热流道温度控制器研究与设计.doc

1、摘 要本文简要介绍了热流道的概率和热流道温度控制的重要性。详细阐述了热流道温度控制器硬件、软件的组成和温度控制算法的设计，并对PID控制算法进行了分析和设计。文中详细介绍了控制系统总体方案的设计，确定了控制软件、硬件的各个组成部分。在硬件部分，根据设计的控制要求和程序量，本系统选择了性价比高的AT89C52单片机作为系统的主控单片机。其中，温度信号输入采用了铂电阻Pt100和A/D转换，控制信号采用了过零光电耦合器和双向可控硅来完成对热流道温度的控制。本系统软件部分主要由温度信号采集模块、温度显示模块、控制算法模块和控制信号输出模块组成。本系统的控制思想是单片机根据采集到的温度和设定的温度进行

2、比较，然后得到温度误差，再根据得到的温度误差进行PID应算，最后输出控制模块根据PID应算的结果做出相应的变化，而这些变化通过过零光电耦合器和双向可控硅来完成对温度控制。本系统软件最主要的部分就是PID控制算法的设计和输出控制算法的设计，在文中详细介绍了P、I、D三个控制参数的整定方法和对这三个参数进行了整定，给出了系统控制程序。关键词：温度控制；单片机； PIDAbstractAt first, the paper introduces the conception of the hot runner and the importance of hot runner temperature

3、control. Whats more, the paper described in detail of the hardware and software of the temperature control system and the design of temperature control algorithm, and analysis and design of the PID control algorithm. The paper introduces the control system design of overall program, and determine th

4、e composing of the control software and hardware. In the hardware ，according to the design control requirements and the program, the system selected the cost-effective microcontroller of AT89C52 microcontroller as the master control system. Among them, the temperature signal input using a Pt100 plat

5、inum resistance and the A / D conversion, the control signal using zero-crossing optocoupler and triac to complete hot runner temperature control. The system software mainly composed of the temperature signal acquisition module, the temperature display module, the control algorithm module and the co

6、ntrol signal output module. This system of thought control is the microcontroller according to the collected temperature and compare the temperature setting, and then get the temperature error, Then according to the temperature error by PID should be counted, the final output control module accordin

7、g to the results of PID should be considered to make the appropriate changes, and these changes through zero optical coupler and triac to complete temperature control. The most important part of system software is the PID Control algorithm design and output control algorithm design, in the paper des

8、cribed in detail the P, I, D parameter setting of three control methods, and given system control program.Key words: Temperature Control ；Microcontroller ；PID目 录引言11 绪论21.1 概述21.2 热流道温度控制的现状与发展21.3 课题的设计与分析31.3.1系统性能要求及特点31.3.2系统硬件方案分析31.3.3系统软件方案分析42 硬件电路设计52.1 系统硬件总体结构52.2 主控模块器件选择及设计52.2.1单片机的选用

9、52.2.2单片机介绍62.2.3主控模块设计 92.3 信号输入电路设计102.3.1温度传感器的选用与介绍 102.3.2 A/D转换 132.4 键盘及显示电路172.4.1键盘电路设计 172.4.2显示电路设计 182.5 信号输出电路设计193 系统软件设计213.1 软件设计思想213.2 系统软件组成213.3 主程序模块223.4 数据采集模块233.5 数据处理模块233.5.1数字滤波 243.5.1温标转换 243.6 键盘与显示模块253.6.1键盘模块 253.6.2显示模块 253.7 控制算模块253.8 其他模块263.9 抗干扰措施274 系统控制方案294

10、.1 PID控制304.1.1PID控制理论 304.2 PID控制参数整定325 系统调试335.1 系统硬件调试335.2 系统软件调试336 结论35谢辞36参考文献37附录 38附录1 源程序清单38附录2 系统电路总图54引言随着世界的不断发展，制造业与以往相比有了翻天覆地的不变化，而塑料加工是制造业的重要组成部分，其中注射塑料又是塑料加工的重要组成部分。随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，注射塑料加工制品的应用范围也在不断扩大，小到日常用品，大到高精尖技术产品的应用等。而热流道塑料加工又在塑料加工中占了重要地位。热流道的出现不但改变了传统的塑料加工方

11、法，而且也为当今的制造加工提供了一种非常好的加工手段。热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。 热流道系统的优势在于（1）无水口料，不需要后加工，节省工作时间，提高工作效率。（2压力损耗小。（3）水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。（4）独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。热流道系

12、统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。 在加工的时候流道的温度控制要求精度到，温度变化小，温度控制平衡等。这就是要求热流道的流道温度不能有大的变化，因此，对热流道的温度控制乃是决定加工质量与加工精度的保证。在热流道加工中有的时候就是一两度的温度误差也会给加工产品的质量产生很大的影响。所以，控制热流道的温度是一个非常重要的质量保证的手段。而本文中将用单片机来实现对热流道温度的控制，采用先进的算法来分析控制误差进而来提高控制精度。1 绪论1.1 概述热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。由于在流道附近或中心设有加热棒和加热圈，从注塑机喷嘴出口到浇

13、口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料保持熔融，停机后一般不需要打开流道取出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。热流道模具应用项目需要多个环节予以保障。其中最重要的有两个技术因素。一是塑料温度的控制，二是塑料流动的控制。 其中塑料温度的控制在热流道模具应用中塑料温度的控制极为重要。许多生产过程中出现的加工及产品质量问题直接来源于热流道系统温度控制的不好。在很多时候，往往是极小的温度问题就给生产出的产品带来极大的质量问题，如使用热针式浇口方法注塑成型时产品浇口质量差问题，阀式浇口方法成型时阀针关闭困难问题，多型腔模具中的零件填充时间及质量不一致问题等。如果可能应尽量选择具备多区域分别控

14、温的热流道系统，以增加使用的灵活性及应变能力。本系统讲述的是通过单片机来对在热流道中极为重要的温度要求进行的控。单片机不但应用广泛，智能化，价格便宜而且可靠性高。在本系统中，温度信号通过温度传感器转换为电信号，再通过放大器的放大与模拟数字信号的相互转化而为单片机提供控制信号来源，单片机通过先进的算法计算后输出控制信号，这样来对热流道的温度进行控制。 1.2 热流道温度控制的现状与发展热流道技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术，是塑料注塑成型工艺发展的热点方向，在欧美国家的普及使用可以追溯到上个世纪中期甚至更早。而在中国，这一技术的真正推广应用不过是近几年的事。随着热流道技术的日渐推

15、广应用，热流道模具在塑料模具中所占比重将逐步提升。在国外，许多塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术，有的甚至达80%以上，效果十分明显。热流道在国内也已用于生产，但目前总体不足10%，这个差距相当巨大，但也意味着这个行业在国内有着相当大的发展空间。 近年来，热流道技术在中国的逐渐推广，在很大程度上是由于国产模具向欧美公司的快速出口带来的。在欧美国家，注塑生产已经相当依赖于热流道技术。可以这样说，基本不使用热流道技术的模具现在已经很难出口。但由于很多进口热流道模具价格较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现了一些国产的商品化热流道模具。这对于热流道技术在中国的推广有很大的好处。 热流道技术在我国渐行渐热的同时，其元件呈现出几个主要发展趋势。一是元件小型化。二是元件标准化。三是设计可靠化。如今国内外各大模具公司对热流道板的设计和热喷嘴联接部分的压力分布、温度分布、密封等问题的研发极为重视。四是温控系统精确化。在热流道模具模塑中，开发更精密的温控装置，控制热流道板和浇口中熔融树脂的温度，是防止树脂过热降解和产品性能降低的有效措施。 目前国外的热流道温控系统已实现微电脑控制，采用PIDD连续调节，其精度可达0.5。国内