熔噴模頭溫度及壓力控制系統設計
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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，對溫度和壓力的要求比較嚴格。為了保證熔噴模頭的穩定可靠運行，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，以PLC為控制中心構建系統硬件結構，并增加了觸摸屏設計。該系統能夠實現對模頭溫度和壓力的精確控制，保證整個生產環節的可靠運行。
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，以PLC為控制中心構建系統硬件結構，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節中，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。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。在整個環節中，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模擬量的輸出，以4～20mA電流來控制變頻器，達到調節計量泵電機轉速的目的，從而調節內部溶體的壓力。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，從而實現模頭溫度的閉環自動反饋控制[2]。
2控制系統總體設計
2.1控制系統硬件結構設計
熔噴模頭溫度和壓力控制系統的構建是至關重要的，控制系統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為該系統硬件結構圖。該控制系統主要以西門子S7-300PLC為核心，將其作為下位機控制，主要實現溫度和壓力數據的采集以及各類外部設備的控制。本系統中上位機采用的是一體化觸摸屏控制，型號為BT1936CX。通過RS485/RS232數據線實現下位機和上位機之間的交流[3]。本文設計控制系統工作時，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控[4]。
2.2系統硬件的選取
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實現通信，可實現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，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梯形圖程序來實現控制系統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。
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測系統設計及試驗研究[D].江門：五邑大學，2017.
作者：劉金南 程壽國 王益輝 單位：江陰職業技術學院機電工程系