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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，因此本文對這兩種裝備的控制技術(shù)進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，能量的耗費大部分用于熔融樹脂和驅(qū)動電動機。熱能包括螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱和機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。對于片、膜及管等形狀簡單制品的尺寸測量，可通過性能優(yōu)良的傳感器和計算機直接進行測控。而對于形狀復(fù)雜的異型材制品，由于直接測定尺寸十分困難，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
擠出控制系統(tǒng)需要對整個擠出過程的工藝參數(shù)，如熔體壓力及溫度、各段機身溫度、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的電流電壓等參數(shù)進行在線檢測，并采用閉環(huán)控制技術(shù)。
擠出控制系統(tǒng)的設(shè)計包括：主控制器的選型、接口電路設(shè)計、驅(qū)動與放大電路設(shè)計、人機界面設(shè)計(HMI)以及控制算法軟件設(shè)計等。根據(jù)精密擠出成型控制要求與特點，主控制器可選用PCC2003可編程計算機控制系統(tǒng)。可編程計算機控制器集成了可編程邏輯控制器的標準功能和工業(yè)計算機的分時多任務(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)得到靈活多樣的擴展和組態(tài)。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴容只需在原有基礎(chǔ)上疊加應(yīng)用軟件模塊，同時具有高級語言編程功能，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RS232接口以及1個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。
注塑機控制
1、精密注塑機的閉環(huán)控制技術(shù)
(1)精密注塑控制的特點。與常規(guī)注射成型相比，精密注塑成型對成型參數(shù)的重復(fù)精度要求更高。因此，精密注塑機宜采用多級反饋控制。這種多級控制包括：感應(yīng)式位移控制或時間控制的10級射膠閉環(huán)注射系統(tǒng)，多級保壓時間、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。即升溫時超調(diào)量小，使得溫度的波動較小。對于常規(guī)控制，雙位控溫超調(diào)量為25~30℃時，螺桿計量引起的溫度波動為4℃以上，而同樣條件下精密注塑機的控溫精度在±0.5℃以內(nèi)。
液壓油溫控制精度更高。工作油溫的變化會引起粘度的變化，使進入各執(zhí)行機構(gòu)的流量發(fā)生波動，引起啟閉模速度、注射速度和螺桿轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，同時也會導(dǎo)致壓力波動。對一般小型注塑機而言，在沒有油溫調(diào)節(jié)的情況下連續(xù)工作5h，油溫會升高28℃，系統(tǒng)壓力會升高0.19MPa，換算成對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，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間的影響，而且受模具溫度的影響。若冷卻時間相同，模具型腔溫度低，則制品的厚度相對較大。
基于精密注塑控制的上述特點，精密注塑機的控制系統(tǒng)要比常規(guī)注塑機復(fù)雜得多，它需要實現(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。閉環(huán)控制的原理如圖2所示。從圖中可以看出，閉環(huán)控制的起點是測量目標變量，由一個與目標變量相對應(yīng)的傳感器對目標變量進行檢測，產(chǎn)生一個與目標變量成正比的輸出，通常為電壓、電流信號或模擬信號。這一信號反饋給閉環(huán)控制器并與設(shè)定值進行比較，當目標變量偏離設(shè)定值時，閉環(huán)控制器會產(chǎn)生附加控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)對控制對象進行調(diào)整，從而使目標變量與設(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控制對象的影響，從而進一步提高了控制精度。
圖2.注塑機閉環(huán)控制原理
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有如下特點：系統(tǒng)輸出信號對控制作用有直接影響;有反饋環(huán)節(jié)，并應(yīng)用反饋作用來減少系統(tǒng)誤差，以使系統(tǒng)的輸出量趨于預(yù)定值;當出現(xiàn)干擾時，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))。