一种用于大型3D打印设备的集成控制系统技术方案

一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，CNC操作面板采用德国BWO数控系统，集成了CNC控制器、PMC与HMI操作界面；CNC操作面板通过Ethercat总线与若干个伺服驱动器连接，伺服驱动器分别对应控制各运动轴的伺服电机；CNC操作面板通过Can总线与VIO模块连接，实现信号交互，相关功能及外部设备控制；VIO模块分布于各个子系统电柜中，通过IO信号连接于挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板。本发明专利技术集成度高，实现一个操作系统控制所有外部设备。定制界面优化了人机交互性，使得各个系统的操控更加简便。本发明专利技术可以全方位的监控与安全保护功能，保护人身安全与机械硬件安全。保护人身安全与机械硬件安全。保护人身安全与机械硬件安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大型3D打印设备的集成控制系统


[0001]本专利技术涉及3D打印设备，尤其是一种用于大型3D打印设备的集成控制系统。

技术介绍

[0002]目前CNC控制器广泛应用于机械加工行业，能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，通过计算机将其译码，从而使机床执行规定好了的动作，通过刀具切削将毛坯料加工成半成品成品零件，这大大提高了模具加工的生产率。但是CNC控制器通常用于减材制造，对于增材制造的适配不足。于是本专利技术在CNC减材制造逻辑的基础上集成了挤出机控制，熔体泵控制，烘料站控制，打印底板控制等一系列设备功能。使用户在一个CNC控制器上完成整个增材制造过程的设备控制。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于大型3D打印设备的集成控制系统。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，包括有CNC操作面板、VIO模块、挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板；
[0006]CNC操作面板采用德国BWO数控系统，集成了CNC控制器、PMC与HMI操作界面；
[0007]CNC操作面板通过Ethercat总线与若干个伺服驱动器连接，伺服驱动器分别对应控制各运动轴的伺服电机；
[0008]CNC操作面板通过Can总线与VIO模块连接，实现信号交互，相关功能及外部设备控制；
[0009]VIO模块分布于各个子系统电柜中，通过IO信号连接于挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板。
[0010]本专利技术和现有技术相比，其优点在于：
[0011]优点1：本专利技术集成度高，在CNC界面上可以控制挤出机、熔体泵、供料站、打印底板等外部设备，实时监控供料站、水冷机、润滑泵等设备的当前状态与报警信息。实现一个操作系统控制所有外部设备。定制界面优化了人机交互性，使得各个系统的操控更加简便。
[0012]优点2：本专利技术可以全方位的监控与安全保护功能，包括但不限于挤出机过温、温度反馈失灵保护、熔体压力过大保护、挤出机冷却保护、进气气压监控、电机负载监控等，保护人身安全与机械硬件安全。
[0013]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术的集成控制系统示意图。
具体实施方式
[0016]下面将参照附图更详细地描述本专利技术公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本专利技术公开的示例性实施例，然而应当理解，本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。
[0017]一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，其特征在于，包括有CNC操作面板、VIO模块、挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板；
[0018]CNC操作面板采用德国BWO数控系统，集成了CNC控制器、PMC与HMI操作界面；
[0019]CNC操作面板通过Ether cat总线与若干个伺服驱动器连接，伺服驱动器分别对应控制各运动轴的伺服电机；
[0020]CNC操作面板通过Can总线与VIO模块连接，实现信号交互，相关功能及外部设备控制；
[0021]VIO模块分布于各个子系统电柜中，通过IO信号连接于挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板。
[0022]CNC操作面板用于各轴运动控制、速度规划、软件限位、多电机耦合运动、螺距补偿、悬垂补偿、进给前馈、位置误差监控及报警、电机负载监控或RTCP联动。
[0023]各轴机械限位开关保证机械限位开关触发时，无视CNC操作面板的指令直接停止该轴电机旋转；机械限位开关是一种传感器，设定在机床各个轴的硬件限位(防撞块)之前、CNC的软件限位之外。即在正常的CNC控制运动过程中不会出现触发机械限位开关的情况，主要作为某种操作不当或未知错误导致的机床异常运动的保护措施，在碰撞防撞块之前及时给予驱动器停止信号，避免对人身或机械造成损害。由于机械限位开关的限位信号直接与驱动器相连，应用驱动器的正反转禁止信号功能，优先级高于CNC指令，因此即便CNC发出的指令异常，依然可以阻止电机运动。
[0024]急停按钮保证任何情况下，按下立即切断机床动力及加热高压部分，保障人身安全；急停按钮通过导线与安全继电器连接，在按下急停的瞬间安全继电器首先感应，将急停信号发送至CNC的信号输入模块，接着在设定的延迟时间(通常为0.5s)后切断电机动力电源接触器与加热丝总电接触器，从供电根源上阻止了电机运动与加热丝加热。
[0025]安全继电器保证在PMC控制逻辑失效的情况下，急停按钮依然可以动作，从硬件层面保证其可靠性；由于安全继电器内部通过电气硬件实现了上述控制逻辑，独立于CNC控制器之外，当CNC出现故障导致无法处理急停信号时，安全继电器也依然可以实现对应的功能，是一种双保险策略。
[0026]挤出机过温、温度反馈失灵保护，一旦检测到传感器异常，立刻切断挤出机加热，保护元器件及人身安全；传感器为K型热电偶，固定于挤出机筒壁上，用以监测及调节挤出机温度。K型热电偶将信号传送至变送器模块，接着变送器通过Modbus
‑
RTU协议与CNC控制
器通信，将温度信号反馈给CNC。加热通过PID控制调制PWM加热信号，将温度控制在目标值。在此过程中系统将对温度进行监视，若出现温度突然大幅变动或一段时间内反馈温度没有丝毫变化等情况时，系统将判断温度信号异常，进而报警，切断加热。用户也可手动设定超温报警阈值，当温度超过此阈值丝系统发生超温报警。以此实现对挤出机硬件的保护。
[0027]熔体压力反馈保证挤出机压力过高时，自动停止挤出机旋转，避免因操作不当或内部问题导致硬件损害；对于安装了熔体压力传感器的机型，通过监视熔体压力反馈值，一旦高于用户设定的熔体压力报警阈值，将停止挤出机运行及发出报警，以此实现对挤出机硬件的保护。
[0028]气压监控功能保证进气气压不足时及时报警。
[0029]挤出机，温度控制通过K型热电偶采集挤出机内壁温度，PID控制调制PWM加热信号，将温度控制在目标值；通过电磁阀控制空气放大器间歇喷气，实现辅助进料；通过高低料位传感器，实现自动补料与低料位报警；通过控制挤出机电机转速，控制挤出机的大小；通过继电器开关控制整形拍板启动与停止；通过电磁阀控制拍板气冷开关。
[0030]烘料桶，温度控制通过K型热电偶采集桶内温度，PID控制调制PWM加热信号，将温度控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，其特征在于，包括有CNC操作面板、VIO模块、挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板；所述CNC操作面板采用德国BWO数控系统，集成了CNC控制器、PMC与HMI操作界面；所述CNC操作面板通过Ethercat总线与若干个伺服驱动器连接，伺服驱动器分别对应控制各运动轴的伺服电机；所述CNC操作面板通过Can总线与VIO模块连接，实现信号交互，相关功能及外部设备控制；所述VIO模块分布于各个子系统电柜中，通过IO信号连接于挤出机、烘料桶、水冷机、润滑泵和真空吸附底板。2.根据权利要求1所述的一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，其特征在于：所述CNC操作面板用于各轴运动控制、速度规划、软件限位、多电机耦合运动、螺距补偿、悬垂补偿、进给前馈、位置误差监控及报警、电机负载监控或RTCP联动。3.根据权利要求1所述的一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，其特征在于：各轴机械限位开关保证机械限位开关触发时，无视CNC操作面板的指令直接停止该轴电机旋转；急停按钮保证任何情况下，按下立即切断机床动力及加热高压部分，保障人身安全；安全继电器保证在PMC控制逻辑失效的情况下，急停按钮依然可以动作，从硬件层面保证其可靠性；挤出机过温、温度反馈失灵保护，一旦检测到传感器异常，立刻切断挤出机加热，保护元器件及人身安全；熔体压力反馈保证挤出机压力过高时，自动停止挤出机旋转，避免因操作不当或内部问题导致硬件损害；气压监控功能保证进气气压不足时及时报警。4.根据权利要求1所述的一种用于大型3D打印设备的集成控制系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，付康浩，
申请(专利权)人：上海酷鹰机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：