浅谈注塑机的控制

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现代塑料注塑成型机是一个集机、电、液于一体的典型系统,由于这种设备具有成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点,自问世以来,发展极为迅速,目前全世界80％以上的工程塑料制品均采用注塑成型机进行加工。
( ]6 R5 m3 A! L% W( Q; `传统的注塑机一般采用简单的开环控制，即按照预先设定值进行控制。在设备制造过程中，预先设定好参数值，例如锁模力、循环时间、温度等，由机器在生产过程中加以保持。例如模具温度可以通过控制加热流体的温度加以保持，塑化温度可以通过控制外加热装置的功率保持。这种控制方式结构简单，然而抗干扰能力差，控制温度也比较低。目前，更多的注塑机采用的是闭环控制，即按照在线测量值与设定值的偏差进行控制。闭环控制系统采用了负反馈回路，抗干扰能力强，当注射速度、注射压力、模腔温度、模腔压力、熔体温度和油压等在生产过程中因干扰出现偏差，机器则通过自适应控制系统对干扰进行自动修正。这一控制方法抗干扰能力强，控制精度高。更先进的控制方法是应用计算机进行控制，即构筑闭环实时计算机控制系统。它包括直接数字控制系统（DDC）、监督计算机控制系统（SCC）、分散控制系统（DCS）和多级控制等几种类型。
目前,常用的注塑机控制系统有三种,即传统继电器型、可编程控制器型和微机控制型。近年来,可编程序控制器(简称PLC) 以其高可靠性、高性能的特点,在注塑机控制系统中得到了广泛应用。为了提高注塑机控制系统的水平和品质,一种较PLC 更高层次的、专为中小型控制系统设计的可编程计算机控制器(PCC)应运而生。PCC集成了标准的PLC 和工业控制计算机的特点,具有多任务分时操作系统,数据运算和处理能力比PLC 更强大。用PCC 组成注塑机的控制系统,以实现包括位置控制、速度控制、温度控制、故障控制和实时显示等注塑全过程的多种控制,可大大提高塑料制品的品质,有利于提高经济益。
注塑机控制的内容
7 h! K5 l8 ^# G, m! E; d/ F目前，注塑机的过程控制系统主要包含两大部分：一是温度控制系统，以对料筒、熔体和模具的温度进行控制；二是运动控制系统，以对注塑过程的压力、速度、位移进行多级切换。
5 P6 e* t* {7 @* Y* b- k在温度控制中，其控制精度已经达到了±1℃。精确的温度控制在精密注塑上有利于提高产品质量以及原材料的利用率，是一项十分重要的指标。在塑料加工过程中，温度控制主要包括料筒、喷嘴和模具的温度控制。料筒温度即料筒表面加热温度，由于料筒的壁比较厚，因此热电偶检测点的选择非常关键，不同的检测点上温度曲线是有较大的差异的。因此双点平行检测，即在料筒表面与深处同时设置热电偶，将得到比较稳定的温度曲线，有利于温度控制的精度。喷嘴温度直接影响着熔体通过时的剪切流动，对制品的质量有大的影响，因此喷嘴温度的控制精度要求更高。模具温度是指与制品接触的模腔表面温度，它会显著影响充膜、冷却和保压过程。对于模具温度的控制方法可以采用控制加热载体温度的方法也可以直接控制模具温度。在前一种方法中，以加热载体的出口温度为控制对象，比较简单，能满足一般的温控要求。当温度控制精度要求较高时一般采用第二种方法进行温度控制。
注射速度、保压压力、溶胶背压是注射部分首先要控制的三个变量，其控制精度直接影响制品的质量。现代较为先进的注塑机具备了5到10级的注射速度和多段保压以及溶胶背压控制。一般通过位移/速度传感器、压力传感器、闭环注射控制器和高响应伺服阀的配合使用，实现注射成型过程中溶胶背压、注射速度和保压工况的精确控制。另外比较简单的办法是采用闭环比例阀，通过比例阀本身的阀芯位置的闭环控制来提高控制精度。然而阀芯位置是一个中间变量，因此控制精度稍差。
移模过程控制最主要的变量是锁模力，锁模力的重复再现是稳定的成型周期的必要条件。移模过程中应该控制的另外一个重要的变量是位置。一方面，先进的注塑机不断追求效率的提高，移模速度直接影响成型周期，而快速移模本身对减速控制提出了更高的要求。另一方面，由于特殊工艺的不断开发和推广，模具位置的控制精度要求越来越高。
6 V1 U) c  c, O5 h' o( |) oPLC与PCC
7 }  I; ^$ q5 b2 W自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器PLC问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的“顺序控制”的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。
; {% T( l- `( R. N/ M. Z. s与常规的PLC相比较，PCC是一种面向运动控制、过程控制和网络控制的专用控制系统，是集标准PLC、数控系统和工业计算机的性能特点于一体的智能控制器。PCC最大的特点在于其类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。常规的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理，直接导致了 “控制速度”依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是与I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。
; b: C% ?, P" n) }3 B& w/ ?PCC的应用程序由多任务模块构成，给项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。
PCC在编制不同的单个任务模块时，具有灵活选用不同编程语言的特点，这就意味着不仅在常规 PLC上一直为人们所熟悉的梯形图、指令表语言可在PCC上继续沿用，而且用户还可采用更为高效直观的高级语言(PL2000)，它是一套完全面向控制的文本语言，熟悉BASIC的技术人员会对它的语法有种似曾相识的感觉，它对于控制要求的描述非常简便、直观。除此之外，PCC的应用软件开发还具有集成“C”语言程序的能力，从而提供了强大的数据运算和处理能力。
在硬件结构方面，PCC的特点是很显著的。在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元(100K?16M)，这无疑为强大的系统和应用软件提供了监视的硬件基础。PCC在硬件上的特点，还体现在它为工业现场的各种信号设计了许多专用的接口模块，如高频脉冲、增量式编码器、温度、称重信号及超声波信号接口模块等。它们将各种形式的现场信号十分方便的联入以PCC为核心的数字控制系统中，用户可按需要对应用系统的硬件I/O通道以单路、十余路或数十路为单位模块，进行数十点至数百点上千点的扩展与联网。
PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。对于注塑机而言，目前普遍应用的是PLC控制系统，然而随着技术的进步，个性化、定制化产品的需求不断增长，注塑机的控制要求越来越复杂，精度要求越来越高，作为更先进的PCC控制系统，必将逐步占据一定的市场份额。另一方面，对于未来网络化生产的需求，显然，PCC控制系统更具竞争优势，因此，我们有理由相信，PCC控制系统必将会在未来的注塑机领域占据一席之地。
9 o! D, `: e/ w2 Q9 g) O+ k文章关键词： 注塑机、设备