聚乙烯电熔焊机恒温控制系统研制

摘要

根据美国PPDC（Plastic Pipe Database Committee）对聚乙烯(Polyethylene，简称PE)管道失效原因的分析，发现除了第三方破坏之外，PE管道失效多发生在管道接头处。而随着聚乙烯管道在天然气输送、给排水方面越来越广泛的应用，作为保证管道质量的关键环节，管道连接技术的完善具有重要意义。
　　电熔焊接技术作为一种方便迅速的焊接方式，其焊口可靠性高、外界干扰因素小，被广泛用于PE管的连接中。电熔焊接是对预埋设在电熔套筒内部的电熔丝加热，使电熔套筒内表面和管道外表面受热熔化，并由塑料管道自身的热胀效应使两者融合在一起的过程。焊接过程中，焊接电压、加热或冷却时间的变化都容易造成聚乙烯过焊或者冷焊，导致管道在使用时发生接头失效。
　　本文在国家“十二五”科技支撑计划课题“基于风险的特种设备事故预防关键技术研究”（项目编号:2011BAK06801）的支持下，以聚乙烯管道电熔焊机为研究对象，从电熔焊机工作原理、焊接工艺以及实现功能等方面展开全面调研，并进行总体设计，将恒温控制融入焊接过程中，主要工作内容如下:
　　1)给出总体设计方案。在现有逆变焊机的基础上，加入温度闭环反馈调节，控制焊接温度，使聚乙烯在焊接过程中一直处于最佳熔融状态，从而保证焊接接头质量。
　　2)搭建整体实验平台。本文首先设计了主回路、隔离驱动部分以及数据采集部分的总电路原理图，通过MATLAB验证原理可行性，然后进入电路实物制作阶段:绘制PCB设计图、制作电路板并搭建实验平台。
　　3)完成了控制系统软件结构和程序设计:基于Mega16单片机为核心的控制系统，模块化设计了一套程序进行温度闭环反馈控制。
　　4)实验调试分析。整体软硬件调试包括开环调试和闭环调试。通过开环调试验证和完善实验平台及控制程序;闭环调试证明了所搭建的实验平台能够实现恒温加热过程，成功的实现了恒温控制过程。
　　恒温控制采用的PID调节输出精度高、响应速度快，可控制温度精度在±0.4℃。而且其与单片机结合，具有较高的灵活性和可控性，能根据用户需要相应的添加不同的拓展模块，如打印输出、LCD显示等。
　　本次研究设计的恒温控制加热平台，能与电熔焊机结合，从而避免PE管道电熔接头因焊接不当产生的过焊和冷焊缺陷，保证了PE管道接头质量，减少了PE管的失效率，大大的提高了PE管道在燃气输送、给排水等应用领域的安全可靠性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 聚乙烯管道概述

1．1．1 聚乙烯管道的发展

1．1．2 聚乙烯管道的应用领域

1．1．3 聚乙烯管道的特性

1．2 管道连接技术

1．2．1 管道连接方式分类

1．2．2 热熔对接和电熔焊接方式比较

1．3 电熔焊机的发展与现状

1．3．1 电熔焊机发展

1．3．2 电熔焊机市场调研

1．4 电熔焊机存在的问题

1．5 研究意义及方案

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究方案

第二章 主电路设计

2．1 结构设计

2．1．1 主电路结构形式的选择

2．1．2 开关元件的选择

2．1．3 逆交频率及控制方式的选择

2．2 总体设计

2．2．1 输入整流部分

2．2．2 逆变部分

2．2．3 高频降压部分

2．2．4 整流输出部分

2．2．5 主电路模拟仿真结果分析

2．3 本章小结

第三章 控制系统硬件结构设计

3．1 恒温控制系统设计原理

3．2 控制系统的硬件设计

3．2．1 单片机选择

3．2．2 隔离驱动放大电路

3．2．3 保护电路

3．2．4 驱动电路板

3．2．5 采样电路

3．3 本章小结

第四章 控制系统软件结构和程序设计

4．1 PID控制算法

4．2 程序模块化设计

4．2．1 PWM初始化子程序设计

4．2．2 数据采集子程序设计

4．2．3 PI调节子程序设计

4．3 本章小结

第五章 实验调试分析

5．1 开环调试

5．1．1 软件仿真

5．1．2 硬件调试

5．2 闭环调试

5．2．1 RS232串口通信

5．2．2 硬件闭环调试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介