Extruder Filament Pentru Imprimanta 3d

Informatica

Extruder Filament Pentru Imprimanta 3d

Byadmin ianuarie 1, 2024

Extruder filament pentru imprimantă 3D

CUPRINSUL

Contents

1 Introducere

1.1 Scopul

1.2 Motivația

1.3 Componentele folosite. Prezentare generală

2 Extruder filament pentru imprimantă 3d

2.1 Informații utile despre ABS și PLA

2.1.1 ABS-ul

2.1.2 PLA-ul

2.2 Componente. Prezentare detaliată

3 Schemă electrică.asamblare. testare

3.1.1 Parametri folosiți pentru regulator

3.1.2 Schema Electrică

3.1.3 Asamblare

3.2 Testare

4 sisteme de reglare automată

4.1 Regulatoare automate

4.2 Clasificarea regulatoarelor automate

4.3 Răspunsul regulatoarelor automate la semnalul treaptă unitară

5 Bibliografie

6 referinte web

A. CD / DVD

Introducere

Scopul

Acest proiect a fost realizat cu scopul de a face filament pentru imprimantă 3D și de a demonstra că oricine își poate face și el acasă filament și de a economisii bani, înlăturând nevoia de a cumpăra filament costisitor.

Motivația

Am ales să fac acest proiect pentru că pe viitor aș dori să fac o imprimantă 3D, iar acest proiect m-ar ajuta foarte mult.

Componentele folosite. Prezentare generală

Motor electric pentru ștergătoare de la Cielo

Fig. 1.3.1

Burghiu pentru lemn folosit la împingerea plasticului pentru a fi topit

Fig. 1.3.2.a

Fig. 1.3.2.b

Rezistență încălzire preluată de la o placă de îndreptat părul

Fig. 1.3.3

termocuplu-senzor de temperatură tip J

Fig. 1.3.4

controler temperatură

Fig. 1.3.5

Vată minerală folosită pentru izolație

Fig. 1.3.6

ventilatoare 12V folosite pentru răcirea motorului, a controlerului motorului și a filamentului extrudat

Fig. 1.3.7

controler motor

Fig. 1.3.8

Întrerupător basculant

Fig. 1.3.9

sursă tensiune 12V 12.5A

Fig. 1.3.10

Releu static

Fig. 1.3.11

două inele de prindere

rezervor pentru granule de plastic

capăt de extrudare pentru filament

țeavă oțel

cuplaj motor-spirală

două inele de prindere pentru termocuplu și rezistența de încălzire

tablă oțel pentru susținerea motorului

Extruder filament pentru imprimantă 3d

Informații utile despre ABS și PLA

ABS-ul

Extruderul folosește granule de ABS sau PLA pentru a le topi și a le transforma în filament, ce urmează a fi folosit la o imprimantă 3D.

ABS rezultă din copolimerizarea a trei monomeri: acrilonitril, butadienă, stiren. Variația proporțiilor din fiecare monomer conduce la obținerea unor tipuri de ABS cu diferite proprietăți.

Se prezintă sub formă de granule colorate. Culoarea naturală a granulelor este gălbuie, opacă.

Obiectele injectate se pot folosi pană la maximum 80…120oC. Utilizarea ABS este limitată de lipsa de transparenta.

ABS se produce și în varianta armată cu fibră de sticlă. Temperatura maximă de utilizare, în absența solicitărilor mecanice, este de 80 – 120 °C, iar temperatura minimă de utilizare continuă este de 60 – 80 °C. Rezistă până la temperaturi minime de -25 … – 40 °C.

ABS dispune de rigiditate ridicată, rezistența la abraziune excelentă, proprietăți excelente electrice, umiditate, și rezistență la fluaj. ABS este rezistent la săruri anorganice, alcaline și mulți acizi.

Are o rezistență la impact bună, o foarte bună rezistență structurală și o suprafața strălucitoare (lucioasă impermeabilă). Este turnat cel mai adesea în vacuum prin formare sau extrudare. Gama de temperaturi de lucru: -25°C ÷ +60°C.

Avantaje:

– rigiditate înaltă, rezistență UV;

– rezistență la impact bună, chiar și la temperaturi scăzute;

– ușor de procesat;

– proprietăți bune de izolator;

– sudabilitate bună;

– rezistență bună la abraziune si colorare (stabilitate bună a culorii);

– stabilitate dimensională înaltă (absorbția de apă scăzuta);

– vopsire si laminare bună;

– excelentă rezistență la sterilizare (radiații gama);

Dezavantaje:

– rezistență la vreme scăzuta;

– arde ușor și continuă să ardă după ce flacăra a fost îndepărtată;

– ușor de zgâriat;

– rezistență la solvenți scăzuta, particular la aromatice, cetone si esteri;

– poate suferi de la eforturi (să crape) în prezența câtorva grăsimi (unsori);

Exemple de utilizare:

La imprimantele 3D, în industria de automobile (tablouri de bord, butoane, aparitori coloane, componente aripă, bară antișoc, mânere uși, spătare scaun, componente centuri siguranța scaun, spoilere, apărători roți, spate (soclu bloc lumini (semnalizare), etc.), aparate electromenajere (aparate de bărbierit, corpuri de aspiratoare, uscătoare de par, mixere, ventilatoare, diverse repere frigider, etc.), aparate electronice și electrice ( panouri de control și accesorii radio, televizoare, magnetofoane, etc.), articole diverse (recipiente, farfurii, butoane, etc.), cutii medicinale, accesorii și unelte de grădinărit.

Proprietățile mecanice ale ABS-ului sunt reprezentate printr-o tenacitate ridicată, o bună rigiditate, o mare duritate a suprafeței și o foarte bună stabilitate dimensională. ABS-ul prezintă o bună rezistență la căldură.

După injectare, piesele din ABS acuza apariția sarcinilor electrostatice, care însă se disipează rapid; din acest motiv prăfuirea pieselor in atmosfera este neglijabilă.

Datorita acțiunii concomitente a oxigenului din aer și a razelor ultraviolete, procesul de îmbătrânire a pieselor din ABS la exterior se caracterizează prin îngălbenire și scăderea drastică a proprietăților mecanice. Folosirea pieselor injectate la interior asigură o mare durată de funcționare ca urmare a stabilității sale față de oxigen. ABS-ul prezintă proprietăți acustice bune.

Comportarea la ardere:

se aprinde ușor și arde după îndepărtarea flăcării;

flacăra este galben strălucitoare;

picura în timpul arderii;

fumul este negru;

miros de stiren (dulceag), de asemenea de cauciuc ars;

Proprietăți chimice:

stabil la baze, acizi slabi, petrol, ulei, glicerină, detergenți, amoniac concentrat, benzină;

instabil la acizi concentrați, esteri, cetone, eteri, cloroform.

Alte proprietăți ale ABS-ului

Efectul expunerii îndelungate la umezeală

Creare de bule de aer; reduce calitatea vizuala, acuratețea; risc de separare sau înfundare in duza imprimantei 3D. Se recomanda izolarea pentru a nu lăsa să pătrundă umiditatea din aer. Se poate folosi si un dezumidificator alimentar.

Miros specific

În unele cazuri s-a semnalat miros de plastic încins. Se recomandă o ventilare corespunzătoare a camerei de imprimare 3D.

Acuratețe

Se pot forma ondulații la contactul cu suportul imprimantei 3D. Se recomanda încălzirea și curățirea suprafeței imprimantei. Se mai pot folosi soluții pe baza de acetona si ABS pentru curățarea suprafeței imprimantei 3D; In cazul printării de muchii fine pot apărea rotunjiri ale acestora.

Temperatura de extrudare

~225°C

Necesita suport încălzit

Da

Lipire componente

Utilizând adezivi sau solvenți ca acetona

Proprietăți

Este un plastic cu o flexibilitate scăzuta ce poate lua multe forme si o varietate de proprietăți. Se pot crea forme care se întrepătrund sau se conectează intre ele. Este dur, flexibil, rezistent la temperaturi înalte. Este solubil in acetona.

PLA-ul

Acidul polilactic este un poliester alifatic termoplastic produs din resurse regenerabile, cum ar fi amidonul din porumb (în Statele Unite) sau trestia de zahăr în restul lumii. Este biodegradabil în anumite condiții, cum ar fi prezența oxigenului și este greu de reciclat.

Acidul lactic este produs din amidonul din porumb sau trestia de zahăr prin fermentație. Acidul lactic nu poate fi polimerizat direct într-un produs util, pentru că fiecare reacție de polimerizare generează o moleculă de apă, care degradează lanțul polimerilor în formare în produși cu mase moleculare foarte mici.

Acidul polilactic are numeroase întrebuințări. Poate fi folosit la imprimantele 3D, în crearea cămășilor (ce pot fi călcate), tăvilor ce pot fi folosite în cuptoarele cu microunde sau chiar pentru crearea plasticului (în acest caz, este amestecat cu un polimer asemănător cu cauciucul cum ar fi ABS). Aceste complexe au o formă stabilă și chiar transparență și deci sunt materiale utile pentru ambalat. Acidul polilactic este utilizat în prezent în aplicații biomedicale, cum ar fi stenturile sau cusăturile după o operație. Acidul polilactic se degradează în câțiva ani. În prezent se fac studii pentru a folosi acidul polilactic pentru producerea țesuturilor artificiale. Deoarece este biodegradabil, poate fi folosit la împachetare, la crearea sacilor de compost sau a tacâmurilor de unică folosință. Sub formă de fibre, acidul polilactic poate fi folosit ca materie primă pentru produse de igienă (absorbante, tampoane) sau scutece pentru copii. Acidul polilactic este o alternativă sustenabilă la produsele derivate din industria petrochimică. Acidul polilactic este mai scump decât produsele din plastic rezultate din industria petrochimică, dar odată cu creșterea producției, prețul său va scădea. Cererea în ceea ce privește producția de porumb este în creștere, pentru că porumbul este folosit pentru bioetanol, dar și pentru alte produse secundare cum ar fi acidul polilactic. Acidul polilactic a fost creat in Regatul Unit al Marii Britanii pentru a fi folosit la împachetarea sandviciurilor. Acidul polilactic este folosit pentru pahare biodegradabile de unică folosință. În prezent acidul polilactic poate intra in contact cu lichide fierbinți până la 110 grade Celsius. Acidul polilactic este folosit la producerea pliculețelor de ceai.

Proprietăți ale PLA-ului:

Efectul expunerii îndelungate la umezeală

În cazul PLA-ului, pe lângă efectele întâlnite la ABS, acesta mai poate prezenta urme de decolorare și chiar depolimerizare în urma reacției cu apa la temperaturi înalte. Și PLA-ul poate fi dezumidificat, dar chiar și așa pot apărea modificări in ceea ce privește cristalizarea.

Miros specific

Fiind derivat din zahăr, prezintă un miros de ulei de gătit semi-dulce

Acuratețe

Șansele deformării in timpul procesului de imprimare 3D sunt mult mai scăzute in cazul PLA-ului, comparativ cu ABS-ul.

Temperatura de extrudare

~180-200°C

Necesita suport încălzit

Doar recomandat

Proprietăți

Este produs din plante. Poate fi transparent sau cu diverse grade de opacitate. De asemenea poate fi găsit in diverse culori. Este mai dur decât ABS-ul si nu este recomandat pentru obiecte ce au întrepătrunderi complicate. Are un punct de topire destul de scăzut, putându-se deforma chiar si in interiorul unui automobil expus la soare.

Concluzii:

Filamente de ABS

Este un plastic dur, flexibil, maleabil și rezistent la temperaturi înalte. De aceea este preferat pentru aplicațiile profesionale. Din cauza temperaturii înalte de topire, poate fi utilizat numai pe imprimante 3D dotate cu suport de printare încălzit.

Filamente de PLA

Poate fi găsit in diferite culori, grade de transparenta sau strălucire, fiind preferat de cei care printează ca si hobby sau pentru a expune diverse prototipuri.

Componente. Prezentare detaliată

tablă oțel pentru susținerea motorului

80 x 80 x 20

două inele de prindere pentru termocuplu și rezistența de încălzire

diametrul interior al inelelor de prindere este de 25 mm

cuplaj motor-spirală

a fost folosit un cuplaj de la o tubulară de 12

țeavă oțel cu gaură de acces pentru rezervor

270 x 25 mm

capăt de extrudare pentru filament

orificiul de extrudare are un diametru de aproximativ 1.7 mm

rezervor pentru granule de plastic

65 x 100 x 50 mm

două inele de prindere

25 x 60 mm

Motorul electric pentru ștergătoare de la Cielo este alimentat la o tensiune de 12V

Spirala a fost făcută la strung cu dimensiunile: 250 x 18 mm

Rezistența a fost testată la o tensiune de 220V, ea ajungând la o temperatură de 250oC fără a fi izolată termic.

Termocuplu tip J

Ø6x50mm; -100÷400°C

Vata minerală are o rezistență la o temperatură maximă de 6000C

Releu static

Tensiune de comandă între 4 – 32 V DC, un curent maxim de 25 A și cu o tensiune comandată între 24 – 280 V AC

Sursă de tensiune de 12V,12.5 A și cu o putere de 150W

Gama tensiunii de alimentare 85…264V AC, 120…370 V DC

Protecție suprasarcină, depășire tensiune de alimenimentat la o tensiune de 12V

Spirala a fost făcută la strung cu dimensiunile: 250 x 18 mm

Rezistența a fost testată la o tensiune de 220V, ea ajungând la o temperatură de 250oC fără a fi izolată termic.

Termocuplu tip J

Ø6x50mm; -100÷400°C

Vata minerală are o rezistență la o temperatură maximă de 6000C

Releu static

Tensiune de comandă între 4 – 32 V DC, un curent maxim de 25 A și cu o tensiune comandată între 24 – 280 V AC

Sursă de tensiune de 12V,12.5 A și cu o putere de 150W

Gama tensiunii de alimentare 85…264V AC, 120…370 V DC

Protecție suprasarcină, depășire tensiune de alimentare, scurtcircuit

Număr ieșiri 1

Temperatura de lucru -10…60o C; Masă 0.7kg; Dimensiuni exterioare 98 x 199 x 38mm

Întrerupător basculant, ON-OFF

Temperatura de lucru -55…65C

Durabilitate electrica 20000 cicluri

Terminale șuruburi M3

Înălțime manetă 17,5 mm

Diametru orificiu de montaj 12,2 mm

Lungime filet 9.5mm

Controler motor PWM: Acest motor folosește metoda de modulație a lățimii pulsului, a duratei pulsului, pentru a controla motorul electric. Deși această tehnică de modulare poate fi utilizată pentru a codifica informații pentru transmitere, utilizarea sa principală este de a permite controlul puterii furnizate dispozitivelor electrice, în special pentru sarcini inerțiale, cum ar fi motoare. Valoarea medie a tensiunii (și a curentului) alimentat sarcinii este controlată prin comutarea între alimentare și sarcină, pornit – oprit, într-un ritm rapid. Cu cât mai mult comutatorul este pornit, în comparație cu perioadele în care a fost oprit, cu atât mai mare este puterea furnizată.

Una dintre cele mai fundamentale probleme în robotică este controlul vitezei unui motor de CC. Cea mai obișnuită metodă de control al vitezei este PWM sau modulator de puls electric, modulare în lățime. modularea de puls în lățime este procesul de schimbare a puterii la un dispozitiv prin comutație la o frecvență dată. Aceste comutații on și off sunt denumite ca “Duty Cycle”. Diagrama de mai jos arată formele de undă de 10%, 50%, 90% Duty Cycle.

Așadar, Duty Cycle descrie lățimea unui puls in procente. Un Duty Cycle de 10% înseamnă ca timp de 10% dintr-un ciclu generatorul nostru primește curent față de 90% din timp când nu primește. Un Duty Cycle de 100% înseamnă ca generatorul nostru primește curent tot timpul și nu am avea nevoie de un PWM.

Aceste semnale sunt trimise la motor la o frecvență destul de mare. Rezultatul final al procesului de PWM este că puterea totală trimisă la motor poate fi ajustată de la (0% Duty Cycle) până la (100% Duty Cycle), cu un randament bun și control stabil. Timer-ul 555 în circuitul PWM este configurat ca un oscilator astabil. Acest lucru înseamnă că, odată ce puterea se aplică, 555 va oscila, fără nici o declanșare externă.

O diagramă bloc a timer-ului 555:

Curent maxim de lucru: 15A

Tensiune de lucru: 6 – 90 V

Putere de control: 0.01~1000W (max. 15A)

Curent pasiv: 0.005A (standby)

Ciclu PWM : 0%~100%

Frecvență PWM: 15KHz

Lungimea cablului: 19 cm

Tensiunea de control: 0~5V

Dimensiuni: 6.4 cm x 5.9 cm x 3.0 cm

Greutate: 80 g

Regulator universal de temperatură (regulator automat unificat), -50C/+999C, 32x74mm,

Aplicații : – industria alimentara, cuptoare panificație, sterilizatoare, instalații refrigerare, stomatologie, uscătoare industriale mașini de injecție

Regulator temperatura cu 2 puncte reglaj setabile, control ON/ OFF, PI sau PID cu autotuning setabil, o intrare măsurare temperatura pentru termocuple tip J si K , S, R termorezistente PT100, PT500, PT1000, NI100, PTC 1000 ohmi si NTC 10 kohmi. 4-20mA , 0-10V setabile soft.

Domeniu temperatura : -50C – 999C (în funcție de senzor)

Dimensiune : 32×74 frontal x 58 mm

Tensiune de alimentare : 230 VAC +/-10% 50/60 Hz

Putere consumată : 2 W

Display : 3 digiți , led verde , punct zecimal

Temperatura de funcționare 0-45C, 35..95rH%

Intrări : 1 configurabila soft pentru : Termocuplu K , J ,R ,S si C, termorezistente PT100 ,PT1000, PTC; NTC, 0-4-20mA ,0-10v , Potențiometru <=6k sau <=150k

Ieșiri : 1 Releu 8A sarcina rezistiv

1 Releu 5A pentru alarma

Ieșire logica SSR 8V-20mA

Logica de control : ON/OFF, PI, PID cu Autotuning

Precizie : 0.5%±1digit

Timp eșantionare : 66ms

Protecție : IP65 Panou frontal(cu masca protecție) , IP30 cutie , IP20 Terminale

Card memorie pentru configurări rapide

Configurare: parametrii protejați cu parolă

Parametri setabili: 1) Selectare tip ieșire de comanda: Control Q1 si Alarma Q2; Control Q1 si Alarma SSR; Control SSR si Alarma Q1.

2) Tip senzor: K (-50/1300C); J (-50/1200C); S (-50/1800C); R (-50/1800C); Pt100 (100..600C); Pt1000 (100..140C); Ni1000 (-60..180C); NTC10K; PTC1k; Pt500; Pt1000; 0…10V; 0…20mA; 4…20mA; Pot. 6K; Pot. 150K.

3) Setare punct zecimal: fără punct zecimal; 1 zecimala; 2 zecimale ; 3 zecimale.

4) Limita inferioara a scalei referinței: -199.. +999 (grade pentru temperatura , digiți pentru semnale liniare sau potențiometre)

5) Limita superioara a scalei referinței: -199.. +999(grade pentru temperatura , digiți pentru semnale liniare sau potențiometre)

6) Valoarea minima numai pentru V/I: -199.. +999 digiți

7) Valoarea maxima numai pentru V/I: -199.. +999 digiți

8) Funcție "Latch On" pentru V/I: dezactivata; Standard; zero virtual memorat ; zero virtual la start.

9) Offset calibrare: -19.9… +99.9 unități

10) Amplificare calibrare: -10.0%…+10.0%

11) Mod de lucru: încălzire / răcire

12) Tip contact pentru control ieșire in caz de eroare: Deschis/ Închis contact de siguranță

13) Stare LED1 fata de ieșire OUT1: on/off la contact deschis

14) Histerezis pentru control ON/OFF sau "Zona Moarta " pentru control PID: -199.. +999 (grade pentru temperatura , digiți pentru semnale liniare sau potențiometre)

15) Banda de proporționalitate: 0…999 (0=on/off; grade pentru temperatura , digiți pentru semnale liniare sau potențiometre)

16) Timp integrare: 0-999 secunde

17) Timp derivare: 0-999 secunde

18) Ciclu timp pentru reglare proporționala: 1-300 secunde

19) Tip de alarma: absoluta fata de mărimea proces; alarma in banda; alarma deviație sus; alarma deviație jos; alarma absoluta sau relativa față de referință

20) Contact alarma OUT si mod lucru: Normal deschis,activa la Start; Normal închis ,activa la Start; Normal deschis,activa la setarea alarmei; Normal închis,activa la setarea alarmei.

21) Stare contact pentru ieșire alarma in caz de eroare : Deschis/ Închis contact de siguranța

22) Stare LED2 fata de ieșire OUT2: on/off la contact deschis

23) Histerezis alarmă: -199.. +999 (grade pentru temperatura , digiți pentru semnale liniare sau potențiometre)

24) Întârziere alarmă: -180…180 secunde (negativ: întârziere la dezactivarea alarmei; pozitiv: întârziere la activarea alarmei)

25) Setare protecție: acces liber; setări control protejate; setări alarmă protejate; toate setările protejate

26) Filtru Software: 1-15

27) Tip autotuning: dezactivată; start automat; start manual

28) Mod control: 2 puncte reglaj: 1 punct reglaj; vizualizare măsurătoare; zonă neutră

29) Selectare afișare: grade C sau F

30) Rată transfer: 300/ 9600/ 19200/38400 biți/sec

31) Adresa slave: 1-254

32) Întârziere comunicare serială: 0-100 milisecunde

Display-ul și butoanele:

Afișorul afișează în mod normal valoarea din proces (ex. temperatura măsurata), dar poate afișa și valorile de setare introduse:

Daca regulatorul nu funcționează corect afișează erori de funcționare. De exemplu in cazul unei defecțiuni la senzorul termocuplu afișează clipind

Pentru alte semnalizări vezi tabelul de mai jos:

Parametrii semnificativi ATR121/141 pentru setări uzuale

1. c.ou –> o1.2 = setează releul Q1 = rel. comanda proces; releul Q2 = rel. semnalizare alarma;

2. SEn –> tc.J = setează tipul de senzor ca fiind TC J; Pt = setează tipul de senzor ca fiind Pt100;

3.dP. –> 0 = nu se afișează cu punct zecimal; 0.0 = 1 zecimală; 0.00 = 2 zecimale

6. Lo.n. –> limita corespunzătoare valorii de 0V sau 0/4mA pentru intrare 0-1/10V sau 0/4-20mA;

7. Hi.n. –> limita superioară, corespunzătoare valorii de 1/10V sau 20mA pentru intrări analogice;

9. cA.o –> calibrare offset = (corecție de "0") = valoare care se adună sau se scade la cea indicată;

10. cA.G -> calibrare Gain = (corecție de "Max" ) = valoare % care multiplică pe cea afișată curent;

11. rEG –> HEA = Heat = încălzire; coo = Cool = răcire = logică complementară la relee

13. LD| –> c.o. = Led 1 este On la contact deschis; c.c. = Led 1 este On la contact închis.

14. HY.c -> histerezis "de contact"; zecimi de grad pentru temperatură; este în dependență cu (3.)

15. Pb –> banda de proporționalitate pentru legea PID; = 0 => bandă proporționalitate dezactivata;

16. t.i. –> timpul de integrare pentru legea PID; = 0 => timp integrare dezactivat;

17. t.d. –> timpul de derivare pentru legea PID; = 0 => timp de derivare dezactivat;

18. t.c. –> timpul de proporționare a ieșirii de comandă; uzual 8s..10s.

19. Al. –> tipul de alarmă; uzual A.A = alarmă în valori absolute față de procesul comandat;

22. Ld2 –> c.o. = Led 2 este On la contact deschis; c.c. = Led 2 este On la contact închis.

25. P.SE.-> permite modificarea sau nu a valorilor de referința; uzual FrE (adică se pot modifica)

26. FiL –> filtrare soft ; număr de citiri mediate înainte de comparare PV-SPV (3); F_sample=15Hz;

27. tun –> tipul de auto-tunning (autoacordare) a regulatorului pe proces; util dacă se folosește legea

PID; uzual oFF.

28. Fnc –> modul de operare al regulatorului de proces; uzual dSE (adică double setpoints); dacă se dorește utilizarea doar ca termometru se selectează uIS (adică vizualizare);

29. GrA –> selecție afișare in ºC sau în ºF; uzual ºC;

37. FL.u -> filtru aplicat la vizualizarea mărimii de proces; uzual S.2 … S.4 (adică 2..4 medieri).

Obs: toate celelalte tipuri de termoregulatoare ATR au implementați acești parametri doar că sunt uneori redenumiți altfel; deci pentru un alt tip de ATR se va proceda la consultarea documentației originale sau a prospectului tradus al produsului și identificarea pentru acel tip de ATR a parametrilor care au funcții logice/procesuale similare cu ale parametrilor de mai sus.

Nota: în cazul regulatoarelor pentru procese dedicate cum ar fi: ATR150/170, ATR171, ATR401, ATR620, DRR132/DRR245 parametri anteriori sunt implementați doar parțial și sistemul de setare modificare al acestora poate fi unul "cifric" si nu unul bazat pe selecție directă a valorii dorite!

Exemplu: – setare aparat ATR121-B cu senzor de presiune ce are ieșire 4-20mA astfel încât aparatul să indice/regleze în domeniul 0-100Bar. Comanda procesului se va realiza pe Q1; nu se utilizează Q2.

–> c.ou = o1.2 ; SEn = 4.20 (adică intrare de 4-20mA); dP = 0 (caci merge până la 100 cu afișare

/3 digiți); Lo.n = 0 (la 4mA = 0 bar); Hi.n = 100 (la 20mA = 100Bar); (a se vedea și prospecte !)

–> cA.o = 0; cA.G = 0.0; rEG = HEA (adică logica pozitivă/încălzire); LD| = c.c;

–> HY.c = 0.2..0.4 (sau cât cere clientul); Pb = 0; t.i. = 0; t.d. = 0; t.c. = 8s;

–> Al. = A.A; Ld2 = c.c. ; P.SE. = FrE; FiL = 3; Fnc = dSE; GrA = ºC ; FL.u = 2;

Obs: in afara meniului se procedează ulterior la setarea Setpoint 1 aferent lui Q1 la valoarea indicata de client; pentru Setpoint 2 aferent lui Q2 se va pune 0 sau 100 adică releul sa stea ori cuplat permanent ori decuplat permanent .

Parametri de funcționare sunt protejați cu parolă pentru a evita intervențiile persoanelor neautorizate asupra acestor parametri.

La pornire ieșirea este dezactivata in caz de alarma . După setarea alarmei , ieșirea este activată de condițiile de alarmă setate:

TUNING(ACORDAREA)

Operația de Acordare permite setarea optima a parametrilor PID pentru asigurarea unui control optim a procesului :

Stabil, control ușor al temperaturilor în jurul valorilor setate fără fluctuații

Răspuns rapid la deviațiile de la referință cauzate de factori perturbatori. Acordarea implică calcularea și setarea următorilor parametri:

Banda de proporționalitate (domeniu din proces exprimat in °C pentru temperatură.) Timpul de integrare ( inerția sistemului exprimată în secunde)

Timpul de derivare (determina intensitatea reacției regulatorului la variații ale valorii măsurate, normal este ¼ din timpul de integrare).

Valorile de referință nu pot fi modificate pe durata Autotuning.

FUNCȚIA ZONĂ NEUTRĂ (NEUTRAL ZONE)

Funcția Neutral Zone (poate fi activată selectând la parametrul 28 ). Setarea zonei Neutre este descrisă în graficul de mai jos. În mod încălzire (parametrul

selectat ca intervalul de lucru pentru releu de control va rezulta din valoarea SET1 "minus" SET2,și intervalul de lucru pentru releu alarmă din SET1 "plus" SET2 (histerezisul este de asemenea setabil la parametrul ). În această bandă ambele relee sunt OFF ;1 releu lucrează deasupra acestei benzi și altul sub această bandă . În Mod Răcire (parametrul

selectat ca ). Cele două operații în interval sunt invers.

Alarmele standard ( banda, deviație …) nu sunt disponibile in acest mod.

COMUNICAREA SERIALĂ

Comunicarea serială RS485 și protocolul MODBUS – RTU facilitează controllerului ATR121/141 recepția și schimbul de date, permit conectarea mai multor controllere la sistemul de supervizare centralizat. Dispozitivul poate fi configurat numai ca unitate SLAVE. Rezistentele LT (Line Termination) la linia RS485 necesită a fi scoase pentru a evita erori de comunicare. Fiecare controller va răspunde la întrebările recepționate de la master numai dacă sunt pentru slave cu adresa din . Adresa slave poate fi setată între 1 – 254. Adresa 255 e utilizată la comunicarea concomitentă cu toate unitățile conectate.(Broadcast modality).Unitățile ATR121/141 de pe aceeași linie nu pot avea aceeași adresă. Selectând 0 la toate unitățile se recepționează întrebarea/comanda dar răspunsul nu e necesar. Unitățile SLAVE așteaptă un timp răspuns la întrebare. Acest timp în milisecunde se setează la . După fiecare modificare a parametrilor,controlerul memorează valorile in memoria EEPROM ( 100000 scrieri). Valorile referințelor modificate sunt memorate in memoria EEPROM cu 10 secunde întârziere.

Unele operații pe cuvinte care nu sunt în lista din tabelul următor pot cauza erori . Un cuvânt (word) este o pereche de octeți.

Schemă electrică.asamblare. testare

Parametri folosiți pentru regulator:

Schema Electrică

Asamblare

Se montează placa de metal pe placa de textolit, după care se montează motorul electric pe placă

Se montează pe țeava de oțel rezervorul și inelele de prindere pentru placa de textolit

Se montează inelele de prindere împreună cu rezistența de încălzire și termocuplul.

Se introduce spirala

Se montează ansamblul pe placa de textolit și se realizează cuplajul cu motorul electric

Se realizează circuitul electric de la punctul 3.1.2

Se izolează partea frontală cu vată minerală

Se conectează ventilatoare pentru răcirea motorului, controller-ului motorului și a filamentului extrudat

Se atașează placa de textolit pe care este realizat ansamblul de la punctul 5 cu placa ce conține ansamblul de la punctul 6 .

Testare

În urma testelor făcute (testul a fost făcut cu un multimetru și cu senzor de temperatură), s-a constatat că temperatura citită de către termocuplu era mult prea mică, temperatura rezistenței de încălzire fiind de aproximativ 2300C, iar temperatura termocuplului indicată pe regulator era de aproximativ 160-170oC. Pentru a remedia această eroare am modificat parametrul de calibrare al regulatorului pentru a indica mai mult cu 25% decât valoarea măsurată ca o preia de la termocuplu

Am introdus senzorul de temperatură al multimetrului prin izolație și am constatat că modificarea acestui parametru m-a ajutat să reglez extruderul de filament la o temperatură cât mai precisă. Efectul dorit se poate vedea în următoarele poze:

În urma testelor făcute s-a constatat că extruderul lucrează cu o precizie de +/- 3oC.

sisteme de reglare automată

Regulatoare automate

Regulatorul automat (RA) are rolul de a prelucra operațional semnalul de eroare ε (obținut in urma comparației liniar – aditive a mărimii de intrare xi și a mărimii de reacție xr în elementul de comparație) și de a da la ieșire un semnal de comandă xc pentru elementul de execuție. Este plasat pe calea directă, între elementul de comparație și elementul de execuție, conform schemei bloc a sistemului de reglare automată reprezentată în figura următoare:

Informațiile curente asupra procesului automatizat se obțin cu ajutorul traductorului de reacție TR și sunt prelucrate de regulatorul automat RA în conformitate cu o anumită lege care definește algoritmul de reglare automată (legea de reglare).

Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-o varietate destul de largă a construcției regulatorului, ca regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt. Alegerea unei anumite soluții constructive se face luând în considerare factori tehnico-economici.

Cu toate că există o mare varietate de regulatoare, orice regulator va conține următoarele elemente componente (figura 4.2.2.):

– amplificatorul (A)

– elementul de reacție secundară (ERS)

– elementul de comparare secundară (ECS)

Amplificatorul (A) este elementul de bază. El amplifică mărimea ε1 cu un factor KR, deci realizează o relație de tipul:

,

unde KR reprezintă factorul de amplificare al regulatorului.

Elementul de reacție secundară ERS primește la intrare mărimea de comandă xc (de la ieșirea amplificatorului) și elaborează la ieșire un semnal xrs denumit mărime de reacție secundară. ERS este de obicei un element care determină o dependență proporțională între xxr și xc.

Elementul de comparare secundară (ECS) efectuează continuu compararea valorilor abaterii ε și a lui xrs după relația:

Din punct de vedere constructiv regulatorul automat include de obicei și elementul de comparație EC al sistemului de reglare automată. În cazul sistemelor de reglare unificate, electronice sau pneumatice, el poate include și dispozitivul de prescriere a referinței.

Regulatorul poate avea o structură mai complicată. De exemplu, la unele regulatoare există mai multe etaje de amplificare, la altele există mai multe reacții secundare necesare obținerii unor legi de reglare mai complexe.

Clasificarea regulatoarelor automate

1. În funcție de sursa de energie exterioară folosită, acestea se clasifică în:

regulatoare automate directe – funcționează fără o sursă de energie exterioară, transmiterea semnalului realizându-se pe seama energiei interne preluată direct din proces prin intermediul traductorului de reacție;

regulatoare automate indirecte – necesită o sursă de energie exterioară pentru acționarea elementului de execuție. Sunt cele mai utilizate regulatoare care permit obținerea unor caracteristici funcționale mai complexe și performanțe superioare regulatoarelor directe

2. După viteza de răspuns există:

regulatoare automate pentru procese rapide folosite pentru reglarea automată a parametrilor proceselor cu răspuns rapid, caracterizate de constante de timp mici (mai mici de 10 s), ca de exemplu procesele de tip acționări electrice

regulatoare automate pentru procese lente folosite atunci când constantele de timp ale instalației sunt mari (depășesc 10 sec), situație frecvent întâlnită în cazul proceselor având ca parametri temperaturi, presiuni, debite, nivele etc.

3. După tipul acțiunii regulatoarele pot fi:

regulatoare automate cu acțiune continuă – sunt cele în care mărimile ε(t) și xc(t) variază continuu în timp

regulatoare automate cu acțiune discontinuă sau discretă, la care cel puțin una din mărimile ε(t) și xc(t) variază discontinuu în timp, de exemplu ca trenuri de impulsuri (modulate în amplitudine sau durată). În această categorie intră regulatoarele bi sau tripoziționale, la care ε(t) variază continuu dar xc(t) poate lua un număr limitat de valori în raport cu eroarea

Regulatoarele cu acțiune continuă la rândul lor pot fi:

regulatoare automate liniare dacă dependența dintre cele două mărimi este liniară;

regulatoare automate neliniare dacă dependența dintre cele două mărimi este neliniară.

4.După caracteristicile constructive există:

regulatoare automate unificate, utilizate pentru reglarea a diferiți parametri (temperatură, presiune, etc.). Regulatoarele unificate funcționează cu un anumit tip de semnal ce variază în limite fixate, atât la intrare cât și la ieșire. Semnalele cu care funcționează aceste regulatoare sunt semnale unificate și au aceleași valori ca la sistemele de măsurare și control unificate, respectiv 2…10mA sau 4…20mA pentru regulatoarele electronice unificate și 0,2…1bar pentru cele pneumatice

regulatoare automate specializate, utilizate numai pentru un anumit parametru tehnologic, au structura constructivă și semnalele de lucru special concepute pentru parametrul considerat

5.După agentul purtător de semnal există:

regulatoare automate electronice, la care atât mărimea de intrare cât și mărimea de ieșire sunt de natură electrică (intensitatea curentului electric sau tensiunea electrică) și care au în componența lor blocuri electronice;

regulatoare automate hidraulice (ulei sub presiune);

regulatoare automate pneumatice (aer comprimat);

regulatoare automate mixte (electropneumatice sau electrohidraulice).

6. După numărul mărimilor de ieșire ale instalației tehnologice:

regulatoare automate monovariabile (pentru o singură mărime reglată)

regulatoare automate multivariabile (pentru mai multe mărimi reglate).

Răspunsul regulatoarelor automate la semnalul treaptă unitară

Semnalul treaptă este unul din cele mai utilizate semnale în automatică și presupune trecerea bruscă, instantanee, a unei mărimi m, de la o valoare constantă la altă valoare constantă.

O variație treaptă a unei mărimi m este reprezentată în figura 4.3.1. Mărimea m trece la momentul t1 de la valoarea constantă m1 la valoarea constantă m2. Semnalul treaptă reprezintă o variație idealizată, deoarece trecerea de la o valoare la cealaltă nu se poate face instantaneu decât pentru o viteză infinită de variație.

În figura 4.3.2. este dată reprezentarea convențională a unui semnal treaptă unitară, considerând că valoarea anterioară m1 este nulă, iar trecerea la m2 = 1 se face la momentul inițial t = 0.

În continuare vom analiza răspunsul regulatoarelor automate cu legi de reglare având una sau mai multe componente la semnalul treaptă unitară al erorii. În reprezentarea răspunsului diferitelor tipuri de regulatoare se consideră condiții inițiale nule.

a. Regulatoare cu acțiune proporțională (de tip P)

Aceste regulatoare stabilesc între mărimea de ieșire xc(t) și mărimea de intrare ε(t) o relație de dependență proporțională descrisă de :

,

unde KR este factorul de amplificare al regulatorului.

În figura 4.3.3. este reprezentat răspunsul la intrare treaptă al unui regulator de tip P. Mărimea de comandă va avea o variație tot sub formă de treaptă, dar amplificată cu factorul KR.

Datorită inerției elementelor componente ale regulatorului mărimea de comandă nu poate urmări instantaneu variația erorii și din această cauză variația reală a mărimii xc(t) este trasată punctat.

Adesea în loc de KR se utilizează factorul numit bandă de proporționalitate BP definit ca fiind acel procent din domeniul mărimii de intrare în regulator ε(t) pentru care regulatorul de tip P determină o valoare xc(t) egală cu 100% din domeniul posibil pentru mărimea de ieșire.

Când domeniul de variație al erorii ε este egal cu domeniul de variație al mărimii de comanda xc (cazul regulatoarelor unificate), banda de proporționalitate se determină din relația:

Dacă domeniul de variație al mărimii ε(t) diferă de cel al lui xc(t) , atunci banda de proporționalitate BP se determină cu relația:

Factorul de proporționalitate KR, respectiv banda de proporționalitate BP, reprezintă unicul parametru al regulatoarelor de tip P. Prin construcția regulatorului P acest parametru se prevede a fi ajustabil în limite largi pentru a satisface o varietate mare de legi de reglare. Astfel, dacă mărimile de la intrarea și ieșirea regulatorului au același domeniu de variație, KR poate fi variat între 50 și 0,5, ceea ce corespunde unei benzi de proporționalitate cuprinse între 2% și 200%

b. Regulatoare cu acțiune integrală (de tip I)

Aceste regulatoare stabilesc între mărimea de ieșire xc(t) și mărimea de intrare ε(t) o relație de dependență descrisă de :

Mărimea xc(t) depinde de integrala în timp a erorii ε(t). Constanta Ti se numește constantă de integrare și are dimensiunea timp.

În figura 4.3.4. este reprezentat răspunsul la intrare treaptă al unui regulator de tip I. Derivând în funcție de timp relația

Rezultă că la regulatorul de tip I viteza de variație a mărimii de comandă este proporțională cu eroarea, factorul de proporționalitate fiind inversul timpului de integrare.

c. Regulatoare cu acțiune proporțional integrală (de tip PI)

Aceste regulatoare reprezintă o combinație între un regulator de tip P și unul de tip I și stabilesc între mărimea de ieșire xc(t) și mărimea de intrare ε(t) o relație de dependență descrisă de :

Factorii KR și care caracterizează cele două componente ale răspunsului regulatorului pot fi modificați independent unul de celălalt.

Relația mai poate fi scrisă și:

unde este constanta de timp de integrare a regulatorului. Ea prezintă avantajul că factorul de proporționalitate KR intervine atât în componenta proporțională cât și în componenta integrală, astfel că modificarea lui KR permite modificarea ambelor componente. Aceasta corespunde condițiilor constructive reale ale celor mai multe regulatoare de tip PI.

În figura 4.3.5. este reprezentat răspunsul la intrare treaptă al unui regulator de tip PI.

Fig.4.3.5. Răspunsul la intrare treaptă al unui regulator PI

Datorită posibilității de combinare a celor două acțiuni, proporțională și integrală, prin modificarea simultană a celor două constante, regulatoarele PI permit obținerea de caracteristici superioare în realizarea legilor de reglare.

d. Regulatoare cu acțiune proporțional derivativă (de tip PD)

Aceste regulatoare, similar celor de tip PI, reprezintă o combinație între un regulator de tip P și unul de tip D și stabilesc între mărimea de ieșire xc(t) și mărimea de intrare ε(t) o relație de dependență descrisă de :

unde factorul Td se numește constantă derivativă și are dimensiunea timp. Similar ca la regulatoarele PI, relația poate fi scrisă și:

unde factorul se numește constantă de timp derivativă a regulatorului și are dimensiunea timp. În figura 4.3.6. este reprezentat răspunsul la intrare treaptă al unui regulator de tip PD.

e. Regulatoare cu acțiune proporțional integrală derivativă (de tip PID)

Aceste regulatoare sunt cele mai complexe regulatoare cu acțiune continuă, care asigură performanțe de reglare superioare, atât în regim staționar cât și în regim tranzitoriu. Ele înglobează efectele proporțional P, integral I și derivativ D expuse mai sus, conform legii de reglare:

Dacă se ține seama de realizarea constructivă a regulatorului, relația poate fi scrisă:

Răspunsul la intrare treaptă al unui regulator de tip PID este reprezentat în figura 4.3.7 în care se observă prezența celor trei componente P, I și D:

Regulatoarele PID au trei parametri ajustabili KR, TI, TD, ceea ce asigură posibilități mult mai largi în asigurarea legilor de reglare decât la oricare din regulatoarele descrise anterior și explică performanțele superioare ale sistemelor de reglare automată prevăzute cu aceste regulatoare. Evident că regulatoarele PID au construcții mai complexe și necesită o acordare atentă a valorilor celor trei parametri.

Pentru a evidenția influența tipului de regulator asupra comportării SRA, în figura 4.3.8 au fost trasate răspunsurile în timp ale mărimii de ieșire dintr-un SRA, xe(t), pentru o variație treaptă a mărimii de intrare xi, în condițiile în care sunt utilizate regulatoarele P, PI, PD și PID.

Fig.4.3.8. Răspunsurile indiciale ale unui SRA pentru diverse regulatoare continue liniare

Elementul principal este unitatea de reglare în care este elaborată legea de reglare sau algoritmul de reglare. Unitatea de reglare este alcătuită din amplificatoare operaționale la care sunt conectate circuite de corecție alese corespunzător legii de reglare dorite.

Eroarea sau mărimea de abatere este calculată atât în unitatea de reglare cât și în blocul de calcul al erorii.

Deoarece mărimea de referință poate fi prescrisă de:

un operator;

un alt regulator;

un calculator,

este necesară introducerea unui bloc de comutare a semnalului de referință.

Mărimea de comandă pentru acționarea elementului de execuție este furnizată fie de unitatea de reglare, fie de la un dispozitiv de comandă manuală, fie de la un calculator prin intermediul comutatorului ce permite trecerea pe regimul de funcționare automat-manual. Pentru ca trecerea de pe manual pe automat și invers să se facă fără vibrații bruște ale mărimii de comandă este necesar circuitul de echilibrare.

Bibliografie

Călin, Sergiu. ș.a. (1983). Echipamente electronice pentru automatizări, București:Editura Didactică și Pedagogică

Chivu, Aurelian. ș.a. (2005). Electronică analogică, electronică digitală, Craiova:Editura Arves

Dumitrache, Ioan. (2005). Ingineria reglării automate, București: Editura Politehnica Press

Florea, Simion. ș.a. (1980). Electronică industrială și automatizări, București:Editura Didactică și Pedagogică

Călin, Sergiu. (1976). Regulatoare automate, București:Editura Didactică și Pedagogică

Ionescu, Gabriel. ș.a. (1977). Aparatură pentru automatizări, București:Editura Didactică și Pedagogică

Mihoc, Dan. ș.a. (1979). Automatizări, București:Editura Didactică și Pedagogică

Mihoc, Dan. ș.a. (1984). Aparate electrice și automatizări, București:Editura Didactică și Pedagogică

Popescu, Stelian. ș.a. (1979). Echipamente electrice și electronice, București:Editura Didactică și Pedagogică

Rădoi, Constantin. ș.a. (1996). Aparate, echipamente și instalații de electronică profesională, București:Editura Didactică și Pedagogică

Tertișco, Mihai. ș.a. (1991). Automatizări industriale continue, București:Editura Didactică și Pedagogică

referinte web

http://www.adelaida.ro/termostat-universal-de-temperatura-50c-999c-atr121-b.html

http://www.adelaida.ro/termocuplu-tip-j-100400c-72-2130114260ggp-j.html

http://www.adelaida.ro/sursa-tensiune-12vcc-12.5a-rs-150-12.html

http://www.adelaida.ro/releu-solid-state-25a-24-280vac-ssr-2528rd3.html

http://www.adelaida.ro/intrerupator-basculant-on-off-10a-tsp101aa1-spst.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Lyman_filament_extruder

Filastruder Kit

http://makezine.com/projects/guide-to-3d-printing-2014/diy-filament-extruder/

http://3dstart.ro/care-este-diferenta-dintre-filamentele-de-abs-si-pla/

http://www.dx.com/p/dc-6v-90v-15a-pwm-motor-speed-control-switch-governor-green-black-160094#.U5II8PmSwz0

Low Cost Filament Extruder

http://electrodb.ro/atelier/controller/control-turatie-motor-prin-varierea-factorului-de-umplere-pwm/

http://www.mase-plastice.ro/dictionar/a/abs.html

http://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_polilactic

http://www.piesedube.ro/media/catalog/product/cache/1/thumbnail/600×600/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/m/o/motoras-stergator.jpg

http://www.adelaida.ro/images/detailed/25/tsp101aa113366849684fac31a84c7d1.jpg

http://www.acdcshop.gr/imgmed/13495_ASR-75DA.jpg

http://images.smartbuy.ro/lib/uploads/image/an_2012/luna_06/zi_20/thumbs_200x200/fara-producator-sursa-in-comutatie-12v-si-8-5a-4fe1d148c8522.jpg

http://static1.tme.eu/katalog_pics/0/5/7/0573f457a930d056611fdfdd4321773e/72-2130104255ggp-j.jpg

http://www.alltronicsperu.com/catalog/images/Pixsys_ATR121_1B.gif

http://cdn.clubafaceri.ro/clients/86/41092/91/cochilii-din-vata-minerala-bazaltica-caserate-cu-folie-de-aluminiu-789204_big.jpg

http://3dstart.ro/wp-content/uploads/2013/10/filament_de_printare_ABS_PLA-600×264.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/82/ABS_resin_formula.PNG/200px-ABS_resin_formula.PNG

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Polylactides_Formulae_V.1.svg/300px-Polylactides_Formulae_V.1.svg.png

http://electrodb.ro/wp-content/uploads/2011/05/2005-10a-001.gif

http://electrodb.ro/wp-content/uploads/2011/05/2005-10a-002.gif

http://electrodb.ro/wp-content/uploads/2011/05/2005-10a-003.gif

http://www.adelaida.ro/index.php?dispatch=attachments.getfile&attachment_id=1859

CD / DVD