超临界CO2发泡塑料挤出机组微机在线自动测控系统研制

1、摘要摘 要通过了解超临界CO2发泡塑料的发泡原理与单、双螺杆挤出机的工作原理，从而确定影响挤出机生产发泡塑料制品质量的三个工艺参数（超临界CO2的流量、机筒内的温度和压力）。为了实现在线自动测控，而了解并学习组态王软件，利用其所具有的功能完成模拟生产发泡塑料的工艺过程并实现相关参数变量数值变化的记录与曲线描绘。本文介绍了超临界CO2发泡塑料的发泡原理与单、双螺杆挤出机的工作原理，在确定参数的同时也确定了所需测量元件，并利用图文并行的方式，记录了模拟生产发泡塑料的过程及参数变量的数值变化与曲线描绘。事实证明，系统图形界面友好、数据采集准确可靠、操作方便、安全稳定。 关键词：超临界CO2 发泡塑料

2、 挤出机 组态王 在线测控IIIABSTRACTABSTRACTBy understanding the principle of foaming of Supercritical CO2 foam plastic and the principle of one or twin-screw extruder working , then I came up with the impact of the extruder foam plastic products, the quality of the three process parameters (the flow of supercr

3、itical CO2, temperature and pressure of the machinebarrel melt ). In order to take an online automatic monitoring and controling, by understanding and learning king view, because of it's functions, we have completed the process to simulate the production of foamed plastic and the parameter varia

4、ble value changes recorded and curve tracing. This article describes the principle of foaming Supercritical CO2 foam plastic and the principle of single or twin-screw extruder working, to define the parameters at the same time also define the required measuring element and graphics parallel to recor

5、d analog the production of foam plastics process and the value of the parameter variables change and curve tracing. It is found that graphical and interface of the system are friendly, the data collected is accurate and reliable, easy to operate, safe and stable.Keywords: supercritical CO2 foam plas

6、tic extruder king view online measurement and control目录目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 超临界CO2发泡塑料概况11.2 本次的设计任务、设计思想、设计特点11.3本挤出系统的简单工艺流程和系统中各个装置的作用3第二章 超临界CO2发泡塑料挤出机微机在线系统设计42.1超临界CO2流体萃取42.1.1超临界流体技术简介42.1.2超临界流体萃取过程的主要设备72.1.3超临界CO2流体萃取工艺流程及装置82.2挤出机的选择及应用102.3测试系统设计122.3.1工艺参数的确定122.3.2 测试元件的选择142.3.

7、3 微机在线测试系统方案15第三章 硬件系统配置163.1 系统硬件部分器件的选择163.2数据采集系统163.2.1 A/D转换器的选择原则：173.2.2 数据采集系统硬件设计的基本原则183.3现场总线19第四章 软件测试系统的在线测控设计214.1 组态王软件的介绍：214.1.1组态王概述214.1.2工程管理器214.1.3画面开发和运行224.2组态王监测系统简介234.2.1工程浏览及创建234.2.2主界面的设计254.2.3 实时趋势曲线与历史趋势曲线274.2.4 实时报表与历史报表29结束语31致 谢32参考文献33科技外文翻译34第一章 绪论第一章 绪论1.1 超临界

8、CO2发泡塑料概况微孔塑料一般是指泡孔直径为 0 . 1 10 m 、泡孔密度为 10 9 10 15 个/cm 3 、材料密度相比发泡前可减少5 % 95 %的新型泡沫塑料。其最先由美国麻省理工院的 N P Suh 教授领导的研究小组于 20 世纪80 年代初研制成功 , 随后由美国 Trexel公司于 20 世纪 90 年代实现市场化。经过近 30 年的发展 , 现已开发出以聚苯乙烯( PS)、聚丙烯( PP)、聚乙烯( PE)、 聚氯乙烯( PVC)、 聚碳酸酯( PC)、 聚己酸内酯( PCL)、聚全氟乙丙烯( FEP)、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)和聚乙烯醇缩丁醛( PVB)等树脂

9、为基体的微孔塑料。生产超临界CO2发泡塑料所用原料主要为：超临界CO2和聚丙烯树脂。聚丙烯树脂发泡材料更是以其独特而优越的性能成为泡沫塑料行业中的热点。通常的聚苯乙烯泡沫最高使用温度约80,聚乙烯泡沫使用温度也很少超过100。聚丙烯树脂发泡塑料制品具有良好的热稳定性(最高使用温度达130）和高温下制品尺寸良好稳定性,较高的韧性、拉伸强度和冲击强度,适宜和柔顺的表面,优异的微波适应性以及可降解性。但是聚丙烯是一种结晶聚合物,其发泡只能在其结晶熔点附近进行,超过熔点,熔体粘度迅速下降,且普通聚丙烯树脂的熔体粘度很低,因此发泡成型非常困难。1.2 本次的设计任务、设计思想、设计特点设计任务：实时监控

10、超临界CO2发泡塑料挤出机生产时机筒内的温度、机筒的压力和CO2输入的流量。设计思想：利用组态王软件系统，实时监控并记录温度传感器输入的温度、压力传感器输入的压力以及空气流量传感器输入的流量。设计特点：组态王软件具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。流程图：倒料站储料罐主称副称热混冷混干料仓主机料斗剂出

11、机机头定径套喷淋箱喷码机牵引机行星锯加热炉胀口机翻管机检测入库。 简单工艺流程：通过混料系统将所需各种原料经热混、冷混等步骤均匀混合后，吹入干料仓中待用。罗茨风机将料吸入主机下料斗，通过各种不同的加料方式，如KMD-60螺杆采用计量加料，KMD-114采用重力加料等送入挤出机，物料在挤出机中通过螺杆的剪切和外热的作用，平均塑化后进入挤出机机头，物料在机头中被赋予一定的形状，并进一步塑化后离开挤出机。系统中各个装置的作用：塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。挤压系统: 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所

12、建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的1530倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。 料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具，机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀

13、平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒里塑化压实，经过多孔滤板沿固定的流道通过机头脖颈流进机头的成型模具，模芯模套适当配合，形成了截面不断减小的环形的空隙，使塑料熔体在芯线周围形成了连续密实的管状的包覆层。为了保证机头里塑料流道合理，消除积存的塑料死角，往往安置有分流套筒，为了消除塑料挤出时的压力波动，也有设置均压环。机头上还装有模具校正与调整的装置，便于调整与校正模芯与模套的同心度。挤塑机按照机头的料流方向与螺杆中心线夹角，将机头分成了斜角机头（夹角120度）和直角机头。机头外壳是用螺栓固定在了机身上，机头内的模具有模芯座，并用螺帽固定在了机头进线端口，模芯座前面装有模芯，

14、模芯和模芯座中心有孔，用于通过芯线 ，在机头的前部装有均压环，用以均衡压力，挤包的成型部分由模套座与模套组成，模套位置可由螺栓通过支撑来调节，用于调整模套对模芯的相对位置，以便调节挤包层的厚度的均匀性。机头的外部装有加热装置与测温装置。传动系统传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。而在结构基本相同的前提下，减速机的制造成本大致与其外形尺寸及重量成正比。因为减速机的外形和重量大，意味着制造时消耗的材料多，另所使用的轴承也比较大，使制造成本增加。同样螺杆直径的挤出机，高速高效的挤出机比常规的挤出机所消耗的能量多，电机功率加大一倍，减速机

15、的机座号相应加大是必须的。但高的螺杆速度，意味着低的减速比。同样大小的减速机，低减速比的与大减速比的相比，齿轮模数增大，减速机承受负荷的能力也增大。因此减速机的体积重量的增大，不是与电机功率的增大成线性比例的。如果用挤出量做分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数大。以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制造成本比普通挤出机低。加热冷却装置加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所

16、需要的温度。冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。1.3本挤出系统的简单工艺流程和系统中各个装置的作用工艺流程图：主称副称热混冷混干料仓主机料斗剂出机机头定径套喷淋箱喷码机牵引机行星锯加热炉胀口机翻管

17、机检测入库简单工艺流程：通过混料系统将管材所需各种原料经热混、冷混等步骤均匀混合后，吹入干料仓中待用。罗茨风机将料吸入主机下料斗，通过各种不同的加料方式，如KMD-60螺杆采用计量加料，KMD-114采用重力加料等送入挤出机，物料在挤出机中通过螺杆的剪切和外热的作用，平均塑化后进入挤出机机头，物料在机头中被赋予一定的形状，并进一步塑化后离开挤出机。39广东石油化工学院本科毕业设计：超临界CO2发泡塑料挤出机组微机在线自动测控系统研制第二章 超临界CO2发泡塑料挤出机微机在线系统设计采用超临界流体作为发泡剂制备微孔塑料制品出现于上世纪 90 年代，其制备机理主要为超临界流体快速降压法，又被称为“

18、solvent free”法，如果将超临界二氧化碳 聚合物饱与溶液形成的均相聚合物/发泡剂的体系，在某个温度下恒温，迅速地降压，由于快速地改变压降使CO2在聚合物中的溶解度突然降低，聚合物溶液过于饱和，造成体系热力学的不稳定，从而发生了相的分离，在聚合物内形成大量细小的晶核，这些晶核持续生长，气泡达到了稳定以后，最终得到具有微泡结构的聚合物材料。在微孔聚合物制备中，采用了超临界技术，具有以下的优点： 在相同的温度下，使用超临界二氧化碳可以达到更高的平衡浓度，故可得到更高的泡孔密度与更小的泡孔直径。根据经典成核的理论，平衡浓度增大与饱和压力提高，可以使成核速度显著增加，从而使得泡孔密度增高，泡孔

19、的直径减小；传质系数高，可以在较短的时间内，达到平衡浓度，从而缩短了加工时间，使得微孔聚合物制备工业化成为可能。2.1超临界CO2流体萃取2.1.1超临界流体技术简介 图2-1纯流体的典型压力-温度关系图当流体的温度与压力处于它的临界温度与临界压力以上的时候，称该流体处在超临界状态。图2-1所示就是纯流体的典型压力-温度的关系，图中线AT表示了气-固平衡的升华曲线，线BT表示了液-固平衡的熔融曲线，线CT表示了气-液平衡的饱与液体的蒸汽压曲线，T点就是气-液-固三相共存的三相点。根据相律，当纯物质以气-液-固三相共存的时候，确定了系统的状态自由度是零，也就是各个纯物质都有自己的确定三相点。把纯

20、物质沿着气-液饱着线升高温，当达到了图中的C点的时候，气-液分界面就会消失，体系的性质就会变为均一，不再是气体与液体，因此C点称为了临界点。与该点相对应的是温度与压力，分别称为临界温度与临界压力。图中高于临界温度与临界压力的区域就是属于超临界流体状态。此时，向这个状态气体稍微加压，气体就不会液化，只不过超临界流体密度会显著地增大，几乎可以与液体相比拟。具有类似液体的性质，与此同时还能够保留气体的性能，但是表现出若干特殊的性质。气体、液体与超临界流体的性质见表2-1。表2-1 气体、液体和超临界流体的性质从表2-1中的数据就可以看出，超临界流体的密度比气体的密度要大几百倍，具体数值与液体相差不多

21、；其黏度仍然是接近气体，但是与液体相比，要小了两个数量级；扩散系数介于气体与液体之间，大约是气体的1/100，比液体的要大几百倍。故，超临界流体不仅仅具有液体对溶质有比较大的溶解度的特点，还具有气体易于扩散与运动的特性，其传质速率大大高于液相过程，也就是说超临界流体兼具气体和液体的性质。更重要是，在临界点左右，压力与温度的微小变化都可以引起流体密度较大的变化，并对应地表现为溶解度的变化，由此可利用压力、温度的变化来实现萃取与分离的过程。由于超临界流体具有以上优越性，故超临界流体的萃取效率应当液-液萃取。超临界流体萃取与液-液萃取的比较见表2-2。表2-2 超临界流体萃取与液-液萃取的比较由表2

22、-3中数据知，多数烃类临界压力在4MPa附近，同系物的临界温度随着摩尔质量增大而提高。在表2-3中所列各种物质中以CO2最受注意，是超临界流体技术中极为常用的溶剂。CO2的临界温度为31.06，可以在室温附近实现超临界流体的技术操作，以节省能耗；临界的温度不算高，对设备要去相对较低；超临界CO2流体密度较大，对大多数的溶质具有较强的溶解能力，传质的速率较高，而水在二氧化碳相中溶解度却很小，这性质有利于用近临界或者超临界二氧化碳来萃取分离有机水溶液；CO2还具有不可燃、便宜易得、化学安定性好以及易从萃取产物中分离出来等一系列的优点。另外，轻质烷烃与水用作超临界溶剂也各具特色。表2-3 一些常用作

23、萃取溶剂流体的临界性质2.1.2超临界流体萃取过程的主要设备超临界CO2流体萃取装置研究现状超临界CO2液体萃取技术在我国经过近二十年的研究和发展，已经具有了我国学术界与各研究机构独自的特点，从数学建模到萃取应用技术工艺流程的优化，使我国超临界流体萃取技术有了相当规模的发展。近20多年来国内的各高科技企业研究了小规模、中试等具有一定自动化程度的超临界流体萃取装置。但是，目前我国的超临界萃取装置的发展状况还远远赶不上国际领先水平，特别是大规模、工业化生产所需的超临界流体萃取装置的研制。国内的大部分研究集中在超临界试验装置和中试装置上，针对如何解决超临界流体相平衡的理论与萃取装置相关的压力平衡、流

24、体运动的控制、物料装填连续萃取等相关的问题而研发出适合工业化规模生产的超临界萃取装置显得尤为重要。同时，为保证超临界流体技术的工艺手段，设备是关键的一个环节，如何保证萃取装置的先进性、可靠性，其工艺过程的控制精度是各研究机构与应用人员及使用单位关注的焦点。目前从国外引进的萃取装置与国内一些一流的装置均采用工业计算机监控系统，利用变频技术与各种变送器、压力调节阀和带有RS232、RS485接口的智能仪表，通过计算机绘制的动画流程图，编程软件对压力、流量、温度进行监控，以此保证萃取装置的可靠性与数据的精确性。为了使我国的研究试验装置与工业化装置缩小与国外装置的差距，发展我国在这一领域的工业技术，中

25、国航天科工集团乌江机电设备公司近年来在国家经贸委、贵州省经贸委、贵州省科技厅的扶持下，以中科院地球化学研究所、山西煤炭化学研究所为技术支持，消化吸收国内外先进技术经验，根据国内需求在超临界CO2萃取装置研制方面设计出具有快开装置的工业化装置，并采用目前国际最先进的PLC（可编程序控制器）工业计算机控制技术，在试验装置与工业化装置中研究应用，取得了一定的技术经验，为发展我国自己的高新技术工业化萃取装置走出了一条道路。 超临界萃取装置从功能上大体可分为八部分:萃取剂供应系统，低温系统、高压系统、分离系统、萃取系统、改性剂供应系统、计算机控制系统和循环系统。具体包括CO2注入泵、萃取器、压缩机、分离

26、器、二氧化碳储罐、冷水机等等设备。由于萃取的过程在高压下进行，所以对设备和整个管路系统的耐压的性能要求较高，生产的过程实现微机自动监控，可大大提高系统安全可靠性，并且降低运行成本。2.1.3超临界CO2流体萃取工艺流程及装置 超临界流体萃取的主要工艺流程超临界CO2体萃取基本流程包括萃取与分离两个阶段。萃取阶段是指溶质由药材转移到二氧化碳流体中的过程。当压力、温度调节到超过二氧化碳临界状态以上的时候，其对药材中某些特定的溶质具有足够高的溶解度而发生溶解；分离阶段是指溶质与二氧化碳分以及不同溶质间的分离。溶解有溶质的CO2流体进行节流减压，然后在热交换器里面通过调节温度变为气体，对溶质溶解度降低

27、，使溶质析出。当析出的溶质与气体一同进入分离釜后，溶质和气体分离而沉降到分离釜底部，气体进入冷凝器里面冷凝液化，然后经高压泵升压 （使其压力超过临界压力），在流过换热器时被加热 （使其温度超过临界度），重新达到了超临界状态，进入萃取釜中再一次进行提取。萃取工艺流程示意如1。 图2-2 萃取工艺流程图根据文献归纳超临界流体萃取工艺主要可以分为3种基本工艺方法等温法、等压法与吸附法，如图2所示。图2-3 等温法、等压法和吸附法示意图等温法萃取过程的特点就是萃取釜和分离釜等温，萃取釜的压力高于分离釜的压力。利用高压下CO2对溶质的溶解度远远高于低压的溶解度这个特性，将萃取釜中二氧化碳选择性溶解的目标

28、组份在分离釜中析出并成为产品。降压的过程采用减压阀，降压后CO2流体通过制冷称为液态，压缩机或者高压泵将其打回到了萃取釜中循环利用。等压法萃取过程的特点就是萃取釜和分离釜处于相同压力，利用二者的温度不同时二氧化碳流体对物质溶解度差别来达到分离的目的。吸附法一般都是在超临界萃取中很少应用，它在萃取釜压力和分离釜压力相同、萃取釜与分离釜等温状态下，利用分离釜中填充进去特定的吸附剂将CO2流体中分离目标组份选择性地吸附除去，然后定期再生吸附剂就可以达到了分离目的。在超临界萃取中一般采用等温法，因为温度变化对二氧化碳流体的溶解度影响远远小于压力变化的影响。而通过改变温度等压法工艺过程，虽然可以节省压缩

29、能耗，但实际分离性能受到很多的限制，使用价值较低。故通常超临界二氧化碳萃取过程往往采用改变压力的等温法。超临界CO2流体萃取工艺参数主要包括：萃取压力、萃取温度、二氧化碳流量、萃取时间、药材粉碎度、夹带剂种类及用量等。萃取工艺是以充分利用二氧化碳流体溶解度的差别为主要的控制指标。萃取釜的压力提高，有利于溶解度增加，但是压力过高将增加设备的投入与增加能耗，从经济指标考虑，工业化应用的萃取过程往往都选低于32 MPa压力。分离釜是产品分离与CO2流体循环的组成部分。分离的压力越低，萃取与分离解析的溶解度差值越大，就越有利于分离过程的效率的提高。这对普通的中、小型装置较为适用。对于工业化装置来说，由

30、于工业化装置的二氧化碳流体需冷却液化后循环利用，不能选用过低的压。在大型装置中，分离压力一般都在5.56.0 MPa，个别装置的分离压力在10 MPa左右。2.2挤出机的选择及应用塑料挤出机的类型塑料挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长，混合均匀。单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的不同之处在

31、于挤出机的机筒内有两根螺杆配合工作，工作时两根螺杆同速旋转，协作完成对树脂的强制向前推进和塑化工作，这种在机筒内有两根螺杆同时工作的挤出机，称双螺杆挤出机。双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。在双螺杆挤出机的基础上，为了更容易加工热稳定性差的共混料，现在又开发出多螺杆挤出机，如光华塑料挤出机等。双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的区别：1.双螺杆挤出机对树脂挤塑熔融过程中产生的摩擦热量少2.树脂在双螺杆挤出机的机筒内塑化所受双螺杆啮合剪切作用稳定均匀，原料被混炼塑化的质量较好。3.原料在机筒内

32、熔融塑化时间较短（即原料在机筒内停留时间比在单螺杆机筒内停留的时间短），生产效率比单螺杆挤出机高。4.可直接用粉料在双螺杆挤出机内挤出、混炼塑化树脂，产品质量也较稳定，节省了聚氯乙烯等树脂用单螺杆挤出机成型制品时要先混炼造粒的工序。5.双螺杆啮齿旋转工作，机筒内残料可以自动清理。表2-4 单螺杆挤出机和双螺杆挤出机工作特点比较通过以上分析可得，应选用双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的类型比较多，常用的分类方法是以挤出机的机筒内两根螺杆的旋转方向分，或按两根螺杆装配后的轴心线是否平行来分类。（1 ）双螺杆挤出机按机筒内两根螺杆工作时的旋转方向分，可分为同向旋转双螺杆挤出机和异向旋转双螺杆挤出机。（2）

33、 按双螺杆装配在机筒内两轴心线是否平行，可分为轴心线平行的啮合异向旋转双螺杆挤出机和轴心线相交的啮合异向旋转锥形双螺杆挤出机。挤出机的选择条件：1.要根据生产制品用原料的性能来决定选择哪种类型的双螺杆挤出机2.要从选择双螺杆挤出机的用途来考虑，即选择的挤出机是用于混合塑料造粒，还是用于挤塑成型型材。3.从要求双螺杆挤出机的产量以及制品截面尺寸的规格大小等方面考虑，来选择双螺杆挤出机直径尺寸大小。选择双螺杆挤出机，一般的规律是： 挤出生产异型材的时候，一般选用啮合型异向旋转圆锥形螺杆，又或者选择用圆柱形螺杆挤出机，也可以选择啮合型同向旋转双螺杆挤出机，啮合型异向旋转双螺杆挤出机用以生产型材的时候

34、，其对原料塑化剪切的作用比较强，原料的塑化熔融混炼均匀，比较适合PVC料的成型挤出。对用来配混原料，进行原料的混炼塑化后造粒的时候，往往选用啮合型同向高速旋转双螺杆挤出机，而螺杆的螺纹头数可以是两头或三头。2.3测试系统设计2.3.1工艺参数的确定挤出制品的质量由其外观，性能及尺寸精度等综合评定。 般来说，挤出机筒内尤其是机筒末端的塑料温度，压力及流量三个参数，这三个参数及其波动程度对制品的质量最有明显的影响。超临界CO2发泡挤塑料注射成型的主要工艺参数是压力、温度和流量等，压力包括注塑压力、模压力;温度包括料筒温度、熔体温度；流量主要是指超临界CO2的流量。吹塑成型过程中，在挤出口模结构尺寸

35、一定的情况下，支配型坯形状的关键是材料的粘弹性行为，而温度的高低直接影响型坯的形状稳定性和吹塑制品的表现质量。挤出机温度设定偏低，挤出机负载大，塑料塑化不良，熔体粘度大流动困难，剪切应力增加。提高挤出机的加热温度，可降低聚乙烯熔体的挤出口模压力和熔体粘度，使熔体粘度达到成型操作的要求，改善熔体的流动性，降低挤出机的功率消耗。同时，适当的机筒温度。在提高螺杆转速时不会影响物料的混炼塑化效果，有利于改善最终制品的强度和光亮度。储料机头温度太高，塑料的型坯强度明显降低，易发生型坯切口处料丝牵挂，型坯打褶，挤出的型坯易产生自重下垂现象，模具夹持口不能迫使足够量的熔料进人拼缝线内，造成底薄、拼接缝处强度

36、不足和冷却时间增长等弊病。温度过低，也会造成型坯壁厚不易受到控制、壁厚不均明显增大、吹塑易破裂等。熔料的“模口膨胀”效应会变得更严重，壁厚不均和内应力增大，甚至出现熔接不良，模面轮廓花纹不清晰等现象。温度低，也会造成挤出后型坯长度收缩和壁厚增大，离模膨胀效应加强，表面质量下降，严重时会出现如“鲨鱼皮”和“熔体破裂”等不稳定流动现象。压力调节当被加工物料的粘度范围变化很宽时，一般情况下，为了获得良好的挤出特性，要针对不同粘度的物料，将螺杆抽出进行重新组合，以获得适于这种物料特性的沿螺杆轴线方向的压力分布。众所周知，大规格的挤出机螺杆拆装是个及其麻烦的事，停车进行螺杆的组合会影响生产，也会浪费时间

37、与能量。对于粘度变化不多的相近配方的物料挤出，为了解决这个问题，可以在沿螺杆轴线方向的某一位置的相应机筒上面设置调压阀，通过连续的调节阀的开度来获得希望的沿螺杆的轴线的压力分布，而不必要对螺杆进行组合。实践证明，这是个好办法。这种压力调节阀的工作原理及其简单，就是通过一定的机械办法来改变螺杆预定部位物料沿着螺杆轴线的流通面积，用以改变对物料输入的机械能 （压力能与剪切能）的强度，改变螺杆预定部位物料的充满度，来控制挤出工程在预定的设计下来进行，以获得最佳的基础效果。当调节阀打开的时候，流通面积增大，阀的上游部位的机械能向着物料的压力能与剪切能的转变降低；当阀关闭的时候，阀上游螺杆区段的机械能向

38、着物料的压力能与剪切能的转变增加。当阀开启面积减少时，阀上游的物料在螺杆螺槽中的充满度增加，压力也增加；在其下游，可能创造一个缺料区 （取决于下游螺杆构型），充满度会降低，如果该区对准排气口或者加料口，则可用来排气或者添加物料。利用阀可实现在线调节，在尽可能短时间内重新实现稳定挤出。调节阀可以设在螺杆的末端螺杆头与口模之间的机头法兰上，用来调节口模压力；调节阀也可以设在与螺杆的某一区段相应的机筒上，用来调节该区段的压力分布。温度调节双螺杆挤出过程是一个热过程在这一过程中要向聚合物提供由固态转变为粘流态的热量。而双螺杆挤出过程的这种热量来源有两个，一个是外加热器提供的热传导，还有一个是由于螺杆对

39、物料的剪切，把电机的机械能转变成热能。最理想的挤出过程当是由加热器提供的热能加上机械能转化成的热能正好使聚合物完成由固态向粘流态的转变，而不要多于实现这一状态转变所需要的能量。但由于螺杆高速旋转，在有的情况下，由机械能转变成的热能加上加热器提供的热能大于状态转变所需的热能，这时非但不需要外加热器继续提供能量，还要采取措施把多余的热量移走，否则会造成聚合物过热分解，就是说，需要冷却。因此，挤出过程实际上是一种满足设定温度条件下的热过程。为提供这一温度条件，就需要加热和冷却装置以及控制系统。机筒的温控是通过把温控仪表、加热系统和冷却系统连接起来，组成温控回路来实现的。它应当既能控制加热，也能控制冷

40、却，并且二者之间没有死角，而稍微有点重叠可以减少波。图2-4 机筒温控原理图目前通行的是温度的定值控制，其原理图如图所示。由检测装置（热电偶）将控制对象的温度T测出，转换成热电势信号，输入到温度调节仪表与设定值T0进行比较，根据偏差T=T-T0 数值的大小和极性，由温度调节仪表按一定的规律去控制加热系统和冷却系统，通过对加热量的改变或者对冷却程度及冷却时间的改变，达到控制机筒（机头）温度并使之保持在设定值附近的目的。在整个机筒加热冷却系统的设计上，沿机筒轴线方向也可采用不同的加热冷却系统。2.3.2 测试元件的选择温度测试元件为了保证挤出制品的质量和产量，需要精确地测量熔体的温度，这一点对于那

41、些熔体加工温度接近其分解温度的高性能树脂尤为重要。温度对挤出过程有两大重要的影响：一是对流变性能的影响，二是对稳定性的影响。稳定性影响到能量的消耗、有害副产品的产生和机器的损害，因此，必须对熔体温度进行精确的测量和有效地控制，以避免上述问题。检测熔体温度并非易事，因为挤出机内剪切热的变化，会造成大部分熔体温度与接触筒壁温度产生很大差异，再加上大部分树脂热导性差，使这一问题更为棘手。而要获得精确的熔体温度，就需要选择适当的温度传感器和测量方法。现在国内外用于测量挤出机熔体温度的传感器有接触式和非接触式两种，它们的使用范围各不相同。通常采用接触法直接测量高温熔体的真实温度，温度传感器采用高精度耐高

42、温温度传感器，其安全使用温度范围为-30300之间。压力测试元件压力测试元件采用1100T高温型压力变送器，其主要用于工业现场过程压力控制、航空航天领域、石油化工行业、仪器医疗食品等行业、航海及造船行业、发电厂等测量蒸汽、热油等高温介质场合。量程为-0.1030 Mpa 内任意量程，最小量程：0-500Pa；安全使用温度范围为-30600；最大工作压力：2倍量程（10MPa以下），1.5倍量程（10MPa以上）。流量测试元件CO2流量测试元件选用相应的CO2流量计。2.3.3 微机在线测试系统方案用数据采集器采集通过传感器测试所需测试的参数的数据，通过模数转换、现场数据总线等传输到计算机，再利

43、用组态王软件编程实现所需功能。根据所选用的各硬件设备以及微机组态软件系统，建立以下测试原理图：图2-5 在线测试系统测试原理图第三章 硬件系统配置3.1 系统硬件部分器件的选择系统硬件部分的器件，主要有一台双螺杆挤出机、一台超临界CO2萃取装置、数据采集器、一个温度传感器、一个压力传感器、一个CO2流量计、一台计算机。挤出系统选用SJSH-30平行同向双螺杆挤出机，其螺杆直径为30mm，螺杆长径比(L/D)为32/48，螺杆转速为500r/min，主机功率为5.511kw，产量为530kg/h。超临界CO2萃取装置选用5L-SFE超临界CO2萃取装置，其主要作用是为了获得超临界CO2。由于采用

44、接触法直接测量高温熔体的真实温度，故温度传感器选用高精度耐高温温度传感器，其安全使用温度范围为-30300之间。压力传感器选用1100T高温型压力变送器，其量程为-0.1030 Mpa 内任意量程，最小量程：0-500Pa；安全使用温度范围为-30600；最大工作压力：2倍量程（10MPa以下），1.5倍量程（10MPa以上）。3.2数据采集系统数据采集就是把被测对象 （外界、现场）的每种参数（可以是物理量，可以是化学量、生物量等） 通过各种不同的传感元件进行适当转换以后，再经采样、量化、编码、传输等等步骤，最后送到了控制器进行数据处理或者存储记录过程。控制器通常由计算机承担。所以说计算机就是

45、数据采集系统的核心，它能够对整个系统进行控制，并且能够对采集的数据进行加工处理。用以数据采集的成套设备可称为数据采集系统。 数据采集系统的关键问题就是采集速度与精度。采集速度主要与采样频率、A/D转换速度等因素有关，而采集的精度主要与A/D转换器的位数有关。对任何物理量而言，为了使测试有意义，都要求有一定的精确度。提高数据采集的速度不仅仅是提高了工作效率，更主要的是扩大了数据采集系统的适用范围，便于实现动态测试。数据采集系统包括硬件和软件两大部分。硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。下图是数据采集系统硬件基本组成示意图。图3-1 数据硬件系统基本组成示意图数据传感器是按一定规律将被测数据转换成

46、便于进一步处理的物理量（一般为电压、电流、电脉冲或电阻）的器件。理想的传感器能把非电的物理量转变成模拟电量（如电压、电流或频率）。放大器的作用是放大或者缓冲输入信号。由于传感器输出的信号较小，为了有效利用A/D转换器的最大分辨率，需要将信号进行放大。传感器和电路中的器件常会发生噪声，人为的发射源也可以通过各种耦合渠道使信号通道染上噪声。这种噪声可以用滤波器来衰减，以提高模拟输入信号的信噪比。在数据采集系统中，往往要对多个物理量进行采集，即多路巡回检测，这可通过多路模拟开关来实现。多路模拟开关（MUX）的作用是将各通道输入的模拟电压信号，依次接到放大器和A/D转换器进行采样。多路模拟开关可以使许

47、多输入通道共用一套电平放大器，这样可以降低系统的成本。多路模拟开关可以分时选通来自多个输入通道的某一路信号，因此在多路开关后的单元电路（如采样/保持电路、A/D及处理器电路等）只需一套即可，从而节省成本和体积。其中，干簧继电器体积小，切换速度快，噪声小，寿命长，最适合在模拟量输入通道中使用。模拟通道的转换部分位于模拟开关之后，它包括采样/保持电路和A/D转换电路。采样/保持电路简称S/H，它是用在模拟/数字（A/D）转换系统中的一种电路，作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模/数转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模/数转换。A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或设备

48、，它是模拟系统和数字系统或计算机之间的接口。3.2.1 A/D转换器的选择原则：1. 根据模拟通道的总误差，选择A/D转换器精度及分辨率。用户提出的数据采集精度要求常常是综合精度的要求，它包括传感器精度、信号调节电路精度和A/D转换精度。应将综合精度在每个环节上进行分配，用以确定对A/D转换器精度的要求，用以确定A/D转换器的位数。2.根据信号对象的变化率以及转换精度的要求，确定A/D转换速度，保证系统的实时性要求。对于快速信号采集的时候，为保证有小的孔径误差通常要求有很高转换速度，这极大提高了A/D转换器的成本，且有时找不到高速的A/D转换芯片，因此对快速信号必须要考虑采样/保持电路，有的时

49、候还需要缓冲放大器。3.根据信号的特征，选择输入A/D转换器输入信号范围，是单极性的还是双极性，以及信号驱动能力等。还要考虑到参考电压是内部还是外加的，是固定还是可调的。4.根据环境条件来选择A/D转换芯片一些环境参数要求。5.根据计算机接口特征，考虑如何选择A/D转换器输出状态。6.其它因素。如成本、芯片来源、资源、是否是流行芯片等。这里选择了“逐次逼近式转换器”，它是当今应用最普遍的一种ADC，它的电路结构简单，功耗低。3.2.2 数据采集系统硬件设计的基本原则系统设计的目标在于保证采样速率、系统分辨率、系统精度等。为了保证系统性能指标，主要考虑系统输入信号的特性，如输入信号的通道数，是模

50、拟量还是数字量、信号的强弱及动态范围、信号的输入方式（单端输入还是差动输入，单极性还是双极性，信号源是接地还是浮地等）、是周期信号还是瞬态信号、信号的频带宽度、信号中的噪音及其共模电压的大小、信号源的阻抗等。系统结构是否合理对系统的可靠性、性能价格比等有直接影响。首先是硬件、软件功能的合理分配。原则上只要软件能做到的就不要用硬件。其次要考虑系统的布局以及接口特性，接口特性包括采用什么样的总线、采样数据的输出形式（串行还是并行）、数据的编码格式格式等。数据采集系统的基本结构设计数据采集系统时，首先根据被测信号的特点及对系统性能的要求来选择系统的结构形式。进行结构设计时，主要考虑被测信号的变化速率

51、和通道数以及对测量精度、分辨率、速度的要求等，此外还须考虑性价比。这里采用多通道并行数据采集系统。其每个通道都有独自的采样/保持器和A/D转换器，各个通道的信号可以独立进行采样和A/D转换。如下图所示，转换的数据可经过接口电路直接送到计算机中。这种结构的数据采集系统所用的硬件最多，速度最快。图3-2 多通道并行数据采集系统3.3现场总线目前比较流行的各种总线,都有各自的性能特点,适用场合以及优缺点。下面将它们与CAN总线进行一下比较。以CAN和Lonword采用的介质访问控制方式属于CSMA/CD方式,只不过在CSMA/CD方式的基础上有所改进。Lonwords采用的带预测P一坚持CSMA/C

52、D介质访间协议，其优点是根据网络的繁忙程度等待若干个时间片段来访问介质，较轻负荷的时候插入的时间片比较少，而重负荷时则相反，从而有效避免了网络的频繁碰撞。CAN总线也是采用CSMA总线争用技术，但是将网络上的节点分成了不同的优先级，采用支配位与避让位以及总线回读的方法实现了非破坏总线仲裁，也就是当两个节点同时向网络传递信息的时候，优先级低的节点主动地停止发送，而优先级高的节点可以不受影响地继续传输，这样可有效地避免总线碰撞。FF采用的是控制访问方式中的令牌总线的工作方式，也就是链路活动调动器LAS控制令牌传递的方式。Profibus总线存取协议采用的是混合介质存取的方式，即主站之间采用令牌传递

53、的方式，主站和从站之间按主从方式工作。其优点是保证了在任意时刻只能够有一个站能够发送数据，且任意一个主站在一个特定时间片段内都可以得到总线操作权，这样就可以完全地避免一了冲突。CAN标准很好地解决了以上问题，它是一种有效地支持分布式控制或者实时控制的串行通信的网络。CAN标准可采用多主方式，网络上任意的节点均可主动地向其它节点发送信息。CAN很明显地每个报文都能够带有优先权，11位的ID号码将使报文有2032种优先权，可见两者都有很好的实时处理的能力，不会因为网络的冲突而导致紧急的信息不能及时地发送出去。如果说两者之间真有差别的话，LON的优先权级别不够丰富，在某些特殊情况下可能不能满足应用要

54、求。可以认为LON比较适合于一些大型的，对于响应时间要求不太高的分布式控制系统，而CAN适用于小型的、实时要求高的系统。除去以上不同之外,总线还有其特有的一些特点：( 1 ) 可靠性高、结构简单：从总结构上看，系统所有传感器、显示器、执行器、计算机均智能化、模块化、数字化，并全部都挂在一条四芯线上。无其他任何联线，各模块能够独立地工作。CAN总线上使用的数字化芯片，它的集成度非常高，功率极其低。以CAN总线技术采用了全数字化技术，在寿命周期内基本上具有精度不变的良好性能。（2）标准化、模块化程度高：由于CAN总线技术具有国际上统一的标准，加上结构简单，使CAN技术的应用系统容易做到了标准化与模

55、块化。（3）系统结构简单,便于维修：线路板数量与品种大大减少,从而减少系统的维修量,四芯线的系统结构使得维修人员非常容易进行维修。 （4）CAN采用了位仲裁方式访问网络总线，保证了信号的稳定、有效及实时处理能力。从上述看到，尽管总线在传输的速率上处于劣势，但由于总线技术的各种优点，它是一种可靠性非常高、结构简单的高新技术，特别适用于组态王系统总线。系统以MCS51单片机作为控制核心，用GAL器件做译码器，以Philips公司的SJA1000、82C250作为CAN总线控制器将数据，通过SJA1000的D0 D7口传至单片机的P0口，从而实现数据的传送，此数据传送器的原理如图图3-3 CAN总线

56、数据采集原理图第四章 软件测试系统的在线测控设计第四章 软件测试系统的在线测控设计4.1 组态王软件的介绍：4.1.1组态王概述“组态王”是运行在Microsoft windows982000NTXP中文平台的中文COM+组件新技术，实现实时多任务界面的人机界面软件，采用多线程，软件运行稳定可靠。“组态王”软件由工程浏览器、画面运行系统以及工程管理器系统三部分组成。 工程浏览器界面如下图所示，从中可以查看工程的每个组成部分，也是可以完成对数据库的构造以及定义外部设备等一些工作；工程浏览器内嵌画面管理系统，是用于新工程创建以及已有工程的管理。图4-1 组态王工程浏览器4.1.2工程管理器工程管理

57、器是应用程序的管理系统，其界面如图所示。它具有很强管理功能，可以用于新工程的创建以及删除，并能对已有的工程进行搜索、备份以及有效恢复，能够实现数据词典的导入和导出。图4-2 组态王工程管理器4.1.3画面开发和运行画面的开发与运行由工程浏览器来调用画面运行系统、画面制作系统来完成的。画面制作系统就是应用工程的开发环境。这个环境中可以完成画面设计、动画连接等一些工作。画面制作系统具有先进的完善的图形生成功能；数据库提供了多种数据类型，能够合理地提取控制对象的特性；对于变量报警、趋势曲线、安全防范、过程记录等重要功能都是有简洁的操作方法。画面运行系统是“组态王”软件实时的运行环境，在应用工程开发环境中建立的图形的画面只有在画面运行系统中才能够运行。画面运行系统从控制设备里采集数据，并存放在实时数据库中。它还负责把数据变化以动画的方式形象表示出来，同时可以完成操作记录、变量报警、趋