摘要：早期注塑機控制系統普遍存在元件老化、故障率高和性能落后的缺點,利用現代控制技術開發精確、高效、節能型控制系統,延長設備壽命,解決這些設備在使用中的實際問題,是我國廣大注塑機用戶急需解決的問題。以一臺20世紀70 年代進口的大型注塑機為對象, 探討新型的注塑機控制系統的設計問題。

　　1 注塑機控制的方法和原理

　　注塑機的控制要解決的主要問題包括:機械運動控制、動力控制、溫度控制等。

　　1. 1 機械運動控制

　　機械液壓式注塑機是目前塑料行業廣泛使用的注塑機,它的機械運動控制的重點是開合模運動控制。雙肘式開合模機構運動原理如圖1所示。

　　圖1 雙曲肘合模機構運動原理圖

　　開合模運動控制的對象是動模板C ,而動模板是由油缸通過雙曲肘機構驅動的,因此,需要建立油缸活塞位置與動模板位置的相互關系,以及油缸活塞在某一位置時活塞運動速度(由液壓系統開合模油缸流量決定) 與動模板運動速度的相互關系,即進行合模機構的線性化工作。

　　根據圖1 所示的運動原理,可以確立開合模油缸活塞與動模板的位置和速度的關系。控制系統軟件中,以一個通用線性化子程序實現這部分的運算,以便進行準確控制。

　　為減少CPU 的運算負荷,提高控制系統實時性,比較好的做法是以上述關系為基礎,編制計算機軟件,計算出活塞與動模板運動的一一對應關系,形成數據模塊,開合模運動控制時從數據模塊中直接讀取活塞和動模板的關系。

　　1. 2 動力控制

　　注塑機的動力傳遞以液壓傳動為主,注塑機的動力控制,要解決好兩方面的問題:一是壓力和流量的控制,它是決定設備精度的主要因素；二是設計合理的工藝動作流程和液壓動作時序圖。

　　1.2.1 壓力流量控制

　　與現代注塑機采用比例閥進行壓力流量連續控制不同,早期注塑機液壓系統大多采用壓力流量組合式離散控制。大型注塑機的多級壓力控制閥,是由6 個控制電磁閥組合動作,線性疊加進行壓力控制,因此,首先需要測定控制電磁閥對控制壓力的貢獻(壓力權) 。

　　通過實驗測定,6 個電磁閥的壓力權分別為: 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 。
　　多級壓力控制閥的控制工作壓力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分別表示6 個多級壓力控制電磁閥的開啟系數, 取值0(不通電動作) 、1(通電動作) 。根據式(1) ,使用循環判斷的算法很容易實現根據設定壓力自動確定多級壓力控制閥電磁閥的動作組合。

　　流量的控制與壓力相類似。

　　1.2.2 工藝動作控制

　　對設備的工藝動作設計如圖2 所示。

　　圖2 注塑機的工藝動作流程

　　設計液壓系統動作時序圖,就是要確定工藝動作對應的閥門動作邏輯順序。不同系統不盡相同。

　　1. 3 溫度控制

　　注塑機的溫度控制,主要是指料筒溫度控制。參數自整定PID 控制是現代注塑機使用較多的控制方式。系統設計分為如下步驟:

　　(1) 溫控系統硬件的設計。把料筒分為7個控制溫區,各溫區使用溫度傳感器( K 型熱電偶) 探測溫度,信號經放大、A/ D 轉換(由B&R PCC 2003 家族的模擬量輸入模塊A T 664 實現) 后輸入到PCC ,PCC 進行運算及處理后控制7 組控制器件(接觸器或無觸點過零型固態繼電器SSR) ,從而控制電阻加熱器對料筒加熱。

　　(2) 料筒溫控模型識別。研究結果顯示,料筒溫控數學模型可表示為一階慣性加純滯后環節,如式(2) 所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　             （2）

　　式中, t 為溫度，u 為功率，τ為系統時滯，Kt 為系統時間常數，K 為系統常數，s 為拉氏變換因子。

　　數學模型各參數可采用階躍響應法測得,見表1 。

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