精密注塑機控制系統設計探析范文

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摘要:注塑機為塑料成型加工的重要生產設備，為提高綜合生產效率，必須要保證其維持在高效穩定的運行狀態，這樣就對其控制系統提出了較高要求。現在注塑制品質量的不斷提高，以及注塑成型技術的更新，需要對傳統控制技術進行創新，以求可以更高程度上來應對實際生產要求。本文主要針對緊密注塑機控制系統設計要求與要點進行了簡單分析。

關鍵詞:注塑機;控制系統;系統設計

注塑機作為塑料成型加工生產設備，為滿足市場對注塑制品的要求，注塑機逐漸向精密化、輕量化以及微型化方向發展。傳統的控制系統逐漸不能滿足實際生產需求，想要達到精密制品成型過程對工藝參數的多級、微量控制，還需要對注塑機控制系統的精度以及穩定性進行研究，爭取在保證注塑制品質量的同時，提高作業生產效率。

一、精密注塑機控制系統要求

在科技水平不斷提高的背景下，以滿足生產生活需求為根本目的，現在注塑制品不斷增多，對注塑成型工藝的要求越來越嚴格。總結以往生產加工經驗可知，對注塑品質量可產生影響的因素較多，包括注塑原料性能、成型設備、模具以及加工工藝控制等，尤其是成型加工過程控制，對注塑制品最終質量以及加工效率有著直接影響。基于綠色環保生產需求，注塑機控制系統逐漸向精密度高方向發展，通過對電子技術、控制技術以及網絡技術的應用，與注塑機實際控制需求進行有效結合，達到自動控制、自動調節、自動診斷以及自動補償的目的，實現注塑加工過程控制的智能化與集成化發展。尤其是近年來泵液壓系統技術的快速發展，現在很多注塑機液壓系統均采用伺服控制系統，具有簡單易行特點，而在對控制系統做更進一步設計優化時，需要重點解決以往系統快速響應與超調量控制難統一問題。［1］例如可以基于粒子群優化算法以及誤差逆向傳播神經網絡復合算法，對控制參數進行調節，達到提高系統控制高精度與快速相應目的。

二、伺服液壓注塑機工作原理

伺服液壓注塑機作業時，由上位機來對油泵壓力與流量值進行設定，并將信號傳輸給伺服驅動器，便可實現壓力與流量信號轉變成永磁同步電機轉速與轉矩，然后將轉換后得到的轉速與轉矩信號傳輸給電機，電機接收信號后運轉，同時將電機運行中狀態信息利用電機裝載的位置/速度傳感器傳輸給伺服驅動器，最后根據反饋信號伺服驅動器來適時調整電機輸入信號。整個運行過程中，由電機來驅動油泵正常運轉作業，且將電機輸出轉速與轉矩轉換為油泵出口流量與壓力。同時，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時信號便可反饋給伺服驅動器，根據實際情況來對各參數進行實時調整，完成注塑機液壓系統的伺服閉環控制。［2］液壓系統向注塑機機械部件提供動力來源，可以說其為影響注塑機精密度與效率性的關鍵部分，想要真正意義上達到精密注塑機生產，務必要對其進行調整優化。注塑機液壓系統主要包括伺服電機、油泵、蓄能器、控制閥門、管路以及冷卻器等部分組成，且具有強耦合性與非線性特征，這樣就決定了液壓系統控制難度較大，在對其進行設計優化時，無法通過簡單控制算法達到精密控制效果，還需要加深對適用于注塑機伺服液壓系統控制算法的研究。

三、精密注塑機伺服液壓控制系統設計

(一)控制系統設計

注塑機液壓系統主要的控制對象壓力與流量兩個參數，均具有強耦合性與非線性特征。基于注塑工藝特點分析，以求更好的適應不同注塑產品對生產參數的要求，必須要精確控制注射壓力與注射速度，以免出現注射早停止或者延遲停止的情況，使得注塑產品因為模具未完全填滿或者聚合物溢出等出現質量問題。基于此可以判斷無法通過超調量進行調整，需要針對注塑機液壓系統不允許超調特點，選擇科學可行的控制策略，實現精密控制要求。對于傳統PID算法來講，其對注塑機壓力與流量參數的控制效果并不明顯，一般在實際中多結合模糊智能算法、遺傳算法等使用，尤其是BP神經網絡具有很強的非線性映射能力以及柔性網絡結構，對PID控制算法具有良好的優化效果，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。對精密注塑機液壓控制系統進行設計優化，可以選擇粒子群算法，利用其所具有的高精度、收斂快特點，與BP神經網絡算法結合使用，實現PID參數的在線調節。經過優化設計后的注塑機液壓控制系統主要包括PID控制器、注塑機液壓油泵、伺服電機以及油泵上壓力/流量傳感器組成，形成一個閉環系統，可達到整個系統高精度、快速響應要求。

(二)系統控制策略

1．壓力控制壓力作為影響注塑機性能和規格的重要參數之一，在面對不同注塑工藝時，需要為各動作提供相應液壓壓力，因此在進行控制系統設計時，應重視壓力控制狀態的分析。確定油路液壓壓力為控制對象，對于交流伺服電機驅動定量泵液壓系統，總油路內設置有壓力變送器，完成系統液壓壓力的檢測，壓力變送器輸出0～10V電壓信號。注塑機數控系統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啟動器，由壓力變送器檢測液壓壓力是否達到設定壓力值，然后伺服控制來調整壓力控制狀態。然后將檢測所得壓力數值與設定壓力值對比，計算且控制伺服電機轉速與轉矩，帶動液壓泵運轉來向注塑機提供液壓壓力。

2．流量控制流量控制即確定各動作油缸流量為對象，確保油缸驅動每個機構均可快速動作，達到較高生產效率狀態。由注塑機數控系統向交流伺服電機驅動器發送流量指令信號后，驅動交流伺服電機運行并帶動定量液壓泵高速運轉。確定定量液壓泵容積效率為定值，可確認電機轉動圈數與油路中液壓有流量呈線性關系，這樣就可以通過控制交流伺服電機轉速來達到控制注塑機動作液壓流量的目的。其中，伺服電機轉速與定量泵輸出流量間關系式為:Q=CnV，Q表示定量泵輸出流量;n表示交流伺服電機轉速;C表示定量泵容積效率;V表示油泵額定排量。［3］

四、結語

精密注塑機控制系統的設計，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備高效、穩定運行，進一步提高注塑加工綜合效率。

參考文獻:

［1］劉立柱．新型雙色注塑機液壓系統高動態穩定性的研究［D］．北京化工大學，2015．

［2］陳沖．注塑機合模液壓伺服系統的建模與控制研究［D］．重慶大學，2015

［3］彭華．注塑機電液復合液壓系統設計及控制技術研究［D］．浙江大學，2011．

作者：梁朋蘭 單位：佛山市順德區震德塑料機械有限公司