CN110442168A - 一种基于plc的fdm线材挤出机的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，包括温度传感器、PLC、变频器和触摸屏，所述温度传感器的输出端通过导线电性连接有温度变送器，所述PLC通过导线电性连接于温度变送器的输出端，所述PLC的输出端通过导线电信连接有固态继电器，且固态继电器通过导线电性连接有加热器，所述触摸屏通过以太网双向连接于PLC的输入端与输出端，所述变频器通过导线电性双向连接于PLC的输入端与输出端，且变频器的输入端与输出端均通过导线电性双向连接有电机。本该系统以PLC为控制中枢，并具有操作方便快捷，控制简单、便于维护等特点，可显著提高FDM线材的生产效率、产品的质量以及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及FDM线材挤出机的控制系统技术领域，具体为一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统。
背景技术
FDM即熔融沉积成型(FusedDepositionModeling)，是3D打印技术中的应用最为广泛的一种。FDM技术的材料一般为热塑性材料，如蜡、ABB、尼龙等所制成的线材，通过电加热的方式将线材在喷头内加热到熔融态，由计算机控制喷头运动，熔融的线材根据CAD分层数据进行涂覆，待其冷却固化后形成一薄层截面，以此往复加工模型。螺杆挤出机作为制作FDM线材的重要设备,其对工艺参数的控制精密度关乎产品的挤出品质。在线材挤出生产中的温度、压力和挤出速度影响着挤出制品在外观质量和内在强度，故如何实现挤出系统的有效控制十分重要。
目前，市面上常见的FDM线材挤出机主要用于大批量生产，消耗功率大，且自动化水平和控制精度都较低，生产出的挤出制品质量也不高，不适用于科研工作时新线材的试制研发，为此，我们提出一种实用性更高的基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，解决了现有的FDM线材挤出机主要用于大批量生产，消耗功率大，且自动化水平和控制精度都较低，生产出的挤出制品质量也不高，不适用于科研工作时新线材的试制研发的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，包括温度传感器、PLC、变频器和触摸屏，所述温度传感器的输出端通过导线电性连接有温度变送器，所述PLC通过导线电性连接于温度变送器的输出端，所述PLC的输出端通过导线电信连接有固态继电器，且固态继电器通过导线电性连接有加热器，所述触摸屏通过以太网双向连接于PLC的输入端与输出端，所述变频器通过导线电性双向连接于PLC的输入端与输出端，且变频器的输入端与输出端均通过导线电性双向连接有电机。
优选的，所述温度传感器为K型热电偶传感器，且K型热电偶传感器与温度变送器之间电性连接，并且温度变送器的温控范围为0-400℃。
优选的，所述PLC的型号为S7-200SMART，且PLC包括CPU模块、信号板和扩展模块。
优选的，所述PLC的CPU模块包括CPU、电源、输入/输出接口、存储区、以太网接口、RS485端口和拓展接口。
优选的，所述加热器与PID控制器之间通过导线电性连接，且PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，并且PLC的PID算法控制模块作为本系统的温控模块。
优选的，所述本系统的软件编程采用模块化结构，将复杂的控制程序划分为若干子程序，且子程序主要包括温度控制、电机控制和触摸屏控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本该系统以PLC为控制中枢，并具有操作方便快捷，控制简单、便于维护等特点，可显著提高FDM线材的生产效率、产品的质量以及稳定性；为减少系统温控的误差，实现挤出机头温度的精确控制，采用PID控制作为本系统温控方案，PID控制可分析系统的动态特性，实时调节比例控制、积分控制和微分作用；变频器控制能调节范围宽；可实现电气制动；驱动灵敏；对环境要求低，适应恶劣环境；效率高的优点；触摸屏操作简单，用户易掌握；操作面板直观明了，便于查找工艺参数，使用户操作更快捷；更新换代方便，适应性强；在设计触摸屏界面时，首先要考虑操作要求，在此基础上设计方便快捷的触摸屏界面，提高工作效率，同时降低操作错误率，避免误操作。
附图说明
图1为本发明控制系统结构示意图；
图2为本发明硬件总体配置结构示意图；
图3为本发明PLC硬件结构示意图；
图4为本发明PID控制原理示意图；
图5为本发明结构示意图；
图6为本发明主程序控制框架图；
图7为本发明PID控制程序框架图；
图8为本发明触摸屏子程序控制框架图。
图中：1、温度传感器；2、温度变送器；3、PLC；4、变频器；5、固态继电器；6、电机；7、加热器；8、触摸屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，包括温度传感器1、温度变送器2、PLC3、变频器4、固态继电器5、电机6、加热器7、触摸屏8，温度传感器1的输出端通过导线电性连接有温度变送器2，PLC3通过导线电性连接于温度变送器2的输出端，PLC3的输出端通过导线电信连接有固态继电器5，且固态继电器5通过导线电性连接有加热器7，触摸屏8通过以太网双向连接于PLC3的输入端与输出端，变频器4通过导线电性双向连接于PLC3的输入端与输出端，且变频器4的输入端与输出端均通过导线电性双向连接有电机6；机头的温度传感器1输出特殊的温度模拟量信号，经温度变送器2处理后进入PLC3内，与预先设定的温度值进行比较得到偏差信号，在根据模糊PID温控算法计算出控制量并通过D/A转换为模拟量，调节变频器4驱动频率和固态继电器5通断信号从而控制主电机6的转速改变螺杆运行速度和加热筒的加热，进而实现挤出机的自动化控制；
温度传感器1为K型热电偶传感器，且K型热电偶传感器与温度变送器2之间电性连接，并且温度变送器2的温控范围为0-400℃，温度传感器1的工作原理是利用热敏元件受热时阻值与输出电压的变化关系来测量温度的，本系统中采用接触式温度传感器1，利用温度传感器1与物料接触时之间的热量传递，使温度传感器1的电阻、电动势等性质产生变化而间接测量的，本系统选用K型热电偶，但K型热电偶反馈的模拟量信号无法直接输入SBAE01模块，需要进行模拟量转换，故热电偶和SB信号板之间添加一个温度变送器2，进行模拟量信号的转换，变为SB信号板可以读取的0-10V模拟量信号；
根据图3所示，PLC3的型号为S7-200SMART，且PLC3包括CPU模块、信号板和扩展模块，PLC3的CPU模块包括CPU、电源、输入/输出接口、存储区、以太网接口、RS485端口和拓展接口，CPU通过总线与存储器和各个接口连接，控制它们有条不紊地工作，整个CPU模块是作为一个微型计算机，将用户程序进行编译，在分配、管理、运行控制程序，从而实现系统的自动化控制；S7-200SMARTCPU模板为信号板专门设置了安装的地方，每个CPU模块都可以添加一个信号板以扩展少量的I/O点数或扩展更多的通信端口；EM扩展模块是连接到CPU右侧的模块，也是用来拓展CPU的I/O点；
加热器7与PID控制器之间通过导线电性连接，且PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，并且PLC3的PID算法控制模块作为本系统的温控模块，根据图4所示，将本科研型挤出机的温度偏差控制在±3摄氏度内；本系统的温度控制原理：热电偶测量机头的温度值，经温度变送器2的信号转换后得到模拟量温度信号，输入PLC3与设定值比较输出偏差信号，再根据模糊PID温控算法算出控制量，并通过D/A输出模拟信号控制固态继电器5通断，从而驱动机筒外部加热器，使温度维持在预定温度；根据图5所示，将所测的被控对象的实际值与预先给定值比较得到偏差量，再将其送入PID控制器，计算获得相应输出值，即执行器的控制信号；比例环节：与给定值比较得到的偏差信号e难以作为控制量，需要经过比例环节进行放大或缩小，使得偏差信号e更易调节，从而减小误差量，但无法消除；积分环节：减少稳态误差，增加运算结果的精准性，积分作用的强弱与时间常数Ti成反比，即Ti越小，积分作用越强；反之越弱，需合理选择，不可过强；微分环节：PID控制器的预测单元，微分环节可根据历史误差变化，提前输入修正信号，使控制系统的反应更加迅速，实现“超前”调节，故微分环节作用可作为稳定系统的手段，但易受外部干扰源影响产生波动；
本系统的软件编程采用模块化结构，将复杂的控制程序划分为若干子程序，且子程序主要包括温度控制、电机6控制和触摸屏8控制；根据图6所示，1、主程序设计：①调用触摸屏8子程序，在触摸屏8中设定加热器7温度和电机6转速，且可随时修改；②将设定值写入存储器中，以备此后的运算调用；③调用温控PID子程序，CPU的PID模块从存储器中读取温度设定值，进行PID运算并输出模拟量控制信号实现温度调控，本系统温控目标：与理想值偏差±3℃；④当加热器7达到设定温度并稳定后，调用电机6控制子程序，实现电机6的启停操作；根据图7所示，2、温度控制子程序：在FDM线材的挤出成型过程中，温度是不断变化的，为精准把控温度需要实时监控，由于温度存在过冲现象，挤出过程中温度会产生很大偏差，需要强有力的控制单元，故本系统利用PID算法控制，将当前温度进行标准化处理转变为实时温度参考量，以便PLC3控制使用，PID处理程序①在采样周期内，CPU从存储单元中读取当前温度值及加热温度目标，并转换成标准值；②采样周期结束，PID处理程序对当前读取PID参数进行PID运算；③输出的运算结果，控制固态继电器5通断，实现不锈钢加热器7的启停；根据图2所示，3、电机6控制子程序：为生产合格线材，进行后续挤出线材研究，要求电机6能够工作稳定，另一方面，挤出机的科研性质要求该机器可生产多品种及不同线径的线材，就需要电机6的速度可调，本设计以变频器4作为电机6控制装置，将CPU输出的电压模拟量信号作为驱动信号，这是实现电机6速度可调的基本想法，设计的程序结构流程：CPU将触摸屏8中设置的电机6转速读入，经过模拟量输出转换模块输出电压模拟量，控制变频器4进而控制电机6运行；根据图8所示，4、触摸屏8子程序：触摸屏8的作用是实现人机交互，主要包括以下功能：①实时显示机筒内部温度；②可设置并显示各电机6转速；③设置加热温度；④可控制水泵的启停。实时温度显示是CPU将AIW寄存器中存储的温度数据量读取出来，根据所监控得挤出机当前温度值判断是否可以挤出线材；电机6速度给定及显示可实时显示并修改电机6转速，确保挤出线材的高质量；加热器7温度设置是为控制生产过程中加热温度，实现多种FDM线材的生产。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，包括温度传感器(1)、PLC(3)、变频器(4)和触摸屏(8)，其特征在于：所述温度传感器(1)的输出端通过导线电性连接有温度变送器(2)，所述PLC(3)通过导线电性连接于温度变送器(2)的输出端，所述PLC(3)的输出端通过导线电信连接有固态继电器(5)，且固态继电器(5)通过导线电性连接有加热器(7)，所述触摸屏(8)通过以太网双向连接于PLC(3)的输入端与输出端，所述变频器(4)通过导线电性双向连接于PLC(3)的输入端与输出端，且变频器(4)的输入端与输出端均通过导线电性双向连接有电机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，其特征在于：所述温度传感器(1)为K型热电偶传感器，且K型热电偶传感器与温度变送器(2)之间电性连接，并且温度变送器(2)的温控范围为0-400℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，其特征在于：所述PLC(3)的型号为S7-200SMART，且PLC3包括CPU模块、信号板和扩展模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，其特征在于：所述PLC(3)的CPU模块包括CPU、电源、输入/输出接口、存储区、以太网接口、RS485端口和拓展接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，其特征在于：所述加热器(7)与PID控制器之间通过导线电性连接，且PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，并且PLC(3)的PID算法控制模块作为本系统的温控模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的FDM线材挤出机的控制系统，其特征在于：所述本系统的软件编程采用模块化结构，将复杂的控制程序划分为若干子程序，且子程序主要包括温度控制、电机6控制和触摸屏8控制。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203410013U (zh) * | 2013-07-26 | 2014-01-29 | 东莞市安拓普塑胶聚合物科技有限公司 | 单螺杆挤出机 |
| CN205889854U (zh) * | 2016-07-11 | 2017-01-18 | 南京欧格节能环保科技有限公司 | 挤出机控制系统 |
| CN207256850U (zh) * | 2017-10-03 | 2018-04-20 | 江西畅品居新型材料有限公司 | 一种新型自动挤出机 |
| CN208673587U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-03-29 | 西安科技大学 | 一种基于plc模块的教学实训装置 |
-
2019
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203410013U (zh) * | 2013-07-26 | 2014-01-29 | 东莞市安拓普塑胶聚合物科技有限公司 | 单螺杆挤出机 |
| CN205889854U (zh) * | 2016-07-11 | 2017-01-18 | 南京欧格节能环保科技有限公司 | 挤出机控制系统 |
| CN207256850U (zh) * | 2017-10-03 | 2018-04-20 | 江西畅品居新型材料有限公司 | 一种新型自动挤出机 |
| CN208673587U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-03-29 | 西安科技大学 | 一种基于plc模块的教学实训装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 夏田，张晓朋: "基于PLC的挤出机控制系统设计", 《机械设计与制造》 * |
| 宋伯生: "《可编程控制器配置•编程•联网》", 31 December 1998 * |
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