摘要：早期注塑机控制系统普遍存在元件老化、故障率高和性能落后的缺点,利用现代控制技术开发精确、高效、节能型控制系统,延长设备寿命,解决这些设备在使用中的实际问题,是我国广大注塑机用户急需解决的问题。以一台20世纪70 年代进口的大型注塑机为对象, 探讨新型的注塑机控制系统的设计问题。
1 注塑机控制的方法和原理
注塑机的控制要解决的主要问题包括:机械运动控制、动力控制、温度控制等。
1. 1 机械运动控制
机械液压式注塑机是目前塑料行业广泛使用的注塑机,它的机械运动控制的重点是开合模运动控制。双肘式开合模机构运动原理如图1所示。
图1 双曲肘合模机构运动原理图
开合模运动控制的对象是动模板C ,而动模板是由油缸通过双曲肘机构驱动的,因此,需要建立油缸活塞位置与动模板位置的相互关系,以及油缸活塞在某一位置时活塞运动速度(由液压系统开合模油缸流量决定) 与动模板运动速度的相互关系,即进行合模机构的线性化工作。
根据图1 所示的运动原理,可以确立开合模油缸活塞与动模板的位置和速度的关系。控制系统软件中,以一个通用线性化子程序实现这部分的运算,以便进行准确控制。
为减少CPU 的运算负荷,提高控制系统实时性,比较好的做法是以上述关系为基础,编制计算机软件,计算出活塞与动模板运动的一一对应关系,形成数据模块,开合模运动控制时从数据模块中直接读取活塞和动模板的关系。
1. 2 动力控制
注塑机的动力传递以液压传动为主,注塑机的动力控制,要解决好两方面的问题:一是压力和流量的控制,它是决定设备精度的主要因素；二是设计合理的工艺动作流程和液压动作时序图。
1.2.1 压力流量控制
与现代注塑机采用比例阀进行压力流量连续控制不同,早期注塑机液压系统大多采用压力流量组合式离散控制。大型注塑机的多级压力控制阀,是由6 个控制电磁阀组合动作,线性叠加进行压力控制,因此,首先需要测定控制电磁阀对控制压力的贡献(压力权) 。
通过实验测定,6 个电磁阀的压力权分别为: P1 = 0.218 75 MPa ； P2 = 0.437 5 MPa ；
P3 = 0.875 MPa ； P4 = 1.75 MPa ； P5 = 3. 5 MPa ； P6 = 7. 0 MPa 。
多级压力控制阀的控制工作压力P 可以用以下式表示:
P = K1 P1 + K2 P2 + K3 P3 + K4 P4 + K5 P5 + K6 P6 (1)
K1 ～ K6分别表示6 个多级压力控制电磁阀的开启系数, 取值0(不通电动作) 、1(通电动作) 。根据式(1) ,使用循环判断的算法很容易实现根据设定压力自动确定多级压力控制阀电磁阀的动作组合。
流量的控制与压力相类似。
1.2.2 工艺动作控制
对设备的工艺动作设计如图2 所示。
图2 注塑机的工艺动作流程
设计液压系统动作时序图,就是要确定工艺动作对应的阀门动作逻辑顺序。不同系统不尽相同。
1. 3 温度控制
注塑机的温度控制,主要是指料筒温度控制。参数自整定PID 控制是现代注塑机使用较多的控制方式。系统设计分为如下步骤:
(1) 温控系统硬件的设计。把料筒分为7个控制温区,各温区使用温度传感器( K 型热电偶) 探测温度,信号经放大、A/ D 转换(由B&R PCC 2003 家族的模拟量输入模块A T 664 实现) 后输入到PCC ,PCC 进行运算及处理后控制7 组控制器件(接触器或无触点过零型固态继电器SSR) ,从而控制电阻加热器对料筒加热。
点通
