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                    發泡模具電加熱安裝基板及恒溫控制系統開發

                    添加時間:2018/07/25 來源:內江科技 作者:陳曉磊 楊軍濤
                    世界上發泡隔熱技術發展很快, 比如采用環戊烷、141b做無氟發泡劑, 采用細微孔發泡工藝及中嵌真空斷熱技術等。目前國內廠家主要采用的是環戊烷發泡, 環戊烷易爆、易燃, 對設備和場地的安全性能要求較高。
                    以下為本篇論文正文:

                      摘要:本文設計一種應用于發泡模具的溫控系統, 包括控制器、溫度傳感器、觸摸屏、報警器、電加熱設備和冷卻設備;控制器分別與溫度傳感器、觸摸屏、報警器、電加熱設備和冷卻設備電連接;溫度傳感器用于檢測發泡模具內部的溫度, 觸摸屏用于實現人機交互, 報警器用于提示系統發生異常, 電加熱設備用于加熱發泡模具, 冷卻設備用于冷卻發泡模具, 控制器根據溫度傳感器檢測的溫度以及觸摸屏的指令來控制報警器、電加熱設備和冷卻設備工作。本系統能夠高精度、快速響應地進行溫度控制, 具有良好的保溫效果。

                      目前世界上發泡隔熱技術發展很快, 比如采用環戊烷、141b做無氟發泡劑, 采用細微孔發泡工藝及中嵌真空斷熱技術等。目前國內廠家主要采用的是環戊烷發泡, 環戊烷易爆、易燃, 對設備和場地的安全性能要求較高。泡沫塑料是由大量氣體微孔分散于固定塑料中而形成的一類高分子材料, 具有質輕、隔熱、吸音、減震等特性, 且介電性能優于基體樹脂, 用途很廣。幾乎各種塑料均可做成泡沫塑料, 發泡成型已經成為塑料加工中一個重要領域。例如, 裝在大型冷柜制冷機組的泡沫塑料對制冷機組起到保溫作用, 能夠有效阻止外界熱空氣進入箱體。目前的大型冷柜制冷機組的泡沫塑料在發泡成型過程中因發泡模具的背板溫度控制波動過大導致保溫效果不理想, 因此有迫切需要設計一種應用于發泡模具的具有高精度、快速響應的溫度控制系統。冷柜制冷機發泡工藝過程中背板溫度控制波動過大往往導致保溫效果不理想, 各家冰箱、冷柜生產廠家加大研發力度, 希望設計出一種發泡模具電加熱安裝基板及恒溫控制系統。

                      1、模具電加熱基板設計

                      電加熱設備包括基板、電加熱絲和蓋板;宀捎肣253普通鋼材, 使其能夠承受聚氨酯材料發泡時產生的膨脹力。在基板上刻制三道安裝槽, 然后在三道安裝槽內分別安裝3根耐壓380 V、功率為1.5 k W的電加熱絲, 安裝槽深5 mm, 安裝電加熱絲時, 需要在電加熱絲和安裝槽的空隙涂上導熱脂以減少熱阻。在基板開槽的一側, 外貼3 mm的用來固定電加熱絲的蓋板, 蓋板可以是通過焊接固定的形式與基板貼合, 也可以通過螺釘固定來與基板合為一體。在蓋板的外側焊接冷卻水管, 冷卻水管通過冷卻水來對發泡模具進行冷卻降溫。冷卻水管采用銅管, 包括兩根直徑為12 mm的主管道以及若干直徑為9 mm的支管, 兩根主管道之間并列連接若干支管, 主管道和支管均直接焊接在蓋板上, 通過滿縫焊接來增強冷卻水管與基板之間的接觸, 減少傳熱熱阻。將上述組裝好的設備安裝在原來發泡模具支架的框架上, 框架上的安裝部位是兩根工字鋼, 每根工字鋼與基板靠6個螺栓連接。

                    圖1 電加熱設備安裝設計圖
                    圖1 電加熱設備安裝設計圖

                      2、恒溫控制系統總體設計

                      發泡模具恒溫基板本身是一個大慣性, 大滯后的設備, 在被發泡機組拆裝及發泡過程中會有大量的冷熱負荷交變輸入, 而且在發泡過程中系統散熱量極小, 因此單純的電加熱溫控系統無法抑制發泡時化學反應所產生的熱量, 而導致溫度控制超調造成大的溫度波動;谀壳暗谋豢貙ο笤O備特性, 擬采用電加熱與水冷卻綜合溫控系統。在溫度控制系統運行時主要依靠基板內嵌電加熱進行溫度控制, 由于被控溫基板面積較大, 為避免單點溫度反饋引起控溫基板溫度的布均勻, 系統設計在基板上劃分不同區域設置采樣點, 對基板溫度進行分區監控。當基板溫度出現超調時系統設置冷卻水箱進行強制降溫, 使基板的溫度回到控制的范圍內, 保證控溫基板的溫度穩定。

                      溫度控制硬件系統主要包含兩部分:一是電加熱基板。由于發泡厚度等差異導致在機組發泡過程各個部位發熱量差異較大, 因此在發泡模具中基板均勻內嵌電加熱同時在其內部設置多溫區采樣點, 保證溫度控制過程中同一基板不同位置的溫度均勻性。二是冷卻水系統。由于對機組發泡的化學過程中其本身即散發大量的熱量, 尤其在夏天會造成被控溫度過大超調而偏離設定值, 因此系統設置冷卻水系統, 當超調工況發生且電加熱停止時系統自動運行冷卻泵, 并開啟對應基板供冷電磁閥帶走多余的熱量, 基板溫度降低至設定溫區時自動停止冷卻系統。冷卻水系統原理圖如圖2所示。

                    圖2 發泡模具恒溫控制冷卻系統原理圖
                    圖2 發泡模具恒溫控制冷卻系統原理圖

                    圖3 溫控系統原理圖
                    圖3 溫控系統原理圖

                      溫控系統如圖3, 包括控制器PLC、溫度傳感器PT1000、加熱高溫保護器、加熱過載保護器、漏電保護器、相序保護器、觸摸屏HMI、報警器和執行器SSR, 控制器分別與溫度傳感器PT1000、加熱高溫保護器、加熱過載保護器、漏電保護器、相序保護器、觸摸屏、報警器和執行器電連接;其中執行器SSR包括電加熱器和冷卻設備, 控制器PLC分別與電加熱設備和冷卻設備電連接;溫度傳感器PT1000用于檢測發泡模具內部的溫度, 觸摸屏HMI用于實現人機交互, 報警器用于提示系統發生異常, 電加熱設備用于加熱發泡模具, 冷卻設備用于冷卻發泡模具, 加熱高溫保護器用于電路達到設定溫度時自動斷開電路;加熱過載保護器用于電路超過設定電流時自動斷開電路;漏電保護器用于電路出現漏電故障時切斷電路, 防止人身觸電危險;相序保護器用于自動相序判別, 避免因電源相序接反后導致事故發生;控制器PLC根據溫度傳感器PT1000、加熱高溫保護器、加熱過載保護器、漏電保護器和相序保護器的反饋信息以及觸摸屏HMI的指令信息來控制報警器、電加熱設備和冷卻設備工作。

                      3、結論

                      (1) 冷卻外循環包括若干支路, 分別用于冷卻不同的發泡模具;所述冷卻外循環的若干支路上以及所述冷卻內循環上均設置有開關閥門, 所述開關閥門以及所述冷卻泵均由所述控制器自動控制。

                      (2) 實現自動化控制, 具有良好的延展性, 能夠同時控制不同發泡模具的溫度過程。

                      (3) 溫控系統包括加熱高溫保護器、加熱過載保護器、漏電保護器和相序保護器, 加熱高溫保護器、加熱過載保護器、漏電保護器和相序保護器分別與所述控制器電連接;加熱高溫保護器用于電路達到設定溫度時自動斷開電路;加熱過載保護器用于電路超過設定電流時自動斷開電路;漏電保護器用于電路出現漏電故障時切斷電路, 防止人身觸電危險;相序保護器用于自動相序判別, 避免因電源相序接反后導致事故發生。

                      (4) 此溫控系統, 能夠高精度、快速響應地進行溫度控制, 具有良好的保溫效果。今后的工作將改良溫度控制系統, 進一步提高其控制性能。

                      參考文獻
                      [1]董玉德.基于冰箱發泡模具的一種系列化設計方法[J].組合機床與自動化加工技術2016 (6)
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                      [3]周瑋.基于Solid Works閥門參數化CAD系統的研究[J].機械設計與制造2010 (06)
                      [4]喬旭興, 馬思樂.直線式冰箱發泡生產線的設計與研究[J].可編程控制器與工廠自動化2010 (03)
                      [5]李明亮, 王莉.PLC制冷機組控制系統開發[J].可編程控制器與工廠自動化2011 (01)

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