一體化注塑機控制系統設計研究

馮永紅，吳海軍，么迎輝

（吉化遼源化工有限責任公司，吉林 遼源 136200）

塑料制品具有多重應用優勢，集中表現在物理、化學等性能方面。塑料制品在物理性能方面，表現出的應用優勢為質量輕便、切割便利、可回收再利用等。塑料制品在化學方面的應用優勢，表現為穩定性較強、不易發生氧化反應、產品質量優異。與此同時，塑料制品自身應用靈活性較高，能夠與其他材料有效結合，如金屬、玻璃、木制等。

1 設計搭建一體化注塑機控制系統

1.1 一體化注塑機運行工藝

1.1.1 運行流程

現下實際使用的注塑機，其運行流程具體表現為工件排序、原料輸入、注塑成型、成品下料。在各程序中，注塑成型的設計較為關鍵，其工藝流程，具體表現為合模、注射等。

（1）工件排序。針對有注塑需求的工件，對其開展分割操作，將其依據相關標準，以規范性形式使其平鋪于支撐臺。原有的排序工作，以人為手工形式完成。

（2）原料輸入工序。此工藝是依據排序內容，將具有注塑需求的工件，有序放置于注塑機工作臺。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，完成塑料原料輸送，使其送到料筒內，對其施以加熱操作。在加熱操作程序中，使塑料原料處于熔融形態。在此基礎上，借助螺桿完成熔融塑料的推進操作，在噴嘴作用下，將熔融塑料輸送至模具內。模具應保持低溫狀態，在接收熔融塑料時完成模具閉合。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 優化運行程序

原有的注塑機，大多數程序采取人工作業形式，在一定程度上降低作業效率，極易發生人為作業誤差問題，影響注塑成品的生產品質。在設計控制系統時，以自動定向料斗為基礎，有序優化排序程序。自主開展以特定方向開展輸料程序，包括機械、振動等形式。優化后的一體化運行程序，能夠有效減少注塑成型人工勞動量，科學提升了成型工藝的簡化性，達成了自動化持續性加工目標，具有自動化運行能力、勞動成本經濟性等優勢，有助于保障注塑品質。

1.2 控制系統融合運行工藝的具體需求

（1）邏輯控制。在一體化注塑運行程序中，在自動化運行程序中，完成分位排序操作，保障工件傳送的有效性。借助輸料自動化機械手，完成精準就位操作，保障注塑工件位于注塑機工作臺輸料位置。在工作臺予以響應時，完成工位高效切換操作，應加強液壓裝置控制，使其準確完成各項操作，比如，合模、開模、高低壓、快速與慢速等操作。應借助頂出裝置，完成成品件的精準輸出，借助機械手將成品工作精準運輸至成品箱。

（2）溫度控制。在一體化注塑運行程序中，原材料將會在處于加熱狀態的料筒中，形成過熔融狀態。對各類塑料原材料施以的加熱條件，存在一定差異。料筒加熱條件的準確設計，直接影響著產品品質、生產效能、生產安全性等。因此，料筒溫度應加強控制，以期順應溫度控制檢測需求。

（3）壓力檢測。在注塑成型期間，應借助高射壓提升注射穩定性，加強注射壓力的對抗性。同時，利用鎖模壓力，針對完成注塑的成品予以保壓操作。因此，控制系統在運行期間，應實時檢測模腔內部性能，如溶體壓力。

（4）位移檢測。在系統運行期間，開與合的模具裝置，其位移準確性直接關乎著成品質量、生產精度等。因此，加強位移量檢測，提升模裝置位移量控制效果，較為關鍵。

（5）人機交互。系統運行應經由人機交互界面，完成工藝參數的有效控制，達成注塑機實時監控，加強系統故障檢測與預警等程序應用。

（6）通信要求。控制系統的通信功能，應融合同步協議，提升上位機與控制設備之間的通訊效果，借助監控指令完成狀態控制，達成生產控制的目標。

1.3 電氣設備配置形式

結合控制程序的生產需求，在對一體化注塑機實施智能控制時，選擇電機M1完成自動化傳送，提升工件傳動效率；選擇電機M2完成工位自動化切換程序；電機M3完成成品輸出程序。

1.4 硬件設計方案

（1）控制器。控制系統在選擇控制器時，主要用于信號處理，提升各程序的聯動效果，達成注塑程序的智能控制效果。

（2）數據傳輸通道。控制系統借助數據傳輸通道，完成狀態信號采集，可采集的信號類型有：接近開關、執行指令、行程開關。在信號獲得有序采集的基礎上，在信號完整傳輸至控制器，開展信號處理。數據傳輸通道，主要服務器控制器，將其傳出的信號，有效傳至各執行程序，比如，振動式料斗、機械手等。

（3）模擬量傳輸通道。控制系統內部的模擬量，其傳輸通道主要用于模擬量信號的采集程序，包括開合模位移、膜腔壓力等。在采集模擬量信號的基礎上，將其準確傳輸至控制器。

（4）溫度巡檢設備。溫度巡檢設備在控制系統中，針對料筒溫度完成信息采集。如果采取原有的溫度檢測形式，應針對溫度信號采取單獨處理，將會提升檢測成本，降低系統運行的準確性。為此，采取溫度傳感與溫度巡檢設備相結合的形式，完成溫度信號采集。在溫度巡檢設備有效處理所采集的溫度信號時，經由系統總線，將溫度信號傳送至控制器。

（5）人機交互平臺。在為控制系統設計人機交互平臺時，用于顯示運行程序的具體情況，比如，參數設置、運行狀態、故障問題等。

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

1.5 軟件設計方案

為提升注塑機控制體系的運行期間，使其監測、在線參數控制、故障處理等功能獲得完成，應建設運行高效的人機交互界面。在此軟件設計期間，其功能元素主要包括主界面操作、生產模式確定、監測界面、模具參數操作、溫度操作、故障問題顯示與處理情況。

2 試運行一體化注塑機控制系統

2.1 搭建試運行環境

在試運行期間，以某單位注塑機為環境基礎，構建試運行平臺。在試運行平臺中，注塑機的應用以燈頭制作為主，對其開展控制系統的優化設計，以期提升其控制系統的智能性與高效性。

2.2 研究一體化注塑機控制系統組成

結合注塑機控制系統的各項設計內容，完成系統連接操作。控制柜的主要元素，表現為控制器、功能模塊、電機驅動、空氣開關等。在注塑機完成硬件環境搭建時，應結合控制系統的具體要求與設計情況，加強程序編寫與優化。編寫程序具體包括數據采集程序、邏輯控制模塊、溫度控制模塊、故障聯動程序。其中，溫度控制模塊，算法為模糊控制，控制主體為PID。在系統調試完成的基礎上，開展單一模塊試運行。

2.3 試驗與分析

（1）控制條件。驗證溫度控制。料筒加熱條件，第一程序用于預熱，第二程序用于熔化，第三程序用于注塑。為此，科學設計料筒溫度：第一程序溫度設計為240℃，第二程序溫度設計為250℃，第三程序溫度設計為270℃。

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

（3）常規PID控制試驗方案的試驗結果。常規PID控制器，在實際完成系統控制時，三個程序的溫度，從初始溫度10%位置，逐級升高至設計溫度90%位置，升高周期為280秒，調試周期為1210秒，控制期間發生一次振蕩現象。

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

（5）模糊控制試驗結果。料筒三個程序在模糊控制程序中，從初始溫度10%位置，逐級升高至設計溫度90%位置，升高周期為245秒，調試周期為910秒，控制期間無振蕩現象。

（6）控制方法對比。經兩組試驗發現：模糊PID控制系統具有更高的響應能力，相比常規PID控制，控制更具穩定性。

3 結語

綜上所述，在試運行一體化注塑機系統期間，發現其控制系統的邏輯運行能力，符合注塑機各項程序的運行需求，驗證了此種設計的可行性。在控制試驗中發現：模糊PID控制系統具有更高的響應能力，相比常規PID控制，控制更具穩定性。