馮永紅，吳海軍，么迎輝

（吉化遼源化工有限責(zé)任公司，吉林 遼源 136200）

塑料制品具有多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，集中表現(xiàn)在物理、化學(xué)等性能方面。塑料制品在物理性能方面，表現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為質(zhì)量輕便、切割便利、可回收再利用等。塑料制品在化學(xué)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為穩(wěn)定性較強(qiáng)、不易發(fā)生氧化反應(yīng)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異。與此同時(shí)，塑料制品自身應(yīng)用靈活性較高，能夠與其他材料有效結(jié)合，如金屬、玻璃、木制等。

1 設(shè)計(jì)搭建一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)

1.1 一體化注塑機(jī)運(yùn)行工藝

1.1.1 運(yùn)行流程

現(xiàn)下實(shí)際使用的注塑機(jī)，其運(yùn)行流程具體表現(xiàn)為工件排序、原料輸入、注塑成型、成品下料。在各程序中，注塑成型的設(shè)計(jì)較為關(guān)鍵，其工藝流程，具體表現(xiàn)為合模、注射等。

（1）工件排序。針對(duì)有注塑需求的工件，對(duì)其開(kāi)展分割操作，將其依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范性形式使其平鋪于支撐臺(tái)。原有的排序工作，以人為手工形式完成。

（2）原料輸入工序。此工藝是依據(jù)排序內(nèi)容，將具有注塑需求的工件，有序放置于注塑機(jī)工作臺(tái)。原有的上料程序，由人為放置完成。

（3）注塑成型。此工序中，借助注塑機(jī)，完成塑料原料輸送，使其送到料筒內(nèi)，對(duì)其施以加熱操作。在加熱操作程序中，使塑料原料處于熔融形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，借助螺桿完成熔融塑料的推進(jìn)操作，在噴嘴作用下，將熔融塑料輸送至模具內(nèi)。模具應(yīng)保持低溫狀態(tài)，在接收熔融塑料時(shí)完成模具閉合。冷卻處理盛有熔融塑料的模具，使其成型。在塑料成型后，在頂出位置送出。

（4）成品下料程序。此程序是將成品工件取出，原有程序是由人工操作予以完成。

1.1.2 優(yōu)化運(yùn)行程序

原有的注塑機(jī)，大多數(shù)程序采取人工作業(yè)形式，在一定程度上降低作業(yè)效率，極易發(fā)生人為作業(yè)誤差問(wèn)題，影響注塑成品的生產(chǎn)品質(zhì)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，以自動(dòng)定向料斗為基礎(chǔ)，有序優(yōu)化排序程序。自主開(kāi)展以特定方向開(kāi)展輸料程序，包括機(jī)械、振動(dòng)等形式。優(yōu)化后的一體化運(yùn)行程序，能夠有效減少注塑成型人工勞動(dòng)量，科學(xué)提升了成型工藝的簡(jiǎn)化性，達(dá)成了自動(dòng)化持續(xù)性加工目標(biāo)，具有自動(dòng)化運(yùn)行能力、勞動(dòng)成本經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，有助于保障注塑品質(zhì)。

1.2 控制系統(tǒng)融合運(yùn)行工藝的具體需求

（1）邏輯控制。在一體化注塑運(yùn)行程序中，在自動(dòng)化運(yùn)行程序中，完成分位排序操作，保障工件傳送的有效性。借助輸料自動(dòng)化機(jī)械手，完成精準(zhǔn)就位操作，保障注塑工件位于注塑機(jī)工作臺(tái)輸料位置。在工作臺(tái)予以響應(yīng)時(shí)，完成工位高效切換操作，應(yīng)加強(qiáng)液壓裝置控制，使其準(zhǔn)確完成各項(xiàng)操作，比如，合模、開(kāi)模、高低壓、快速與慢速等操作。應(yīng)借助頂出裝置，完成成品件的精準(zhǔn)輸出，借助機(jī)械手將成品工作精準(zhǔn)運(yùn)輸至成品箱。

（2）溫度控制。在一體化注塑運(yùn)行程序中，原材料將會(huì)在處于加熱狀態(tài)的料筒中，形成過(guò)熔融狀態(tài)。對(duì)各類塑料原材料施以的加熱條件，存在一定差異。料筒加熱條件的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，直接影響著產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效能、生產(chǎn)安全性等。因此，料筒溫度應(yīng)加強(qiáng)控制，以期順應(yīng)溫度控制檢測(cè)需求。

（3）壓力檢測(cè)。在注塑成型期間，應(yīng)借助高射壓提升注射穩(wěn)定性，加強(qiáng)注射壓力的對(duì)抗性。同時(shí)，利用鎖模壓力，針對(duì)完成注塑的成品予以保壓操作。因此，控制系統(tǒng)在運(yùn)行期間，應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)模腔內(nèi)部性能，如溶體壓力。

（4）位移檢測(cè)。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，開(kāi)與合的模具裝置，其位移準(zhǔn)確性直接關(guān)乎著成品質(zhì)量、生產(chǎn)精度等。因此，加強(qiáng)位移量檢測(cè)，提升模裝置位移量控制效果，較為關(guān)鍵。

（5）人機(jī)交互。系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)經(jīng)由人機(jī)交互界面，完成工藝參數(shù)的有效控制，達(dá)成注塑機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)系統(tǒng)故障檢測(cè)與預(yù)警等程序應(yīng)用。

（6）通信要求?？刂葡到y(tǒng)的通信功能，應(yīng)融合同步協(xié)議，提升上位機(jī)與控制設(shè)備之間的通訊效果，借助監(jiān)控指令完成狀態(tài)控制，達(dá)成生產(chǎn)控制的目標(biāo)。

1.3 電氣設(shè)備配置形式

結(jié)合控制程序的生產(chǎn)需求，在對(duì)一體化注塑機(jī)實(shí)施智能控制時(shí)，選擇電機(jī)M1完成自動(dòng)化傳送，提升工件傳動(dòng)效率；選擇電機(jī)M2完成工位自動(dòng)化切換程序；電機(jī)M3完成成品輸出程序。

1.4 硬件設(shè)計(jì)方案

（1）控制器?？刂葡到y(tǒng)在選擇控制器時(shí)，主要用于信號(hào)處理，提升各程序的聯(lián)動(dòng)效果，達(dá)成注塑程序的智能控制效果。

（2）數(shù)據(jù)傳輸通道?？刂葡到y(tǒng)借助數(shù)據(jù)傳輸通道，完成狀態(tài)信號(hào)采集，可采集的信號(hào)類型有：接近開(kāi)關(guān)、執(zhí)行指令、行程開(kāi)關(guān)。在信號(hào)獲得有序采集的基礎(chǔ)上，在信號(hào)完整傳輸至控制器，開(kāi)展信號(hào)處理。數(shù)據(jù)傳輸通道，主要服務(wù)器控制器，將其傳出的信號(hào)，有效傳至各執(zhí)行程序，比如，振動(dòng)式料斗、機(jī)械手等。

（3）模擬量傳輸通道?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)部的模擬量，其傳輸通道主要用于模擬量信號(hào)的采集程序，包括開(kāi)合模位移、膜腔壓力等。在采集模擬量信號(hào)的基礎(chǔ)上，將其準(zhǔn)確傳輸至控制器。

（4）溫度巡檢設(shè)備。溫度巡檢設(shè)備在控制系統(tǒng)中，針對(duì)料筒溫度完成信息采集。如果采取原有的溫度檢測(cè)形式，應(yīng)針對(duì)溫度信號(hào)采取單獨(dú)處理，將會(huì)提升檢測(cè)成本，降低系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。為此，采取溫度傳感與溫度巡檢設(shè)備相結(jié)合的形式，完成溫度信號(hào)采集。在溫度巡檢設(shè)備有效處理所采集的溫度信號(hào)時(shí)，經(jīng)由系統(tǒng)總線，將溫度信號(hào)傳送至控制器。

（5）人機(jī)交互平臺(tái)。在為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)交互平臺(tái)時(shí)，用于顯示運(yùn)行程序的具體情況，比如，參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)、故障問(wèn)題等。

（6）通訊接口。在各程序中添加通訊接口，比如，控制器、人際交互平臺(tái)等，以此提升控制系統(tǒng)的通信效能。

1.5 軟件設(shè)計(jì)方案

為提升注塑機(jī)控制體系的運(yùn)行期間，使其監(jiān)測(cè)、在線參數(shù)控制、故障處理等功能獲得完成，應(yīng)建設(shè)運(yùn)行高效的人機(jī)交互界面。在此軟件設(shè)計(jì)期間，其功能元素主要包括主界面操作、生產(chǎn)模式確定、監(jiān)測(cè)界面、模具參數(shù)操作、溫度操作、故障問(wèn)題顯示與處理情況。

2 試運(yùn)行一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)

2.1 搭建試運(yùn)行環(huán)境

在試運(yùn)行期間，以某單位注塑機(jī)為環(huán)境基礎(chǔ)，構(gòu)建試運(yùn)行平臺(tái)。在試運(yùn)行平臺(tái)中，注塑機(jī)的應(yīng)用以燈頭制作為主，對(duì)其開(kāi)展控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提升其控制系統(tǒng)的智能性與高效性。

2.2 研究一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)組成

結(jié)合注塑機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成系統(tǒng)連接操作?？刂乒竦闹饕?，表現(xiàn)為控制器、功能模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、空氣開(kāi)關(guān)等。在注塑機(jī)完成硬件環(huán)境搭建時(shí)，應(yīng)結(jié)合控制系統(tǒng)的具體要求與設(shè)計(jì)情況，加強(qiáng)程序編寫(xiě)與優(yōu)化。編寫(xiě)程序具體包括數(shù)據(jù)采集程序、邏輯控制模塊、溫度控制模塊、故障聯(lián)動(dòng)程序。其中，溫度控制模塊，算法為模糊控制，控制主體為PID。在系統(tǒng)調(diào)試完成的基礎(chǔ)上，開(kāi)展單一模塊試運(yùn)行。

2.3 試驗(yàn)與分析

（1）控制條件。驗(yàn)證溫度控制。料筒加熱條件，第一程序用于預(yù)熱，第二程序用于熔化，第三程序用于注塑。為此，科學(xué)設(shè)計(jì)料筒溫度：第一程序溫度設(shè)計(jì)為240℃，第二程序溫度設(shè)計(jì)為250℃，第三程序溫度設(shè)計(jì)為270℃。

（2）常規(guī)PID控制試驗(yàn)方案。借助常規(guī)PID控制器開(kāi)展溫度控制操作，完成注塑程序啟動(dòng)，在人機(jī)交互界面觀察三個(gè)程序溫度的變化情況。

（3）常規(guī)PID控制試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果。常規(guī)PID控制器，在實(shí)際完成系統(tǒng)控制時(shí)，三個(gè)程序的溫度，從初始溫度10%位置，逐級(jí)升高至設(shè)計(jì)溫度90%位置，升高周期為280秒，調(diào)試周期為1210秒，控制期間發(fā)生一次振蕩現(xiàn)象。

（4）模糊控制試驗(yàn)方案。借助模糊控制方法，以PID為控制器，針對(duì)料筒溫度進(jìn)行控制，完成注塑程序啟動(dòng)，在人機(jī)交互界面觀察三個(gè)程序溫度的變化情況。

（5）模糊控制試驗(yàn)結(jié)果。料筒三個(gè)程序在模糊控制程序中，從初始溫度10%位置，逐級(jí)升高至設(shè)計(jì)溫度90%位置，升高周期為245秒，調(diào)試周期為910秒，控制期間無(wú)振蕩現(xiàn)象。

（6）控制方法對(duì)比。經(jīng)兩組試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：模糊PID控制系統(tǒng)具有更高的響應(yīng)能力，相比常規(guī)PID控制，控制更具穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在試運(yùn)行一體化注塑機(jī)系統(tǒng)期間，發(fā)現(xiàn)其控制系統(tǒng)的邏輯運(yùn)行能力，符合注塑機(jī)各項(xiàng)程序的運(yùn)行需求，驗(yàn)證了此種設(shè)計(jì)的可行性。在控制試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：模糊PID控制系統(tǒng)具有更高的響應(yīng)能力，相比常規(guī)PID控制，控制更具穩(wěn)定性。