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熔噴模頭溫度及壓力控制系統(tǒng)設計

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熔噴模頭溫度及壓力控制系統(tǒng)設計

摘要:熔噴模頭是熔噴布的主要生產設備,由于生產工藝的特殊性,對溫度壓力的要求比較嚴格。為了保證熔噴模頭的穩(wěn)定可靠運行,文章介紹了模頭工作原理,設計了一套基于可編程控制器PLC的熔噴模頭溫度和壓力控制系統(tǒng),以PLC為控制中心構建系統(tǒng)硬件結構,并增加了觸摸屏設計。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對模頭溫度和壓力的精確控制,保證整個生產環(huán)節(jié)的可靠運行。

關鍵詞:熔噴模頭;可編程控制器;控制

引言

在企業(yè)生產中,采用熔噴法生成的PP(聚丙烯)熔噴布是各類防護措施的關鍵原料,隨著國家的大力投入,盡管產量已經翻了幾番,但在全國數以億計的人民需求面前,供應能力仍顯得捉襟見肘。PP熔噴布是以聚丙烯為原料,采用熔噴模頭借助高速熱氣流的噴吹下形成超細纖維,并在氣流作用下自身黏合形成的非紡織材料。由于工藝的特殊性,生產過程中對溫度和壓力的要求比較嚴格。為了保證熔噴模頭的穩(wěn)定可靠運行,設計了一套基于可編程控制器PLC的熔噴模頭溫度和壓力控制系統(tǒng),以PLC為控制中心構建系統(tǒng)硬件結構,并增加了觸摸屏設計。本文的研究成果可以為生產優(yōu)質熔噴布提供依據,對預防呼吸傳染性疾病具有非常重要的意義[1]。

1熔噴模頭工作機理分析

螺桿擠出機在生產環(huán)節(jié)中,通過加熱升高到指定溫度,PP聚丙烯顆粒被高溫融化成液態(tài)。溶體經過計量泵定量及加壓后流入熔噴模頭內,隨后從模頭微孔壓出,借助高速熱氣流的噴吹下形成超細纖維。在整個環(huán)節(jié)中,測定熔體壓力的傳感器安裝在連接模頭的法蘭處,把采集的數據傳給PLC,PLC通過加裝的擴展模塊實現(xiàn)模擬量的輸出,以4~20mA電流來控制變頻器,達到調節(jié)計量泵電機轉速的目的,從而調節(jié)內部溶體的壓力。溫度傳感器安裝在熔噴模頭上,把采集到的溫度數據傳給PLC,由PLC處理后輸出,從而實現(xiàn)模頭溫度的閉環(huán)自動反饋控制[2]。

2控制系統(tǒng)總體設計

2.1控制系統(tǒng)硬件結構設計

熔噴模頭溫度和壓力控制系統(tǒng)的構建是至關重要的,控制系統(tǒng)中硬件結構設計是否合理對后期軟件的編寫具有很大的影響。根據設計要求,圖1為該系統(tǒng)硬件結構圖。該控制系統(tǒng)主要以西門子S7-300PLC為核心,將其作為下位機控制,主要實現(xiàn)溫度和壓力數據的采集以及各類外部設備的控制。本系統(tǒng)中上位機采用的是一體化觸摸屏控制,型號為BT1936CX。通過RS485/RS232數據線實現(xiàn)下位機和上位機之間的交流[3]。本文設計控制系統(tǒng)工作時,首先PLC通過溫度和壓力傳感器采集到相應的數據,內部處理器對數據進行處理,將處理的數據反應到觸摸屏上顯示。隨后PLC對比設置的控制參數,檢查數據是否在范圍內,如果超出或者低于指定的數值,采用PID算法計算出控制量,PLC輸出控制外部的變頻器、加熱器及其他輔助設備,將溫度和壓力的數值調整到允許范圍內,這樣就可以對整個熔噴模頭溫度和壓力數據的變化進行實時監(jiān)控[4]。

2.2系統(tǒng)硬件的選取

1)西門子PLC。本文使用西門子公司生產的S7-300PLC作為控制設備。2)溫度傳感器。本系統(tǒng)采用K型壓簧式熱電偶,其輸出電流為4~20mA,測量溫度范圍在0~800℃,滿足使用要求。3)壓力傳感器。本系統(tǒng)采用MIK-P300G壓力傳感器,其輸出電流為4~20mA,測量溫度范圍在-20~300℃,壓力范圍在0~1MPa滿足使用要求。4)觸摸屏。本文采用BT1936CX一體化觸摸屏,與下位機PLC實現(xiàn)通信,可實現(xiàn)熔噴模頭內部參數設置、數據的曲線展示以及故障信息的體現(xiàn),能夠實時顯示熔噴模頭的各類運行情況。

3控制流程圖設計

控制流程圖是整個控制系統(tǒng)的核心元素,按照實際的生產流程,本文通過PLC梯形圖程序來實現(xiàn)控制系統(tǒng)中各類數字和模擬量的輸入輸出,圖2為其設計的程序流程圖。

4結語

隨著人們生活質量的不斷提高,有效的預防手段已成為人們關注的焦點,所以提高熔噴布質量是有意義的。然而對模頭溫度和內部壓力控制的好壞決定了產品的質量,因此設計溫度和壓力控制系統(tǒng)是具有經濟意義的。本文以熔噴模頭為研究對象,結合PLC、觸摸屏等對溫度和壓力控制系統(tǒng)進行了設計研究,主要包括PLC軟件設計、硬件的選取。本研究還存在一定的缺陷,下一步需要在實際應用中來檢驗,進一步完善該控制系統(tǒng)。

參考文獻

[1]張永勝.塑料擠出機溫度的模糊PID控制[J].合成樹脂及塑料,2019,36(5):88-90;94.

[2]馮潤根.雙螺桿擠出機溫度控制系統(tǒng)設計[J].塑料科技,2019,47(6):78-81.

[3]孫培君.基于單片機的溫濕度測控系統(tǒng)設計[J].電子技術與軟件工程,2017(1):256-257.

[4]劉奎魯.擠出機熔體溫度與壓力的監(jiān)測系統(tǒng)設計及試驗研究[D].江門:五邑大學,2017.

作者:劉金南 程壽國 王益輝 單位:江陰職業(yè)技術學院機電工程系