对中国注塑机控制统的思考.pdf

对中国注塑机控制系统的思考 何卫东 博士 现代塑料注塑成型机是一个集机、电、液于一体的典型系统，由于这种设备具有成 型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点，自问世以来发展极为迅 速，目前全世界80 ％以上的工程塑料制品均采用注塑成型机进行加工。 传统的注塑机一般采用简单的开环控制，即按照预先设定值进行控制。在设备制造 过程中，预先设定好参数值，例如锁模力、循环时间、温度等，由机器在生产过 程中加以保持。例如模具温度可以通过控制加热流体的温度加以保持，塑化温度可 以通过控制外加热装置的功率保持。这种控制方式结构简单，然而抗干扰能力差， 控制温度也比较低。 目前，更多的注塑机采用的是闭环控制，即按照在线测量值与设定值的偏差进行控 制。闭环控制系统采用了负反馈回路，抗干扰能力强，当注射速度、注射压力、 模腔温度、模腔压力、熔体温度和油压等在生产过程中因干扰出现偏差，机器则通 过控制系统对干扰进行自动修正。这一控制方法抗干扰能力强，控制精度高。更 先进的控制方法是应用计算机进行控制，即构筑闭环实时计算机控制系统。 我们公司() 有很丰富的注塑机控制系统的开发经验,从底层的 速度、位置、压力、吨位、温度等控制回路的设计到上面的人机界面设计，我们都 可以帮客户带来技术革新。我们可以基于DHMI 平台，和第三方控制平台 （Beckhoff TwinCAT 或多或少SIMENS）来开发设计注塑机控制系统。 注塑机控制系统的性能主要取决与过程控制的算法，这是整个控制系统的核心部 分。 ÿ 速度控制环的设计 ÿ 位置控制环的设计 （开环或闭环） ÿ 锁模吨位控制环的设计 ÿ 温度控制环的设计 （若是液压系统，油温控制也极为关键） ÿ 压力控制环的设计 ÿ 速度控制与压力控制的有效平稳切换 ÿ 关模压力保护控制的设计 ÿ 多段平滑控制曲线产生器的设计 ÿ 控制输出线性化设计 ÿ 其他系统优化设计 通过以上的设计使注塑机生产周期缩短，运行稳定，效率得到提高。 注塑机的过程控制系统主要包含两大部分：一是温度控制系统，以对料筒、熔体和 模具的温度进行控制；二是运动控制系统，以对注塑过程的压力、速度、位移以 及吨位进行多级切换。 在温度控制中，其控制精度已经达到了±1℃。精确的温度控制在精密注塑上有利 于提高产品质量以及原材料的利用率，是一项十分重要的指标。在塑料加工过程 中，温度控制主要包括料筒、喷嘴和模具的温度控制。料筒温度即料筒表面加热温 度，由于料筒的壁比较厚，因此热电偶检测点的选择非常关键，不同的检测点上 温度曲线是有较大的差异的。因此双点平行检测，即在料筒表面与深处同时设置 热电偶，将得到比较稳定的温度曲线，有利于温度控制的精度。喷嘴温度直接影响 着熔体通过时的剪切流动，对制品的质量有大的影响，因此喷嘴温度的控制精度 要求更高。模具温度是指与制品接触的模腔表面温度，它会显著影响充膜、冷却 和保压过程。对于模具温度的控制方法可以采用控制加热载体温度的方法也可以直 接控制模具温度。在前一种方法中，以加热载体的出口温度为控制对象，比较简 单，能满足一般的温控要求。当温度控制精度要求较高时一般采用第二种方法进 行温度控制。 注射速度、保压压力、溶胶背压是注射部分首先要控制的三个变量，其控制精度直 接影响制品的质量。现代较为先进的注塑机具备了 5 到10 级的注射速度和多段保 压以及熔胶背压控制。一般通过位移/速度传感器、压力传感器、闭环注射控制器 和高响应伺服阀的配合使用，实现注射成型过程中熔胶背压、注射速度和保压工 况的精确控制。另外比较简单的办法是采用闭环比例阀，通过比例阀本身的 阀芯 位置的闭环控制来提高控制精度。然而阀芯位置是一个中间变量，因此控制精度稍 差。 移模过程控制最主要的变量是锁模力，锁模力的重复再现是稳定的成型周期的必要 条件。移模过程中应该控制的另外一个重要的变量是位置。一方面，先进的注塑 机不断追求效率的提高，移模速度直接影响成型周期，而快速移模本身对减速控制 提出了更高的要求。另一方面，由于特殊工艺的不断开发和推广，模具位置的控 制精度要求越来越高。 中国的很多生产机器设备的企业, 控制系统都是配备第三方提供的现成控制系统, 这 样的机器设备极容易被其他竞争对手拷贝。控制系统是一台机器的大脑, 系统的核 心, 如果连系统的核心都能在市场上买到, 那仿制该设备就很容易了, 仿制就会导致 恶性竞争, 使设备成为低端设备。如果要提高设备的