熔喷模头温度及压力控制系统设计

摘要：熔喷模头是熔喷布的主要生产设备，由于生产工艺的特殊性，对温度和压力的要求比较严格。为了保证熔喷模头的稳定可靠运行，文章介绍了模头工作原理，设计了一套基于可编程控制器PLC的熔喷模头温度和压力控制系统，以PLC为控制中心构建系统硬件结构，并增加了触摸屏设计。该系统能够实现对模头温度和压力的精确控制，保证整个生产环节的可靠运行。

关键词：熔喷模头；可编程控制器；控制

引言

在企业生产中，采用熔喷法生成的PP（聚丙烯）熔喷布是各类防护措施的关键原料，随着国家的大力投入，尽管产量已经翻了几番，但在全国数以亿计的人民需求面前，供应能力仍显得捉襟见肘。PP熔喷布是以聚丙烯为原料，采用熔喷模头借助高速热气流的喷吹下形成超细纤维，并在气流作用下自身黏合形成的非纺织材料。由于工艺的特殊性，生产过程中对温度和压力的要求比较严格。为了保证熔喷模头的稳定可靠运行，设计了一套基于可编程控制器PLC的熔喷模头温度和压力控制系统，以PLC为控制中心构建系统硬件结构，并增加了触摸屏设计。本文的研究成果可以为生产优质熔喷布提供依据，对预防呼吸传染性疾病具有非常重要的意义[1]。

1熔喷模头工作机理分析

螺杆挤出机在生产环节中，通过加热升高到指定温度，PP聚丙烯颗粒被高温融化成液态。溶体经过计量泵定量及加压后流入熔喷模头内，随后从模头微孔压出，借助高速热气流的喷吹下形成超细纤维。在整个环节中，测定熔体压力的传感器安装在连接模头的法兰处，把采集的数据传给PLC，PLC通过加装的扩展模块实现模拟量的输出，以4～20mA电流来控制变频器，达到调节计量泵电机转速的目的，从而调节内部溶体的压力。温度传感器安装在熔喷模头上，把采集到的温度数据传给PLC，由PLC处理后输出，从而实现模头温度的闭环自动反馈控制[2]。

2控制系统总体设计

2.1控制系统硬件结构设计

熔喷模头温度和压力控制系统的构建是至关重要的，控制系统中硬件结构设计是否合理对后期软件的编写具有很大的影响。根据设计要求，图1为该系统硬件结构图。该控制系统主要以西门子S7-300PLC为核心，将其作为下位机控制，主要实现温度和压力数据的采集以及各类外部设备的控制。本系统中上位机采用的是一体化触摸屏控制，型号为BT1936CX。通过RS485/RS232数据线实现下位机和上位机之间的交流[3]。本文设计控制系统工作时，首先PLC通过温度和压力传感器采集到相应的数据，内部处理器对数据进行处理，将处理的数据反应到触摸屏上显示。随后PLC对比设置的控制参数，检查数据是否在范围内，如果超出或者低于指定的数值，采用PID算法计算出控制量，PLC输出控制外部的变频器、加热器及其他辅助设备，将温度和压力的数值调整到允许范围内，这样就可以对整个熔喷模头温度和压力数据的变化进行实时监控[4]。

2.2系统硬件的选取

1）西门子PLC。本文使用西门子公司生产的S7-300PLC作为控制设备。2）温度传感器。本系统采用K型压簧式热电偶，其输出电流为4～20mA，测量温度范围在0～800℃，满足使用要求。3）压力传感器。本系统采用MIK-P300G压力传感器，其输出电流为4～20mA，测量温度范围在-20～300℃，压力范围在0～1MPa满足使用要求。4）触摸屏。本文采用BT1936CX一体化触摸屏，与下位机PLC实现通信，可实现熔喷模头内部参数设置、数据的曲线展示以及故障信息的体现，能够实时显示熔喷模头的各类运行情况。

3控制流程图设计

控制流程图是整个控制系统的核心元素，按照实际的生产流程，本文通过PLC梯形图程序来实现控制系统中各类数字和模拟量的输入输出，图2为其设计的程序流程图。

4结语

随着人们生活质量的不断提高，有效的预防手段已成为人们关注的焦点，所以提高熔喷布质量是有意义的。然而对模头温度和内部压力控制的好坏决定了产品的质量，因此设计温度和压力控制系统是具有经济意义的。本文以熔喷模头为研究对象，结合PLC、触摸屏等对温度和压力控制系统进行了设计研究，主要包括PLC软件设计、硬件的选取。本研究还存在一定的缺陷，下一步需要在实际应用中来检验，进一步完善该控制系统。

参考文献

[1]张永胜.塑料挤出机温度的模糊PID控制[J].合成树脂及塑料，2019，36（5）：88-90；94.

[2]冯润根.双螺杆挤出机温度控制系统设计[J].塑料科技，2019，47（6）：78-81.

[3]孙培君.基于单片机的温湿度测控系统设计[J].电子技术与软件工程，2017（1）：256-257.

[4]刘奎鲁.挤出机熔体温度与压力的监测系统设计及试验研究[D].江门：五邑大学，2017.

作者：刘金南 程寿国 王益辉 单位：江阴职业技术学院机电工程系