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1、SERCOSⅡ在注塑机全电动设计中的应用第32卷第8期2006年8月北京工业大学JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVO1.32NO.8Aug.2006SERCOSⅡ在注塑机全电动设计中的应用康存锋,方庆华,马春敏,黄旭东(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京100022)摘要:针对传统注塑机在加工精度,加工效率上的不足,提出一种全电子注塑机的控制方案,介绍了基于SERCOS1I实时系统的运动控制方法,分析了实现注塑过程的高速,高精度的硬件体系.在试验样机3个月的连续工作中,当周期循环时间为4ms,注射量最大达到80cm时,产
2、品的成型周期能控制在15S以内,注出产品的质量,精度均满足要求,表明该设计切实可行.关键词:实时系统;注射成型;SERCOS11;全电子设备中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:0254—0037(2006)08—0719—05注射成型是热塑性或热固性塑料制件的主要成型方法之一.注塑机是目前广泛使用的高分子材料加工机械.随着自动化和计算机技术的发展,西方工业国家成功推出新一代自动控制注塑机械,自动化程度高,易操作,生产效率和产品质量也大大提高.而目前国内生产和使用的注塑机基本上是液压驱动或者油压计量与电动组合的混合式机型,不仅自动化程度无法与国外同类产品相比,而且加
3、工质量不高,对国外新技术过分的依赖成为目前注塑机制造业发展的瓶颈.SERCOS(serialreal—timecommunicationstandard)技术的快速发展,尤其是近期SERCOSII的推广应用,以其基于PCI总线的对运动控制的高精度,高实时操作性,为国内厂商加速开发出经济实用的全电动注塑机提供了新的机遇.1全电子注塑机控制系统的原理1.1注塑过程简述整个注塑过程包括合模,锁模,注射保压,塑化/计量,冷却,开模,顶出等主要步骤[¨.其工艺流程如图1所示.锁模状态!冷却过程下周期计量图1注塑成型的工艺流程Fig.1Flowchartofinjectionmoldi
4、ng料筒内的原料加热到注射温度后,锁模系统的肘杆合上模具,并在动模板上施加设定的锁模力,接着将计量好的塑胶快速射入已锁紧的模具中,当填满模腔后,螺杆保持一定的扭矩,使模腔内的产品更饱和,尺寸更稳定;与此同时,螺杆通过转动并后退(计量产品所需要的塑胶量),使新的原料进入熔胶筒内并加热;当模具内的产品冷却达到设定时间后,锁模系统将模具分开,然后顶出产品,即完成了一个塑料产品的制作周期.收稿日期:2006—0109.基金项目:北京市重点实验室开放基金资助项目(KP0100200201)作者简介:康存锋(1970一),男,山东淄博人,副教授.720北京工业大学2006正1.2SER
5、COSlI简介SERCOS数字运动控制接口是一种用于高速,高精度运动控制的现场总线接口和数据交换协议,是目前用于数字伺服和数据通信的唯一国际标准(IEC61491)和当今仅有的供应商中立的开放式接口标准.在通讯结构上,SERCOS采用主站/从站通讯模式,控制器作为主控者,驱动器只允许对控制器的请求做出响应,通过塑料玻璃光缆和标准化的连接件构成的传送段,使各个从站(驱动器)彼此连接,构成1个封闭的环路,环内交换的信息完全取决于控制器和驱动器间的任务分配.选择光纤作为通讯介质,具有固有的噪音免疫能力,尤其对于大电流驱动系统优势明显12J.SERCOS1I是继SERCOS推出后技
6、术发展的结果,它继承了SERCOS接口传输数据的高实时性,可靠性,快速性等优点,并且不再限制控制单元的操作系统,仅仅需要数量很少的协议.在结构上,也解除了每个环路最多只能接8根轴的限制,最大轴数取决于系统的循环时间,传输速率和组态软件传输的数据量.在卡上有一个微处理器,包含了SERCOS接口的所有硬件:与微处理器连接的数据总线,与光接收器和发送器直接连接的串行接口,以及用于数据控制和通讯的双口RAM,自动传送和监视同步报文的处理电路等[.SERCOS环与控制单元之间的接口被简化到只有一个缓存接口,从而把运动控制工作降低到r根据中断信号执行读写操作,使得控制系统的主控功能易于
7、实现软件化.运动控制系统中,为了保证数据的实时性和同步性,必须根据交换的数据量大小规定SERCOS通讯的时序图,保证在1个周期内实现对所有周期数据的访问,并严格测试在实时进程内用户处理数据所需时间,将结果输入到时序图中,以便调整命令值和反馈值送到共享内存的时间,避免通讯周期内的访问冲突.在计算机PCI板卡上插入SERCOS1I卡后,其内嵌的软件即完成以上工作,虽然各个驱动器或I/O站接受和发送数据的时刻不同,但它们的有效时刻是一致的,即在控制系统发出中断,送出主控同步报文(mastersynchronization
