (MVR)
這個方法需要熔融指數(shù)儀/ 擠壓式塑性計配備一個活塞位移傳感器。MVR結(jié)果是在單位時間內(nèi)測量擠出的材料體積得出的，單位為cm³/10 min。從在一定時間內(nèi)活塞的移動位移計算得到。這個方法顯著的優(yōu)勢是消除機械切割。具有同步記錄活塞位移和測試時間的特性，同時可達到高度，即使是對于短測量時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，同一個料桶可以測試多40個單獨的測量。

 

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)于標準中建議的75 g/10 min，一個“半高/半口徑”料桶的尺寸4.00/1.050mm。這是專為ASTM D1238方法C設計的。

 

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

 



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