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解析擠出、注塑成型控制技術(shù)（一）
隨著工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的改善，人們對(duì)塑料制品種類和質(zhì)量的要求日益提高。深入研究塑料成型裝備及其相關(guān)控制技術(shù),，從而克服制品中的缺陷，提高制品質(zhì)量,，對(duì)于塑料成型技術(shù)的提高具有重要意義,。在塑料成型裝備中，擠出與注塑兩種成型設(shè)備的使用,，因此本文對(duì)這兩種裝備的控制技術(shù)進(jìn)行了較為詳盡的介紹,。
擠出成型設(shè)備的控制
1、擠出成型對(duì)控制系統(tǒng)的需求
(1)節(jié)能,。在擠出成型過程中,，能量的耗費(fèi)大部分用于熔融樹脂和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。熱能包括螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱和機(jī)筒加熱器的熱能兩部分,。隨著能源供應(yīng)的日趨緊張,，研究開發(fā)具有高效節(jié)能的擠出成型設(shè)備顯得十分必要。
(2)穩(wěn)定性,。擠出成型工藝的穩(wěn)定性包括制品的質(zhì)量穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性,。對(duì)于片,、膜及管等形狀簡(jiǎn)單制品的尺寸測(cè)量,，可通過性能優(yōu)良的傳感器和計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行測(cè)控。而對(duì)于形狀復(fù)雜的異型材制品,，由于直接測(cè)定尺寸十分困難,，因此必須要求生產(chǎn)過程本身保持穩(wěn)定。為此,，研究開發(fā)擠出成型設(shè)備所用的高精度和高穩(wěn)定性控制系統(tǒng)十分必要,。
2、精密擠出成型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
擠出控制系統(tǒng)需要對(duì)整個(gè)擠出過程的工藝參數(shù),，如熔體壓力及溫度,、各段機(jī)身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉(zhuǎn)速,、喂料量,、各種原料的配比以及電機(jī)的電流電壓等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，并采用閉環(huán)控制技術(shù),。
擠出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：主控制器的選型,、接口電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)與放大電路設(shè)計(jì),、人機(jī)界面設(shè)計(jì)(HMI)以及控制算法軟件設(shè)計(jì)等,。根據(jù)精密擠出成型控制要求與特點(diǎn),，主控制器可選用PCC2003可編程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器集成了可編程邏輯控制器的標(biāo)準(zhǔn)功能和工業(yè)計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)功能,，能方便地處理開關(guān)量﹑模擬量及進(jìn)行回路調(diào)節(jié)。其硬件具有*新穎的插拔式結(jié)構(gòu),，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴(kuò)展和組態(tài),。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)容只需在原有基礎(chǔ)上疊加應(yīng)用軟件模塊,，同時(shí)具有高級(jí)語言編程功能,，并可以根據(jù)需要采用多種語言混合編程。精密擠出成型過程控制系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
圖1.精密擠出成型過程控制系統(tǒng)框圖
在圖1中,，CPU模塊為CP476，帶有1個(gè)RS232接口以及1個(gè)CAN(ControlAreaNet)接口,。其指令周期為0.5us,，內(nèi)置硬件狗功能。接口組件包括模擬量輸入模塊,、模擬量輸出模塊,、數(shù)字輸入輸出混合模塊、溫度模塊及通信接口模塊等,。
注塑機(jī)控制
1,、精密注塑機(jī)的閉環(huán)控制技術(shù)
(1)精密注塑控制的特點(diǎn)。與常規(guī)注射成型相比,，精密注塑成型對(duì)成型參數(shù)的重復(fù)精度要求更高,。因此，精密注塑機(jī)宜采用多級(jí)反饋控制,。這種多級(jí)控制包括：感應(yīng)式位移控制或時(shí)間控制的10級(jí)射膠閉環(huán)注射系統(tǒng),，多級(jí)保壓時(shí)間、壓力和速度控制,，以及螺桿溫度智能PID控制等,。
另外，螺桿及噴嘴溫度控制更精確,。即升溫時(shí)超調(diào)量小,，使得溫度的波動(dòng)較小。對(duì)于常規(guī)控制,，雙位控溫超調(diào)量為25~30℃時(shí),，螺桿計(jì)量引起的溫度波動(dòng)為4℃以上，而同樣條件下精密注塑機(jī)的控溫精度在±0.5℃以內(nèi),。
液壓油溫控制精度更高,。工作油溫的變化會(huì)引起粘度的變化,，使進(jìn)入各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量發(fā)生波動(dòng)，引起啟閉模速度,、注射速度和螺桿轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致壓力波動(dòng)。對(duì)一般小型注塑機(jī)而言,，在沒有油溫調(diào)節(jié)的情況下連續(xù)工作5h,，油溫會(huì)升高28℃，系統(tǒng)壓力會(huì)升高0.19MPa,，換算成對(duì)流道聚合物熔體的保壓壓力約為1.9~2.9MPa,，從而必將影響到制品的尺寸偏差。為了防止這種情況的發(fā)生,，精密注塑機(jī)采用了加熱冷卻的閉環(huán)裝置,，以此可將工作油的油溫穩(wěn)定在50~55℃。
模具溫度控制更嚴(yán),，制品尺寸精度受模具溫度的影響很大,。不同材料制品的厚度不僅受冷卻時(shí)間的影響，而且受模具溫度的影響,。若冷卻時(shí)間相同,，模具型腔溫度低，則制品的厚度相對(duì)較大,。
基于精密注塑控制的上述特點(diǎn),，精密注塑機(jī)的控制系統(tǒng)要比常規(guī)注塑機(jī)復(fù)雜得多，它需要實(shí)現(xiàn)壓力,、速度等參數(shù)的全閉環(huán)控制,。
(2)閉環(huán)控制原理和特點(diǎn),。閉環(huán)控制的原理如圖2所示,。從圖中可以看出，閉環(huán)控制的起點(diǎn)是測(cè)量目標(biāo)變量,，由一個(gè)與目標(biāo)變量相對(duì)應(yīng)的傳感器對(duì)目標(biāo)變量進(jìn)行檢測(cè),，產(chǎn)生一個(gè)與目標(biāo)變量成正比的輸出，通常為電壓,、電流信號(hào)或模擬信號(hào),。這一信號(hào)反饋給閉環(huán)控制器并與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)目標(biāo)變量偏離設(shè)定值時(shí),，閉環(huán)控制器會(huì)產(chǎn)生附加控制信號(hào),，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)整，從而使目標(biāo)變量與設(shè)定要求趨于一致,。在上述過程中,，閉環(huán)控制還可以消除不同的干擾量對(duì)控制對(duì)象的影響,，從而進(jìn)一步提高了控制精度。
圖2.注塑機(jī)閉環(huán)控制原理
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制作用有直接影響;有反饋環(huán)節(jié),，并應(yīng)用反饋?zhàn)饔脕頊p少系統(tǒng)誤差,，以使系統(tǒng)的輸出量趨于預(yù)定值;當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)，包括內(nèi)擾和外擾,，可以減弱其影響;系統(tǒng)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定,，因此存在溫度性校核問題(穩(wěn)定判據(jù))。