专利名称：滚塑工艺中模具温度的自动控制方法
技术领域：
本发明涉及一种温度监测和控制的方法，尤其是一种利用红外监测原理监测滚塑模具温度，并利用燃气管道上的电动执行机构控制燃气流量进而控制温度的方法，具体地说是一种滚塑工艺中模具温度的自动控制方法。
背景技术：
滚塑成型技术适用于加工大尺寸的中空制品，具有非常广泛的应用前景，温度是影响滚塑成型工艺的主要因素，在滚塑设备结构、模具结构和聚合物原材料一定的情况下，滚塑成型的温度参数对制品的质量有直接的影响，因此滚塑成型工艺中对温度的自动控制成为了滚塑行业内关心的焦点。目前的直火式滚塑成型设备没有配备温度实时监测装置和自动控温装置，一般都是工人使用红外测温枪，定点定时的去测量模具表面的温度，然后根据测量得到的温度，工人根据经验去判断大小，手动调节燃气管道上的流量阀门，控制燃气流量大小，达到控温的效果。这样不仅安全性差，而且很难控制滚塑工艺过程中模具内外壁的温度和物料的温度变化。由于不能实时并精确的监测和调节成型工艺过程中的温度参数，滚塑成型效率低、能耗大，所加工出的制品质量精度不高，滚塑成型原材料的选择应用受限，滚塑成型技术的应用领域受限。在已有的测温方法中，分为接触式测温和非接触式测温。因为直火式滚塑工艺中，采用直火加热，所以接触式测温方式因环境原因无法安装在滚塑模具表面。在非接触式测温中，红外测温技术适应滚塑现场环境，所以目前的直火式滚塑成型工艺中通常采用红外测温技术来监测滚塑模具表面温度，但是已有的直火滚塑机上没有配备实时检测温度的设备，主要是工人采用红外测温枪进行测温，不仅不能实时的反馈出温度大小，而且还无法监测整个滚塑模具体表面的温度。在已有技术的基础上，本发明采用按轴向移动的红外温度传感器，可以实时的监测整个模具表面的温度，自动的监测滚塑过程中温度的变化。
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其中红外温度传感器是利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器中依赖于温度的性能发生变化。监测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变换来探测辐射的。当器件接收辐射后，引起一非电量的物理量变化时，也可通过适当变换变为电量后进行测量。红外温度传感器又名红外测温探头，红外测温传感器，红外温度探头。也可称作固定式红外测温仪。红外测温仪可以不接触目标而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触测温是红外测温仪的最大的优点，使用户可以方便的测量难以接近或移动的目标。在已有的直火式滚塑成型工艺中，采用燃气加热滚塑模具表面，使模具中的物料融化成型，但是燃气流量的控制成为滚塑成型中又一个难题。目前的直火式滚塑机没有配备自动控制燃气流量的设备，导致滚塑成型中的温度无法控制，本发明采用电动执行机构对燃气流量进行自动控制，可以实现滚塑过程中对滚塑模具表面的温度进行自动控制。其中电动执行机构是电动单元组合式仪表中的执行单元。它是以单相交流电源为动力，接受统一的标准直流信号，输出相应的转角位移，操纵风门、挡板等调节机构，电动执行机构还设有电气限位和机械限位双重保护来完成自动调节的任务。它在电力、冶金、石油化工及锅炉系统的上水及风门挡板的调节等部门得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的滚塑工艺中直火式滚塑模具表面温度主要依靠人工测量，手动调节燃气流量造成温度控制精度低、反应滞后等问题，设计一种利用红外扫描仪自动监测滚塑模具表面轴向温度，并利用燃气管道上的电动执行机构控制燃气流量进而控制温度的滚塑工艺中模具温度的自动控制方法。它利用装有红外温度传感器的支架来回移动，实现对整个模具表面温度的实时监测，并与工业控制计算机进行通讯，通过工业控制计算机把监测温度值与设定温度值的差值传输给信号处理模块，信号处理模块把温差信号转化成流量信号，传输到电动执行机构上，调节阀门开度，控制燃气流量，进而实现滚塑过程中温度的自动控制。本发明通过红外温度传感器、工业控制计算机、信号处理模块、电动执行机构的集成，形成了一个温度监测、差值分析、控制燃气流量、温度再监测、流量再调节的闭环控制回路，直至把温度调节到需要的范围内，解决了直火式滚塑工艺无法实时的监测温度和控制温度的难题，极大的减小了劳动强度和生产事故，提高滚塑的质量。本发明的技术方案是:
一种滚塑工艺中模具温度的自动控制方法，其特征是它包括以下步骤:
(1)开启总燃气阀门，向各个燃气管道通入燃气，加热滚塑模具表面，使模具表面预热10分钟左右后,关闭总燃气阀门，进行装料；
(2)装料完毕后，开启总燃气阀门，加热滚塑模具表面；通过安装在滚塑机上的伺服电机，利用丝杆传动使装有红外温度传感器的支架轴向移动，获得滚塑模具轴向的温度数据；
(3)温度数据经 过放大和A/D转换，通过RS232接口传输给工业控制计算机；
(4)工业控制计算机对温度数据进行均值化处理；
(5)工业控制计算机根据处理好的温度数据进行分析，分析的结果在人机界面中以图表的形式显示出来；
(6)工业控制计算机根据滚塑模具上每个区域温度检测值与温度设定值之差，发送温差信号给信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理，转化为相对应的流量控制信号，输入到对应燃气管道的电动执行机构上；
(7)电动执行机构接收到流量控制信号，调节阀门开度，改变燃气流量，控制滚塑模具表面的温度；
(8)工业控制计算机接收调节过后测得的温度与设定的温度值再比对，若差值仍超出要求的范围，则再调节燃气流量，如此循环调节，直至监测温度与设定温度的差值保持在设定的范围内。所述的步骤(2)中控制支架按轴向来回移动，具体控制步骤如下:
(1)工业控制计算机发送正脉冲信号给伺服电机，伺服电机正向转动，带动支架正向移动；
(2)在滚塑模具两端安装限位开关，当支架接触到限位开关后发送信号给工业控制计算机；
(3)工业控制计算机发送反向脉冲给伺服电机，伺服电机反向转动，带动支架反向移动。所述的步骤(5)中，对监测的轴向温度数据进行处理，方法为:把滚塑模具分为几个区域，区域的数量根据燃气喷嘴的数量来定，一个燃气喷嘴对应一个区域；工业控制计算机把所有区域的温度监测值取平均值，并分别与温度设定值做差，得到每个区域的温差值，以二维温度分布直方图的形式显示在人机界面上。所述的步骤(5)中，显示的图表中包括温度色度图，方法为:人机界面中显示滚塑模具的三维模型，在模型表面以不同颜色表示温度差异，形成一个滚塑模具实体的温度色度图。所述的步骤⑶中，滚塑模具表面监测的温度与设定的温度之差差值为+10 ,内以保证控制精度。本发明的所述步骤(4)中，由于现场水蒸气、粉尘颗粒等对测温效果产生的影响，为了提高精度，应该在轴向温度分布中进行滤波处理，即对4个扫描周期内同一位置处的温度值取平均值。本发明的所述步骤(4)中，对监测的轴向温度数据进行处理，方法为:把滚塑模具分为几个区域，区域的数量根据燃气喷嘴的数量来定，一个燃气喷嘴对应一个区域。工业控制计算机把每个区域温度监测值取平均值，并分别与温度设定值做差，得到每个区域的温差值，以二维温度分布直方图的形式显示在人机界面上。本发明的有益效果是:
本发明与现有技术相比，具有以下优点:
(I)通过装料前的预热，可以使整个滚塑模具表面获得一个初始温度，使后续滚塑过程中模具表面的温度控制的同步性得到提高。(2)利用安装红外温度传感器的支架沿轴向左右平移，可以实时的测量滚塑模具表面温度，实时性强。(3)利用工业控制计算机接收和处理温度信号，以图表的形式反应当前实际温度与设定温度的差值，实时性强，控制简洁，一目了然。(4)利用工业控制计算机与信号处理模块的结合，可以把温差信号转换为对应的流量控制信号，响应速度快，调节能力高。(5)利用燃气管道上的电动执行机构接收流量控制信号，控制燃气流量，控制方便，劳动强度小。(6)利用红外温度传感器、工业控制计算机、信号处理模块、电动执行机构的结合，使滚塑过程中的温度实现自动化监测与控制，自动化程度高。本发明结合红外温度传感器和电动执行机构，利用轴向移动的红外温度传感器，实时监测滚塑模具表面的温度情况，并且利用工业控制计算机根据测得的温度与设定的温度值进行比较，控制燃气管道上的电动执行机构控制燃气流量，实现温度的实时监测和控制。本发明创造性地把红外测温技术与电动控流技术结合起来，形成了一个温度监测、差值分析、控制燃气流量、温度再监测、流量再调节的闭环控制回路，直至把温度调节到需要的范围内。不仅解决 了直火式滚塑工艺中实时监测温度和自动控制温度的难题，而且能够精确的监测和调节成型工艺过程中的温度参数。本发明是利用先进技术改造传统产业的又一典范，与当年利用单片机改造机床提高自动化水平有异曲同工之妙。
图1是本发明中的滚塑机示意图。图2是本发明的红外温度扫描传感器的安装结构示意图。图中:1.电机，2.钢丝绳，3.滚塑机平台，4.三角支架，5.流量传感器，6.电动执行机构，7.燃气喷嘴，8.滚轴，9.滚塑模具，10.红外温度传感器，11.丝杆，12.工业控制计算机，13.信号处理模块,14.联轴器,15.伺服电机,16支架。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便更好地理解本发明的实质性内容。参阅图1、图2所示的聚乙烯储罐的容积为200# 3。滚塑过程中采用燃气喷嘴燃
烧的直火式滚塑，其模具表面温度的监测和控制的方法如下:
(1)打开总燃气阀门，加热滚塑模具9表面，并打开电机1，使滚塑模具9转动，预热10分钟左右(正负误差控制在I分钟以内，即可预热9-11分钟，过长和过短均为影响控制精度)；
(2)关闭总燃气阀门和电机1，在滚塑模具中加入事先计算好质量的聚乙烯颗粒，料加好后合上模具，启动电机I，滚塑模具9转动，并且打开总燃气阀门，通入燃气，加热滚塑模具9表面；
(3)通过安装在滚塑机平台3上的伺服电机15，利用丝杆11传动控制装有红外温度传感器10的支架16来回轴向移动；伺服电机15通过联轴器14与丝杆11相连，支架16可采用丝杠螺母来代替。(4)通过安装在支架16上的红外温度传感器10，以轴向扫描方式获得滚塑模具9的表面温度数据；
(5)温度数据经过放大和A/D转换处理，通过RS232接口传输给工业控制计算机12；
(6)工业控制计算机12对温度数据进行处理，生成轴向二维温度分布直方图和滚塑模具温度色度图，并显示在人机界面上；具体实施时由于本实施例的罐体长度方向较长，因此把滚塑模具按轴向分为20个区域，以便与滚塑机上的20个燃气喷嘴7相匹配。工业控制计算机把每个区域温度监测值取平均值，并分别与温度设定值做差，得到每个区域的温差值，以二维温度分布直方图的形式显示在人机界面上。在可视化界面上的温度色度图中，可在滚塑模具的三维图上以不同的颜色显示出温度差异，清晰的反应出滚塑模具表面温度状况。(7)工 业控制计算机12根据每个区域的温度检测值与温度设定值之差，判断差值是否在±10*^7以内，若超过此温度范围，则发送温差信号给信号处理模块13，信号经过信号处理模块13处理，输出流量控制信号，输入到对应区域的燃气喷嘴7的电动执行机构6上，调节阀门开度，控制燃气流量(燃气流量由流量传感器5测定);在滚塑成型过程中，滚塑模具表面加热温度一般控制在190°C -200°C，加工的储罐质量较好，所以在本实施例中温度设定值为195°C，温差判断差值的最佳范围为±5°C。工业控制计算机把每个区域的温度检测值与温度设定值之差转化为电信号输入到信号处理模块，信号处理模块判断差值，输出相对应的流量控制信号，输入到对应的电动执行机构上控制燃气流量。(8)工业控制计算机12接收调节过后的温度数据，再与温度设定值比对，如果还超过(最佳±5°C)，则再发送信号给信号处理模块13，对燃气流量进行再调节，如此循环监
测、调节，使每个区域的温度监测值与温度设定值的差值保持在±10^ (最佳±5°C)以内。本发明未涉及部分 与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种滚塑工艺中模具温度的自动控制方法，其特征是它包括以下步骤: (1)开启总燃气阀门，向各个燃气管道通入燃气，加热滚塑模具表面，使模具表面预热10分钟左右后,关闭总燃气阀门，进行装料； (2)装料完毕后，开启总燃气阀门，加热滚塑模具表面；通过安装在滚塑机上的伺服电机，利用丝杆传动使装有红外温度传感器的支架轴向移动，获得滚塑模具轴向的温度数据； (3)温度数据经过放大和A/D转换，通过RS232接口传输给工业控制计算机； (4)工业控制计算机对温度数据进行均值化处理； (5)工业控制计算机根据处理好的温度数据进行分析，分析的结果在人机界面中以图表的形式显示出来； (6)工业控制计算机根据滚塑模具上每个区域温度检测值与温度设定值之差，发送温差信号给信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理，转化为相对应的流量控制信号，输入到对应燃气管道的电动执行机构上； (7)电动执行机构接收到流量控制信号，调节阀门开度，改变燃气流量，控制滚塑模具表面的温度； (8)工业控制计算机接收调节过后测得的温度与设定的温度值再比对，若差值仍超出要求的范围，则再调节燃气流量，如此循环调节，直至监测温度与设定温度的差值保持在设定的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤(2)中控制支架按轴向来回移动，具体控制步骤如下: (1)工业控制计算机发送正脉冲信号给伺服电机，伺服电机正向转动，带动支架正向移动； (2)在滚塑模具两端安装限位开关，当支架接触到限位开关后发送信号给工业控制计算机； (3)工业控制计算机发送反向脉冲给伺服电机，伺服电机反向转动，带动支架反向移动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤(5)中，对监测的轴向温度数据进行处理，方法为:把滚塑模具分为几个区域，区域的数量根据燃气喷嘴的数量来定，一个燃气喷嘴对应一个区域；工业控制计算机把所有区域的温度监测值取平均值，并分别与温度设定值做差，得到每个区域的温差值，以二维温度分布直方图的形式显示在人机界面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤(5)中，显示的图表中包括温度色度图，方法为:人机界面中显示滚塑模具的三维模型，在模型表面以不同颜色表示温度差异，形成一个滚塑模具实体的温度色度图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤(8)中，滚塑模具表面监测的温度与设定的温度 之差差值为±10%:，内以保证控制精度。
全文摘要
本发明公开了一种滚塑工艺中自动控制模具温度的方法，其采用红外温度传感器监测滚塑模具表面温度，并利用安装在燃气管道上的电动执行机构控制燃气流量，进而自动控制滚塑温度。通过安装在滚塑机上的伺服电机，利用丝杆传动使装有红外温度传感器的支架来回移动，测量滚塑模具轴向上的温度，温度信号经过信号处理输入到工业控制计算机，生成滚塑模具实体的温度色度图和二维温度分布直方图，并且根据温度监测值与给定值之差，通过信号处理模块把温差信号转化为相对应的流量信号，控制对应管道上的电动执行机构，调节阀门开度，控制燃气流量，从而实现滚塑过程中温度的闭环控制。本发明极大的降低了劳动强度，提高了精度，可根据滚塑要求实现滚塑过程中温度的自动控制。
文档编号B29C41/52GK103240832SQ20131019439
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者周建忠, 吴天成, 王江明, 陈亮, 黄舒, 王宏宇, 陈寒松, 盛杰, 梅於芬 申请人:无锡新开河储罐有限公司, 江苏大学