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摘要:注塑機(jī)為塑料成型加工的重要生產(chǎn)設(shè)備，為提高綜合生產(chǎn)效率，必須要保證其維持在高效穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，這樣就對(duì)其控制系統(tǒng)提出了較高要求。現(xiàn)在注塑制品質(zhì)量的不斷提高，以及注塑成型技術(shù)的更新，需要對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，以求可以更高程度上來應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)要求。本文主要針對(duì)緊密注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞:注塑機(jī);控制系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

注塑機(jī)作為塑料成型加工生產(chǎn)設(shè)備，為滿足市場(chǎng)對(duì)注塑制品的要求，注塑機(jī)逐漸向精密化、輕量化以及微型化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐漸不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，想要達(dá)到精密制品成型過程對(duì)工藝參數(shù)的多級(jí)、微量控制，還需要對(duì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的精度以及穩(wěn)定性進(jìn)行研究，爭(zhēng)取在保證注塑制品質(zhì)量的同時(shí)，提高作業(yè)生產(chǎn)效率。

一、精密注塑機(jī)控制系統(tǒng)要求

在科技水平不斷提高的背景下，以滿足生產(chǎn)生活需求為根本目的，現(xiàn)在注塑制品不斷增多，對(duì)注塑成型工藝的要求越來越嚴(yán)格。總結(jié)以往生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)可知，對(duì)注塑品質(zhì)量可產(chǎn)生影響的因素較多，包括注塑原料性能、成型設(shè)備、模具以及加工工藝控制等，尤其是成型加工過程控制，對(duì)注塑制品最終質(zhì)量以及加工效率有著直接影響。基于綠色環(huán)保生產(chǎn)需求，注塑機(jī)控制系統(tǒng)逐漸向精密度高方向發(fā)展，通過對(duì)電子技術(shù)、控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，與注塑機(jī)實(shí)際控制需求進(jìn)行有效結(jié)合，達(dá)到自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)診斷以及自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康模瑢?shí)現(xiàn)注塑加工過程控制的智能化與集成化發(fā)展。尤其是近年來泵液壓系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在很多注塑機(jī)液壓系統(tǒng)均采用伺服控制系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)單易行特點(diǎn)，而在對(duì)控制系統(tǒng)做更進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，需要重點(diǎn)解決以往系統(tǒng)快速響應(yīng)與超調(diào)量控制難統(tǒng)一問題。［1］例如可以基于粒子群優(yōu)化算法以及誤差逆向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合算法，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到提高系統(tǒng)控制高精度與快速相應(yīng)目的。

二、伺服液壓注塑機(jī)工作原理

伺服液壓注塑機(jī)作業(yè)時(shí)，由上位機(jī)來對(duì)油泵壓力與流量值進(jìn)行設(shè)定，并將信號(hào)傳輸給伺服驅(qū)動(dòng)器，便可實(shí)現(xiàn)壓力與流量信號(hào)轉(zhuǎn)變成永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，然后將轉(zhuǎn)換后得到的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳輸給電機(jī)，電機(jī)接收信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)將電機(jī)運(yùn)行中狀態(tài)信息利用電機(jī)裝載的位置/速度傳感器傳輸給伺服驅(qū)動(dòng)器，最后根據(jù)反饋信號(hào)伺服驅(qū)動(dòng)器來適時(shí)調(diào)整電機(jī)輸入信號(hào)。整個(gè)運(yùn)行過程中，由電機(jī)來驅(qū)動(dòng)油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)，且將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為油泵出口流量與壓力。同時(shí)，油泵出口位置安裝有流量以及壓力傳感器，這樣此部位的壓力和流量實(shí)時(shí)信號(hào)便可反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，完成注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的伺服閉環(huán)控制。［2］液壓系統(tǒng)向注塑機(jī)機(jī)械部件提供動(dòng)力來源，可以說其為影響注塑機(jī)精密度與效率性的關(guān)鍵部分，想要真正意義上達(dá)到精密注塑機(jī)生產(chǎn)，務(wù)必要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。注塑機(jī)液壓系統(tǒng)主要包括伺服電機(jī)、油泵、蓄能器、控制閥門、管路以及冷卻器等部分組成，且具有強(qiáng)耦合性與非線性特征，這樣就決定了液壓系統(tǒng)控制難度較大，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，無法通過簡(jiǎn)單控制算法達(dá)到精密控制效果，還需要加深對(duì)適用于注塑機(jī)伺服液壓系統(tǒng)控制算法的研究。

三、精密注塑機(jī)伺服液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

注塑機(jī)液壓系統(tǒng)主要的控制對(duì)象壓力與流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，均具有強(qiáng)耦合性與非線性特征。基于注塑工藝特點(diǎn)分析，以求更好的適應(yīng)不同注塑產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的要求，必須要精確控制注射壓力與注射速度，以免出現(xiàn)注射早停止或者延遲停止的情況，使得注塑產(chǎn)品因?yàn)槟＞呶赐耆顫M或者聚合物溢出等出現(xiàn)質(zhì)量問題。基于此可以判斷無法通過超調(diào)量進(jìn)行調(diào)整，需要針對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)不允許超調(diào)特點(diǎn)，選擇科學(xué)可行的控制策略，實(shí)現(xiàn)精密控制要求。對(duì)于傳統(tǒng)PID算法來講，其對(duì)注塑機(jī)壓力與流量參數(shù)的控制效果并不明顯，一般在實(shí)際中多結(jié)合模糊智能算法、遺傳算法等使用，尤其是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性映射能力以及柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)PID控制算法具有良好的優(yōu)化效果，但是其自身也存在收斂速度慢、容易陷入局部最小值的缺陷。對(duì)精密注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以選擇粒子群算法，利用其所具有的高精度、收斂快特點(diǎn)，與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)節(jié)。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)主要包括PID控制器、注塑機(jī)液壓油泵、伺服電機(jī)以及油泵上壓力/流量傳感器組成，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，可達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)高精度、快速響應(yīng)要求。

(二)系統(tǒng)控制策略

1．壓力控制壓力作為影響注塑機(jī)性能和規(guī)格的重要參數(shù)之一，在面對(duì)不同注塑工藝時(shí)，需要為各動(dòng)作提供相應(yīng)液壓壓力，因此在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視壓力控制狀態(tài)的分析。確定油路液壓壓力為控制對(duì)象，對(duì)于交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵液壓系統(tǒng)，總油路內(nèi)設(shè)置有壓力變送器，完成系統(tǒng)液壓壓力的檢測(cè)，壓力變送器輸出0～10V電壓信號(hào)。注塑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)需要將通過伺服控制器處理后的注塑工藝壓力指令傳輸給伺服電機(jī)啟動(dòng)器，由壓力變送器檢測(cè)液壓壓力是否達(dá)到設(shè)定壓力值，然后伺服控制來調(diào)整壓力控制狀態(tài)。然后將檢測(cè)所得壓力數(shù)值與設(shè)定壓力值對(duì)比，計(jì)算且控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)來向注塑機(jī)提供液壓壓力。

2．流量控制流量控制即確定各動(dòng)作油缸流量為對(duì)象，確保油缸驅(qū)動(dòng)每個(gè)機(jī)構(gòu)均可快速動(dòng)作，達(dá)到較高生產(chǎn)效率狀態(tài)。由注塑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)向交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送流量指令信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)運(yùn)行并帶動(dòng)定量液壓泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)。確定定量液壓泵容積效率為定值，可確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)與油路中液壓有流量呈線性關(guān)系，這樣就可以通過控制交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速來達(dá)到控制注塑機(jī)動(dòng)作液壓流量的目的。其中，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與定量泵輸出流量間關(guān)系式為:Q=CnV，Q表示定量泵輸出流量;n表示交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速;C表示定量泵容積效率;V表示油泵額定排量。［3］

四、結(jié)語(yǔ)

精密注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求具有更高控制精度，來滿足精密注塑制品加工成型過程控制要求，以更少資源來維持設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步提高注塑加工綜合效率。

參考文獻(xiàn):

［1］劉立柱．新型雙色注塑機(jī)液壓系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的研究［D］．北京化工大學(xué)，2015．

［2］陳沖．注塑機(jī)合模液壓伺服系統(tǒng)的建模與控制研究［D］．重慶大學(xué)，2015

［3］彭華．注塑機(jī)電液復(fù)合液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制技術(shù)研究［D］．浙江大學(xué)，2011．

作者：梁朋蘭 單位：佛山市順德區(qū)震德塑料機(jī)械有限公司