現(xiàn)代塑料注塑成型機(jī)是一個集機(jī)、電、液于一體的典型系統(tǒng),由于這種設(shè)備具有成型復(fù)雜制品、后加工量少、加工的塑料種類多等特點(diǎn),自問世以來,發(fā)展極為迅速,目前全世界80%以上的工程塑料制品均采用注塑成型機(jī)進(jìn)行加工。
傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡單的開環(huán)控制，即按照預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行控制。在設(shè)備制造過程中，預(yù)先設(shè)定好參數(shù)值，例如鎖模力、循環(huán)時間、溫度等，由機(jī)器在生產(chǎn)過程中加以保持。例如模具溫度可以通過控制加熱流體的溫度加以保持，塑化溫度可以通過控制外加熱裝置的功率保持。這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單，然而抗干擾能力差，控制溫度也比較低。目前，更多的注塑機(jī)采用的是閉環(huán)控制，即按照在線測量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了負(fù)反饋回路，抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)注射速度、注射壓力、模腔溫度、模腔壓力、熔體溫度和油壓等在生產(chǎn)過程中因干擾出現(xiàn)偏差，機(jī)器則通過自適應(yīng)控制系統(tǒng)對干擾進(jìn)行自動修正。這一控制方法抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高。更先進(jìn)的控制方法是應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行控制，即構(gòu)筑閉環(huán)實時計算機(jī)控制系統(tǒng)。它包括直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)、監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC)、分散控制系統(tǒng)(DCS)和多級控制等幾種類型。
目前,常用的注塑機(jī)控制系統(tǒng)有三種,即傳統(tǒng)繼電器型、可編程控制器型和微機(jī)控制型。近年來,可編程序控制器(簡稱PLC)以其高可靠性、高性能的特點(diǎn),在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。為了提高注塑機(jī)控制系統(tǒng)的水平和品質(zhì),一種較PLC更高層次的、專為中小型控制系統(tǒng)設(shè)計的可編程計算機(jī)控制器(PCC)應(yīng)運(yùn)而生。PCC集成了標(biāo)準(zhǔn)的PLC和工業(yè)控制計算機(jī)的特點(diǎn),具有多任務(wù)分時操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力比PLC更強(qiáng)大。用PCC組成注塑機(jī)的控制系統(tǒng),以實現(xiàn)包括位置控制、速度控制、溫度控制、故障控制和實時顯示等注塑全過程的多種控制,可大大提高塑料制品的品質(zhì),有利于提高經(jīng)濟(jì)益。
一、注塑機(jī)控制的內(nèi)容
目前，注塑機(jī)的過程控制系統(tǒng)主要包含兩大部分：一是溫度控制系統(tǒng)，以對料筒、熔體和模具的溫度進(jìn)行控制;二是運(yùn)動控制系統(tǒng)，以對注塑過程的壓力、速度、位移進(jìn)行多級切換。
在溫度控制中，其控制精度已經(jīng)達(dá)到了±1℃。精確的溫度控制在精密注塑上有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及原材料的利用率，是一項十分重要的指標(biāo)。在塑料加工過程中，溫度控制主要包括料筒、噴嘴和模具的溫度控制。料筒溫度即料筒表面加熱溫度，由于料筒的壁比較厚，因此熱電偶檢測點(diǎn)的選擇非常關(guān)鍵，不同的檢測點(diǎn)上溫度曲線是有較大的差異的。因此雙點(diǎn)平行檢測，即在料筒表面與深處同時設(shè)置熱電偶，將得到比較穩(wěn)定的溫度曲線，有利于溫度控制的精度。噴嘴溫度直接影響著熔體通過時的剪切流動，對制品的質(zhì)量有大的影響，因此噴嘴溫度的控制精度要求更高。模具溫度是指與制品接觸的模腔表面溫度，它會顯著影響充膜、冷卻和保壓過程。對于模具溫度的控制方法可以采用控制加熱載體溫度的方法也可以直接控制模具溫度。在前一種方法中，以加熱載體的出口溫度為控制對象，比較簡單，能滿足一般的溫控要求。當(dāng)溫度控制精度要求較高時一般采用第二種方法進(jìn)行溫度控制。
注射速度、保壓壓力、溶膠背壓是注射部分首先要控制的三個變量，其控制精度直接影響制品的質(zhì)量。現(xiàn)代較為先進(jìn)的注塑機(jī)具備了5到10級的注射速度和多段保壓以及溶膠背壓控制。一般通過位移/速度傳感器、壓力傳感器、閉環(huán)注射控制器和高響應(yīng)伺服閥的配合使用，實現(xiàn)注射成型過程中溶膠背壓、注射速度和保壓工況的精確控制。另外比較簡單的辦法是采用閉環(huán)比例閥，通過比例閥本身的閥芯位置的閉環(huán)控制來提高控制精度。然而閥芯位置是一個中間變量，因此控制精度稍差。
移模過程控制最主要的變量是鎖模力，鎖模力的重復(fù)再現(xiàn)是穩(wěn)定的成型周期的必要條件。移模過程中應(yīng)該控制的另外一個重要的變量是位置。一方面，先進(jìn)的注塑機(jī)不斷追求效率的提高，移模速度直接影響成型周期，而快速移模本身對減速控制提出了更高的要求。另一方面，由于特殊工藝的不斷開發(fā)和推廣，模具位置的控制精度要求越來越高。
二、PLC與PCC
自20世紀(jì)60年代末美國第一臺可編程序控制器PLC問世以來，PLC控制技術(shù)已走過了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著近代計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，它已在軟硬件技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了當(dāng)初的“順序控制”的雛形階段。可編程計算機(jī)控制器(PCC)就是代表這一發(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。
與常規(guī)的PLC相比較，PCC是一種面向運(yùn)動控制、過程控制和網(wǎng)絡(luò)控制的專用控制系統(tǒng)，是集標(biāo)準(zhǔn)PLC、數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)計算機(jī)的性能特點(diǎn)于一體的智能控制器。PCC最大的特點(diǎn)在于其類似于大型計算機(jī)的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計。常規(guī)的PLC大多采用單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理，直接導(dǎo)致了“控制速度”依賴于應(yīng)用程序的大小，這一結(jié)果無疑是與I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺，這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期與程序長短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實時控制的要求。當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。
PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成，給項目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)采集、報警、PID調(diào)節(jié)運(yùn)算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊(任務(wù))，這些模塊既獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨(dú)立編制和調(diào)試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運(yùn)行，共同實現(xiàn)項目的控制要求。
PCC在編制不同的單個任務(wù)模塊時，具有靈活選用不同編程語言的特點(diǎn)，這就意味著不僅在常規(guī)PLC上一直為人們所熟悉的梯形圖、指令表語言可在PCC上繼續(xù)沿用，而且用戶還可采用更為高效直觀的高級語言(PL2000)，它是一套完全面向控制的文本語言，熟悉BASIC的技術(shù)人員會對它的語法有種似曾相識的感覺，它對于控制要求的描述非常簡便、直觀。除此之外，PCC的應(yīng)用軟件開發(fā)還具有集成“C”語言程序的能力，從而提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力。
在硬件結(jié)構(gòu)方面，PCC的特點(diǎn)是很顯著的。在其核心的運(yùn)算模塊內(nèi)部，PCC為其CPU配備了數(shù)倍于常規(guī)PLC的大容量存儲單元(100K?16M)，這無疑為強(qiáng)大的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供了監(jiān)視的硬件基礎(chǔ)。PCC在硬件上的特點(diǎn)，還體現(xiàn)在它為工業(yè)現(xiàn)場的各種信號設(shè)計了許多專用的接口模塊，如高頻脈沖、增量式編碼器、溫度、稱重信號及超聲波信號接口模塊等。它們將各種形式的現(xiàn)場信號十分方便的聯(lián)入以PCC為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中，用戶可按需要對應(yīng)用系統(tǒng)的硬件I/O通道以單路、十余路或數(shù)十路為單位模塊，進(jìn)行數(shù)十點(diǎn)至數(shù)百點(diǎn)上千點(diǎn)的擴(kuò)展與聯(lián)網(wǎng)。
PCC在工業(yè)控制中強(qiáng)大的功能優(yōu)勢，體現(xiàn)了可編程控制器與工業(yè)控制計算機(jī)及DCS(分布式工業(yè)控制系統(tǒng))技術(shù)互相融合的發(fā)展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術(shù)，但在其越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域中，它正日益顯示出不可低估的發(fā)展?jié)摿Ατ谧⑺軝C(jī)而言，目前普遍應(yīng)用的是PLC控制系統(tǒng)，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，個性化、定制化產(chǎn)品的需求不斷增長，注塑機(jī)的控制要求越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，作為更先進(jìn)的PCC控制系統(tǒng)，必將逐步占據(jù)一定的市場份額。另一方面，對于未來網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的需求，顯然，PCC控制系統(tǒng)更具競爭優(yōu)勢，因此，我們有理由相信，PCC控制系統(tǒng)必將會在未來的注塑機(jī)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。
