一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统的制作方法

本发明涉及铸造3D打印机的技术领域，具体涉及一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统。

背景技术：

铸造3D打印机的智能化程度很高，这依赖于大量传感器的检测以及运动系统的控制，这些传感器和伺服设备分布于打印机的各个位置，既有相对集中分布的，也有很分散分布的。由于检测传感器及驱动设备数量庞大，且分布不集中，因此在实际的运行过程中，给布线以及故障排查工作带来极大的不便。采用传统的接线方式，需要对每个传感器进行单独供电，然后将信号单独采集到PLC模块当中，这样就无法避免大量的布线，不仅成本增加，而且大量线缆集聚在一起，会引起信号传输的不稳定性，带来一系列干扰问题。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种接线简单、系统稳定性较高的铸造3D打印机的传感器总线控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统，包括：传感器模块：其输出端与I/O模块的输入端电气连接，用于采集铸造3D打印机的各种参数信号；I/O模块：其与网关模块双向连接，用于将传感器模块采集到的传感器信号传送给网关模块，接收网关模块发送的命令后传达给执行器模块；网关模块：其与上层设备双向连接，用于将接收的传感器信号进行运算处理，转换成能与上层设备通信的协议，并执行上层设备发出的命令；执行器模块：其输入端与I/O模块的输出端电气连接，用于接收上层系统的指令后进行相应的动作；扫描器模块：其分别与I/O模块和上层设备双向连接，用于安排从站的扫描顺序，以及协调上层设备和从站之间的扫描周期。

优选地，还包括：输入电源模块：其输出端与I/O模块和网关模块之间的输入线路电气连接，用于为整个网络输入设备供电；输出电源模块：其输出端与I/O模块和网关模块之间的输出线路电气连接，用于为整个网络输出设备供电。

优选地，所述输入电源模块通过黄色扁平电缆为整个网络输入设备供电，所述输出电源模块通过黑色扁平电缆为整个网络输出设备供电。

优选地，所述I/O模块包括：数字量输入单元、模拟量输入单元、数字量输出单元和模拟量输出单元。

优选地，所述传感器模块与所述I/O模块之间的网络通讯、所述I/O模块与所述网关模块之间的网络通讯、所述网关模块与所述上层设备的网络通讯、所述I/O模块与所述执行器模块之间的网络通讯以及所述扫描器模块与所述I/O模块和所述上层设备之间的网络通讯，均通过2芯的黄色扁平电缆来实现。

优选地，所述上层设备采用EtherCAT总线，所述网关模块为支持EtherCAT协议的网关。

本发明的有益技术效果在于：本发明将AS-i传感器总线技术运用在3D打印设备上，使得设备的系统结构十分灵活，很容易增减设备；与传统接线方式相比，省去了大量的传感器、执行器布线及航空插头，接线简洁，调试方便，有效降低了3D打印设备整体的成本(包括安装成本和材料成本)；数据集中采集、集中处理，实现了3D打印设备信号的数字化和故障诊断的现场化、智能化，采集速率更加高效，提高了3D打印设备整体的控制精度及效率；接线少，故障率有效降低，提高了设备的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统的结构示意图；

图中：101为传感器模块，102为I/O模块，103为网关模块，104为执行器模块，105为扫描器模块，106为上层设备，107为输入电源模块，108为输出电源模块，1021为数字量输入单元，1022为模拟量输入单元，1023为数字量输出单元，1024为模拟量输出单元，1071为第一断路保护单元，1072为第一过载保护单元，1081为第二断路保护单元，1082为第二过载保护单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例一提供的一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统的结构示意图，如图1所示，一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统，包括：

传感器模块101：其输出端与I/O模块的输入端电气连接，用于采集铸造3D打印机的各种参数信号。

I/O模块102：其与网关模块103双向连接，用于将传感器模块101采集到的传感器信号传送给网关模块103，接收网关模块103发送的命令后传达给执行器模块104。

网关模块103：其与上层设备106双向连接，用于将接收的传感器信号进行运算处理，转换成能与上层设备106通信的协议，并执行上层设备106发出的命令。

执行器模块104：其输入端与I/O模块102的输出端电气连接，用于接收上层系统的指令后进行相应的动作。

扫描器模块105：其分别与I/O模块102和上层设备106双向连接，用于安排从站的扫描顺序，以及协调上层设备106和从站之间的扫描周期。

本实施例中，所述网关模块103和所述扫描器模块105实质上是本系统的AS-i主站，是本系统的中心，负责网络的初始化以及设置从站地址和参数。AS-interface网关作为上层总线系统的扩展，它比EtherCAT、Ethernet、PROFIBUS等总线低一个层级，是上层总线系统与设备层连接的桥梁。AS-interface扫描器可直接连接在PLC控制系统当中，能够和A/B地址的模块通讯，每个AS-interface扫描器可以控制62个网络从站。本实施例中的网关模块103将I/O模块102采集过来的传感器信号通过运算处理，转换成能与上层设备106通信的协议，并执行上层设备106发出的命令，将指令进一步传达给执行器模块104，实现数据的采集与控制。

本传感器总线控制系统还可包括网络部件，所述网络部件可包括黄色扁平电缆、黑色扁平电缆、中继器/扩展器、终端电阻、编址器和诊断单元。黄色扁平电缆是2芯的，除传输信号外，还传输网络电源。黑色扁平电缆用于连接辅助电源和从站。中继器用于AS-i网络的扩展，AS-i网络的标准总长为100m，如果需要更长距离的网络，则需要加一个中继器可以另外延长100m，一个网络最多使用2个中继器，扩展至300m。使用中继器时，每个网段不能超过100m，并且每个网段有自己的电源。任何从站和主站之间不允许超过两个中继器，所以整个网络的长度加起来最多为300m，采取一定措施后，可以达到500m左右。AS-i从站地址编址器专门用于AS-i网络从站地址、参数的设定，编址器可以与所有AS-i从站进行连接，并快速设定AS-i从站网络中的地址。终端电阻作用是为了消除信号长距离带来的信号干扰及衰减。

具体地，本传感器总线控制系统还可包括：

输入电源模块107：其输出端与I/O模块和网关模块103之间的输入线路电气连接，用于为整个网络输入设备供电。

输出电源模块108：其输出端与I/O模块和网关模块103之间的输出线路电气连接，用于为整个网络输出设备供电。

具体地，所述输入电源模块107可通过黄色扁平电缆为整个网络输入设备供电，所述输出电源模块108通过黑色扁平电缆为整个网络输出设备供电。

具体地，所述传感器模块101与所述I/O模块102之间的网络通讯、所述I/O模块102与所述网关模块103之间的网络通讯、所述网关模块103与所述上层设备106的网络通讯、所述I/O模块102与所述执行器模块104之间的网络通讯以及所述扫描器模块105与所述I/O模块102和所述上层设备106之间的网络通讯，均可通过2芯的黄色扁平电缆来实现。

具体地，所述上层设备106可采用EtherCAT总线，所述网关模块103可为支持EtherCAT协议的网关。

本实施例中，3D打印机AS-i总线采用黄、黑两色的扁平电缆，黄色电缆既作通信线又作24VDC供电线路，通过分接器将分布于3D打印机设备的各个从站进行链接，构成星型拓扑结构，各类传感器汇集到就近从站的I/O模块102，所需24V电源由黄色扁平电缆提供，信号转换后又经黄色扁平线传输到网关模块103，网关模块103与上层设备106通过EtherCAT总线进行数据交换，完成信号的采集过程；黑色扁平电缆为执行器模块104提供辅助电源，保证了输入与输出的电气隔离。

由于3D打印机传感器工业总线系统采用了星型网络拓扑结构，因此首先对设备进行区域划分，将传感器相对集中的地方作为一个AS-i从站，这些传感器全部集中到该处的I/O模块102中，然后将不同区域的从站通过黄色扁平电缆进行关联，与网关模块103相互通信，考虑上层设备106采用的是EtherCAT总线，因此，也选用支持的EtherCAT协议的网关。若3D打印机设备自身距离有限，没有超过100m限制，则不需要在网络末端增加中继器和终端电阻。I/O模块102选用8输入数字量输入模块、4输入4输出数字量模块、2输入模拟量模块，所有开关量传感器为PNP输出，模拟量传感器为4-20mA电流输出。通过M12型插头，借助Speedcon快速连接技术，可准确无误地连接各种I/O设备。通过接插件形式的连接，既缩短了安装调试时间，又能在系统运行时快速准确地更换I/O设备(无需任何辅助设备)。所有的模块上均可带有指示工作状态的LED，如Power,Fault,Aux,I/O。此设计能方便现场工作人员快速认知模块工作状态，从而缩短现场停机时间，增加系统可靠性，有效降低了维护成本低。

图2是本发明实施例二提供的一种铸造3D打印机的传感器总线控制系统的结构示意图，如图2所示，在实施例一的基础上，所述I/O模块102可包括：数字量输入单元1021、模拟量输入单元1022、数字量输出单元1023和模拟量输出单元1024。

所述输入电源模块107可包括：第一断路保护单元1071和第一过载保护单元1072；所述输出电源模块108可包括：第二断路保护单元1081和第二过载保护单元1082。

本发明旨在解决铸造3D打印机传感器接线复杂、系统稳定性差的问题，可以有效提高信号采集的准确性及传输速率。将AS-i传感器总线技术运用在3D打印设备上，使得设备的系统结构十分灵活，很容易增减设备；与传统接线方式相比，省去了大量的传感器、执行器布线及航空插头，接线简洁，调试方便，有效降低了3D打印设备整体的成本(包括安装成本和材料成本)；数据集中采集、集中处理，实现了3D打印设备信号的数字化和故障诊断的现场化、智能化，采集速率更加高效，提高了3D打印设备整体的控制精度及效率；接线少，故障率有效降低，提高了设备的稳定性；所有的模块上均带有指示工作状态的LED，如Power、Fault、Aux、I/O，此设计能方便现场工作人员快速认知模块工作状态，从而缩短现场停机时间，增加系统可靠性，有效降低了维护成本低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。