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注塑機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)展以及未來發(fā)展趨勢 |
| 時(shí)間：2019年03月09日 點(diǎn)擊：次
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20世紀(jì)50年代后期，我國自行生產(chǎn)的臺(tái)注塑機(jī)，經(jīng)過50多年的發(fā)展，目前已能生產(chǎn)大部分機(jī)種。塑機(jī)是整個(gè)塑料產(chǎn)業(yè)中能體現(xiàn)核心技術(shù)價(jià)值的領(lǐng)域。
自注塑機(jī)出現(xiàn)以來,其控制系統(tǒng)也隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。目前,注塑機(jī)的控制系統(tǒng)種類繁多,性能各異,但是總的說來,它的基本結(jié)構(gòu)可以用下式說明：注塑機(jī)控制系統(tǒng)=驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)＋ 電子控制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)＋ 驅(qū)動(dòng)注塑機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),如合模機(jī)構(gòu)、塑化機(jī)構(gòu)、注射機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)等。
注塑機(jī)的控制技術(shù)是提升注塑機(jī)整體技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)之一。注塑機(jī)的控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過程。
注塑機(jī)由于使用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使智能控制注塑工藝過程各參數(shù)達(dá)到佳成為可能，同時(shí)控制方式也發(fā)生了從開環(huán)到閉環(huán)的轉(zhuǎn)變。
注塑機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)展以及未來發(fā)展趨勢
注塑過程的控制變量
從目前的技術(shù)發(fā)展水平來看，注塑機(jī)的過程控制主要是通過對(duì)注塑過程的可控工藝參數(shù)進(jìn)行控制。
注塑機(jī)的可控變量有兩種，一類是基本以模擬量形式的輸入變量，如料筒各段溫度、聚合物熔體溫度、螺桿溫度、模具溫度、注射系統(tǒng)壓力、螺桿轉(zhuǎn)速等;另一類是數(shù)字量形式的輸入變量，如螺桿后退停止位置、注射座前后位置、模板向前和向后運(yùn)動(dòng)以及超行程等。
根據(jù)這些輸入變量，我們可以進(jìn)行對(duì)注塑參數(shù)和溫度的控制。
1、注塑參數(shù)的控制
注塑參數(shù)的控制主要有對(duì)注射速度與注射壓力的控制、PVT保壓過程控制、緩沖量控制、背壓控制等。注射速度是指螺桿向前推進(jìn)的速度，其速度快慢會(huì)影響到注射壓力、熔體流率等參數(shù)，并直接影響到制品質(zhì)量。
對(duì)注射速度的控制包含兩種含義：一個(gè)是對(duì)螺桿(或柱塞)推進(jìn)物料的速度進(jìn)行開環(huán)或閉環(huán)控制。另一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)速度同時(shí)進(jìn)行位置和速度值的多級(jí)切換，稱為多級(jí)注射速度切換或控制。
對(duì)于注射壓力的控制，傳統(tǒng)注塑機(jī)一般基于行程和時(shí)間來進(jìn)行壓力切換，其控制也包含兩層含義：一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)物料的壓力進(jìn)行開環(huán)或閉環(huán)控制。另一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)壓力同時(shí)進(jìn)行位置和壓力值的多級(jí)切換，稱為多級(jí)注射壓力切換或控制。傳統(tǒng)注塑機(jī)的這種從注射壓力到保壓壓力采用位置切換，而到保壓階段就從位置切換轉(zhuǎn)入用時(shí)間切換多級(jí)保壓壓力的控制方法，其精度和穩(wěn)定性都較差。先進(jìn)注塑機(jī)的注射壓力控制是依靠檢測模腔壓力來實(shí)現(xiàn)壓力切換的，即通過一個(gè)預(yù)先設(shè)定的程序來控制。也就是切換點(diǎn)的壓力值先存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，其后轉(zhuǎn)換成邏輯控制信號(hào)，如果模腔中的壓力與設(shè)定值相同，則立即切換到保壓控制。
現(xiàn)代注塑機(jī)的保壓控制采用精度和穩(wěn)定性較高的PVT保壓控制，即先用壓力和溫度傳感器對(duì)模腔壓力和模腔溫度及噴嘴處的物料溫度進(jìn)行檢測，并作為反饋信號(hào)輸入給控制裝置進(jìn)行“PVT”(T—模腔中物料的溫度，V—比容，P—模腔壓力)邏輯運(yùn)算，再發(fā)出指令對(duì)比例壓力電磁閥進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，從而使注射與保壓時(shí)的系統(tǒng)油壓能按PVT特性曲線的指令變化。模內(nèi)熔體的溫度是時(shí)間的函數(shù)，該溫度是通過傳感器進(jìn)行連續(xù)地檢測來獲得的。
緩沖量控制是對(duì)螺桿頭部余料的控制，它起著緩沖與控制注塑量精度的作用。它是通過位移傳感器對(duì)螺桿位置的檢測，并根據(jù)前次螺桿位置檢測的記憶信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后而獲得下次螺桿位置的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)控制的。
螺桿在預(yù)塑時(shí)，計(jì)量室中熔體的壓強(qiáng)稱為背壓。背壓控制是為了減少軸向溫差，有利于熔體壓實(shí)。它是通過預(yù)選油壓的多級(jí)控制來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)螺桿預(yù)塑時(shí)，其在物料的作用下要后退，這就會(huì)使注射油缸腔的回油經(jīng)過背壓閥流回油箱，因此通過調(diào)整背壓閥在螺桿不同位置時(shí)的泄油壓力可調(diào)節(jié)螺桿頭部熔體的壓力(剪切熱)，從而使其軸向溫差得到調(diào)節(jié)。
2、溫度控制
溫度控制主要包括對(duì)料筒溫度、料口處溫度、噴嘴溫度、模具溫度、油溫進(jìn)行控制。 料筒溫度就是料筒表面的加熱溫度。
料筒的溫度控制是注塑工藝的重要參數(shù)，溫度控制不好將直接影響到制品的質(zhì)量。注射料筒的加熱段一般分3~4段，通過一次儀表(熱電偶)和二次儀表對(duì)加熱電阻圈的控制與調(diào)節(jié)而形成閉環(huán)控制回路。
料口處的溫度控制直接影響到固體料的摩擦系數(shù)和輸送效率，良好的溫控能使料筒其他部分物料的溫度得到更加穩(wěn)定地控制。此溫度是用熱電偶檢測并通過PDPI控制循環(huán)冷卻水流實(shí)現(xiàn)控制的。
噴嘴溫度控制的好壞不僅會(huì)影響到注塑過程能否穩(wěn)定工作，而且直接影響著高溫熔體通過噴嘴時(shí)的剪切熱和剪切流動(dòng)。噴嘴溫度的控制是通過熱電偶來完成的。
模具溫度是指與制品相接觸的模腔表面溫度，它會(huì)影響充模、冷卻和保壓過程。模具溫度的控制也是通過熱電偶來完成的。
注塑機(jī)的油溫是指液壓系統(tǒng)工作油的溫度，它對(duì)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性及注塑制品質(zhì)量有著重要的影響，因而在注塑機(jī)系統(tǒng)中必須配有油溫控制裝置，通過溫度傳感器的檢測來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)油溫的加熱和冷卻控制。
我國注塑機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)展
1、傳統(tǒng)控制方式
傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡單的繼電器、接觸器控制，控制方式多為開環(huán)控制，即按照預(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行控制(預(yù)先設(shè)定好各參數(shù)值，由機(jī)器在生產(chǎn)過程中加以保持)。這種控制方法結(jié)構(gòu)簡單，但抗干擾能力差，控制精度低。
2、可編程序控制器控制方式
20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來的可編程序控制器(PLC)是一種較好的控制裝置，它由中央處理單元(CPU)、輸入輸出(I/O)、存貯器、編程器等組成?？刂瞥绦蛴捎脩糨斎氲酱尜A器中，CPU以掃描工作方式按照程序判斷輸出狀態(tài)，來實(shí)施對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制。
我國對(duì)PLC控制裝置來實(shí)施在注塑機(jī)中的應(yīng)用大多是從對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的改造開始，目前國內(nèi)的注塑機(jī)大部分采用PLC控制系統(tǒng)。采用PLC控制可以實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)，注射成型過程的工藝參數(shù)控制也能夠得到基本保證。PLC控制主要是利用位移傳感器等進(jìn)行動(dòng)作程序和過程程序的切換，并能夠?qū)崿F(xiàn)比例壓力和比例流量控制。同時(shí)可以進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，也可以兼有模擬量(如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)的閉環(huán)控制。借助鍵盤和液晶或數(shù)碼顯示，可設(shè)定或修改工藝過程參數(shù)，并設(shè)有預(yù)警系統(tǒng)和故障顯示指示燈以監(jiān)測生產(chǎn)過程，從而大大提高了整機(jī)性能。 由于PLC控制方式可使注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，即按照在線測量值與設(shè)定值的偏差通過負(fù)反饋回路進(jìn)行控制，因此當(dāng)注射速度、注射壓力、模腔溫度、模腔壓力、熔體溫度和油壓等參數(shù)在生產(chǎn)過程中因干擾出現(xiàn)偏差時(shí)，機(jī)器可通過自適應(yīng)控制系統(tǒng)針對(duì)干擾自動(dòng)進(jìn)行修正。從而使PLC控制方式較傳統(tǒng)方式的抗干擾能力及控制精度有了很大程度的提高。 然而PLC控制方式也有其不足的地方，如它的抗干擾性、可靠性和溫度控制精度在有些時(shí)候還顯得不夠理想。
3、計(jì)算機(jī)控制方式
采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制是更為的控制方法，這是注塑機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
目前微機(jī)控制系統(tǒng)主要有單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)兩大類型。單機(jī)系統(tǒng)采用單板結(jié)構(gòu)可將信息的采集、轉(zhuǎn)換和處理融為一體，其結(jié)構(gòu)由A/D、D/A、數(shù)字1/0以及比例放大器或外加比例放大器構(gòu)成。
注塑機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢
目前世界發(fā)達(dá)國家的注塑機(jī)控制技術(shù)比較先進(jìn)、成熟，其特點(diǎn)是普遍采用實(shí)時(shí)閉環(huán)控制和CRT或LCD顯示屏的過程監(jiān)控，并通過多重處理將盡可能多的處理工作分配給外圍裝置完成，以提高注塑機(jī)內(nèi)的通訊能力，減輕主控部分負(fù)荷。這在一定程度上代表了注塑機(jī)控制技術(shù)的未來走向。
目前，世界發(fā)達(dá)國家的注塑機(jī)控制技術(shù)比較先進(jìn)、成熟，其特點(diǎn)是普遍采用實(shí)時(shí)閉環(huán)控制盒CRT或LCD顯示屏的過程監(jiān)控，并通過多重處理將盡可能多的處理工作分配給外圍裝置完成，以提高注塑機(jī)內(nèi)的通訊能力，減輕主控部分符合。這在一定程度上代表了注塑機(jī)控制技術(shù)的未來走向，這也是我國注塑機(jī)控制技術(shù)的未來走向。相信將來，隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，注塑機(jī)會(huì)不斷朝著自動(dòng)化、節(jié)能化、智能化、無人化等方向發(fā)展。
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