徐曉風(fēng)，高永祥

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

0 引言

目前社會對中空塑料制品的需求增加，而中空塑料制品的制作方法主要靠擠出吹塑。通常塑料中空制品規(guī)格可分為超大型、大型、中型和小型。由于用于制造中空制品的設(shè)備造價較低，加工成型的周期比較短，特別是規(guī)格較大的制品，其壁厚的控制不太容易，存在著表面外觀質(zhì)量不高和有夾料縫等缺點(diǎn)。因此，中空制品的壁厚控制是塑料擠吹成型過程中比較關(guān)鍵的因素，研究開發(fā)壁厚控制裝置對提高中空制品的外廓質(zhì)量有著重要的意義［1］。

1 項(xiàng)目技術(shù)方案

本項(xiàng)目研究的壁厚控制裝置包括硬件模塊和軟件模塊，圖1為型坯壁厚控制器總體設(shè)計方案。

1.1 硬件控制方案

具有壁厚控制功能的往復(fù)式擠吹機(jī)是一個多執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由壁厚控制模頭、控制芯棒、高頻響應(yīng)電液比例閥、伺服油缸和信號反饋裝置等組成。具有工作元件較多、動作較復(fù)雜、動作之間的順序要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，壁厚控制器具有一定的動態(tài)響應(yīng)特性［2］。壁厚控制器的硬件控制主要由液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該液壓控制系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋設(shè)計。

系統(tǒng)采用5.5kW 電機(jī)和額定流量為23L／min的定量齒輪泵驅(qū)動，其中電機(jī)直立安裝。系統(tǒng)安全閥壓力設(shè)置為18 MPa，高壓濾油器保證系統(tǒng)油液的清潔。發(fā)訊器用于在濾油器堵塞的情況下發(fā)訊報警，以便及時清洗或更換。壓力截止閥的作用是保證系統(tǒng)的工作壓力和蓄能器的充液壓力在14 MPa～15 MPa，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過15 MPa時該閥直接卸荷，以保證系統(tǒng)安全。二位二通電磁閥處于常通失電位置，使電機(jī)啟動時系統(tǒng)處于無負(fù)荷狀態(tài)，工作時電磁閥得電后油路關(guān)閉，蓄能器開始充液，并供油至高頻響應(yīng)電液比例閥。

圖1 壁厚控制器總體設(shè)計方案

系統(tǒng)中擠出螺桿電機(jī)的速度通過控制面板上的儀表進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，其頻率調(diào)節(jié)范圍在0 Hz～400 Hz，與擠吹成型的吹氣元件動作相匹配。由于采用變頻調(diào)速，使擠出螺桿電機(jī)的啟動容量相應(yīng)地減小，并且可以取消一些諸如主接觸器和熱繼電器等電氣元件，以提高節(jié)能降耗效果。

系統(tǒng)中采用電液比例閥作為控制元件。用戶在壁厚控制器的面板上設(shè)定型坯壁厚軸向變化曲線，控制器可根據(jù)曲線輸出變化的電壓或者電流信號至電液比例閥，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制芯棒的上下移動，從而造成芯棒縫隙的變化。系統(tǒng)中的電液比例閥具有運(yùn)動平穩(wěn)、位置精度高、響應(yīng)快、重復(fù)精度良好等優(yōu)點(diǎn)。通過采用電液比例閥控制芯棒的位置精度，可以使壁厚控制器具有較高的頻率響應(yīng)和控制精度，在使用時還可根據(jù)中空塑料制品的性能要求及設(shè)備的性價比擇優(yōu)選用。

1.2 軟件控制方案

通常擠吹型坯壁厚控制系統(tǒng)采用直流電動機(jī)調(diào)速，以手動的方式進(jìn)行速度控制；采用溫度控制儀表測量和控制溫度；低壓電器采用以接觸器為主的控制元件。擠吹機(jī)壁厚器的主要控制對象為制品的壁厚，而PLC在控制領(lǐng)域具有很高的可靠性和廣泛的適用性，因此該壁厚控制器軟件控制采用可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn)。

擠吹型坯控制系統(tǒng)的軟件編程工具采用STEP7 V5.3［2］。軟件控制的功能模塊主要有讀模擬輸入量程序、PID 控制程序、PID 參數(shù)自整定程序［3］和壁厚 檢測報警程序等4個模塊。

讀模擬輸入量程序功能模塊主要完成讀出輸入模塊輸入量，并轉(zhuǎn)換成實(shí)際的厚度數(shù)值存入數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲的起始位置、起始地址、通道數(shù)、數(shù)據(jù)號以及輸入模塊是可以變化的。其中數(shù)據(jù)存儲中的數(shù)字量表示測出的值為0.1mm。

自整定PID 參數(shù)控制及PID 控制模塊控制強(qiáng)制冷卻的開槽加料段溫度。原PID 參數(shù)是通過人工整定的，需要熟練的技巧，通常比較費(fèi)時費(fèi)力，而且PID調(diào)節(jié)器不能根據(jù)被控對象發(fā)生的變化而作出相應(yīng)的調(diào)整，需要靠人工重新整定參數(shù)。本系統(tǒng)中主要通過對輸入輸出關(guān)系在線識別而整定控制參數(shù)，PID 控制器是通過PID 控制算法實(shí)現(xiàn)的［4］。

厚度檢測報警程序的主要功能是：當(dāng)測量制品的厚度值超出了規(guī)定上限或規(guī)定下限的報警標(biāo)志時，采用發(fā)光二極管發(fā)光的形式報警。如果壁厚測量值小于規(guī)定的上限中扣除死區(qū)后的數(shù)值時，將進(jìn)行上限復(fù)位報警；如果壁厚測量值大于下限規(guī)定值時，將進(jìn)行下限復(fù)位報警。通常，這里的上、下限的規(guī)定值以及死區(qū)定義均可表示為靜態(tài)數(shù)值變量，并可以通過修改相應(yīng)報警程序中相應(yīng)數(shù)據(jù)塊的變量值來實(shí)現(xiàn)限值壁厚控制器參數(shù)的整定。

2 系統(tǒng)安全可靠性設(shè)計

擠出機(jī)的壁厚控制器中有4個位置安裝了接近開關(guān)，其動作過程由時間控制。采用接近開關(guān)的目的是保護(hù)吹氣機(jī)構(gòu)，即當(dāng)壁料未流到預(yù)定位置或下移信號未給出時，則吹氣動作不能執(zhí)行。這樣就節(jié)省了開模、合模以及上移的自檢時間，而且可以進(jìn)一步提高壁厚控制器的可靠性。

3 結(jié)束語

目前，所開發(fā)的50點(diǎn)～100點(diǎn)擠吹機(jī)型坯控制器已在華東某知名飲料集團(tuán)公司中獲得應(yīng)用。該壁厚控制器的運(yùn)行情況較好，操作簡單，有效地提高了型坯壁厚精度，大幅提高了中空制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)中空制品的成本。該壁厚控制器具有一定的市場推廣價值。

［1］ 李建軍.型坯壁厚控制系統(tǒng)在中空吹塑機(jī)中的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.自動化博覽，2006，5（5）：74－76.

［2］ 王志新，張華，黃樹新.吹塑型坯的計算機(jī)輔助設(shè)計及程序編制［J］.中國塑料，1996，10（1）：67－71.

［3］ 杜巧連，陳旭輝，孫慧平，等.中空吹塑成形系統(tǒng)的設(shè)計與研究［J］.機(jī)床與液壓，2003，2（2）：160－162.

［4］ Viersma T J.Analysis synthesis and design of hydraulic servo－system and Pipeline［M］.Amsterdam：Elsevier Scientific Publishing Company，1980.