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1、PCC在注塑机控制系统中的应用陶亦亦(苏州职业大学机电工程系,江苏苏州215011)摘要:提出了在注塑机控制系统中采用先进的电液比例技术和可编程序计算机控制器(简称PCC)的机电一体化控制方案,对注塑机PCC控制系统的硬件构成和软件设计进行了重点介绍。关键词:可编程计算机控制器(PCC)；注塑机；控制系统中图分类号:TH137.5文献标识码:B文章编号:1005—7277(2004)02—0045—041.引言现代塑料注射成型机,简称注塑机,是一个集机、电、液于一体的典型系统,因具有一次能够成型复杂制品、后加工
2、量少、加工的塑料种类多等特点,自问世以来,发展极为迅速,目前已成为塑料成型加工的主要设备。随着计算机技术的发展,计算机控制技术在注塑机上的应用,使智能控制注塑工艺过程中各个参数达到最佳值已成为可能。西方工业国家已成功推出新一代自动控制塑料机械,不仅自动化程度高、易操作,而且生产效率和产品质量也大大提高。我国中小型塑料机械基本上均采用单体式的温度、压力控制仪表和手动开关控制,不仅自动化程度无法与国外同类产品相比,而且严重影响产品的加工质量和生产效率。鉴于此,提出了采用先进的电液比例技术和可编程序计算机控制器(简称
3、PCC)构成的机电一体化控制方案,该方案具体有以下方面的改进。在控制方式上,用闭环控制系统代替原来的开环控制系统,对主要工艺参数(如温度、注射压力、注射速度等)进行闭环控制,提高了控制精度,能够大幅度地改善塑料制品的质量;在编制软件时,利用软件技术使机器具有报警、自检、自动复位等功能,提高了系统的可靠性;在控制算法上,采用了工业生产中比较成熟的PID算法。闭环系统控制原理如图1所示。图1闭环系统控制原理图在液压系统中,采用比例流量阀和比例压力阀代替原来的开关阀,它们与伺服阀相比具有价格便宜,对工业环境要求不高等
4、优点,经改进后的油路不仅更广泛地适应注塑制品加工的工艺条件,促进注塑制品质量的提高,而且能利用系统调整工序中所需的压力和流量,节省了功率消耗。在控制装置上,采用一种专为中小型控制系统设计的可编程计算机控制器(简称PCC),它集成了标准的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。因此用PCC组成注塑机的控制系统,来实现包括位置控制、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质量,有利于提高经济效益。本文着重介绍由PCC组成的注塑
5、机控制系统。2.注塑机结构及工艺一台通用的注塑机主要由注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统组成。注射装置的作用是将塑料均匀地塑化和熔融,并在高压和高速下将熔体注入模具型腔中,它由塑化部件(螺杆,料桶,加热装置,喷嘴)、料斗、计量装置、传动装置、注射油缸、移动油缸等组成。合模装置是固定模具,使动模板作启闭模运动,能锁紧模具,在注射时保持模具可靠地合紧,它主要由前后固定模板、移动模板、连接拉杆、连杆机构、调模装置、合模油缸、移模油缸以及制品顶出装置组成。液压系统和电气控制系统提供动力并使注塑机按预定的工艺过程
6、要求(压力、速度、时间、温度)和动作顺序工作。以常用的螺杆式注塑机为例,其注射过程如图2所示。图2注塑机工艺生产见图注塑的工作过程为:当塑料从料斗落入料筒后,随着注射螺杆的转动而不断被输送向前。输送过程中逐渐压实,并在料筒的外加热量和螺杆的剪切热作用下实现其物理状态的变化,最后成为粘流态,并建立起一定压力。当螺杆头部熔料大于注射油缸背压时,螺杆便轴向移动后退,同时开始容积计算。当头部熔料达到预定注射量后,计量装置使行程开关动作,螺杆停止后退和转动,预塑结束。移动模板在合模油缸推动下使模具闭合。随之注射座前移,注
7、射油缸动作,活塞带动螺杆按要求的压力与速度将头部的熔料注入模腔内。注射完毕后,螺杆仍对熔料保持一定的压力,以防止倒流,并进行补缩。随着模腔中熔料的冷却,塑料从粘流态恢复到玻璃态而定型。合模油缸活塞后退使模具打开,同时在顶出机构的作用下将制件脱出,从而完成一个工作循环。3.注塑过程控制策略注塑机的可控变量有两种,一类是基本以模拟量形式的输入变量,如料筒各段温度、聚合物熔体温度、螺杆温度、模具温度、注射系统压力、螺杆转速等；另一类是数字量形式的输入变量,如螺杆后退停止位置、注射座前后位置、模板向前、向后运动和超行程
8、等。根据这些输入变量,可以对注塑参数和温度进行控制。(1)注塑参数的控制注塑参数的控制主要有对注射速度与注射压力的控制、PVT保压过程控制、缓冲量控制、背压控制等。注射速度控制包含两种含义:一是对螺杆(或柱塞)推进物料的速度进行控制；二是对螺杆推进速度同时进行位置和速度值的多级切换,称为多级注射速度切换或控制。同样,注塑机的注射压力控制也包含两种含义:一是对螺杆推进物料的压力进行控制；
