注射式塑料成型机全自动控制的实现

2006-05-07 15:49:32来源: 电子产品世界

注射式塑料成型机(以下简称注塑机)是塑料制口行业的主要生产设备之一,随着现代电子技术水平的不断提高。目前,注塑机生产厂家普遍采用专用电脑控制器作为其生产的注塑机的控制系统,注塑机专用电脑控制器很大一部分为进口产品。我们按注塑机生产行业的特点和要求设计制造了注塑机专用微机控制器,完全达到了生产厂家的技术要求。

注塑机的工作过程

注塑机主要由开合模机构、射台、射筒螺杆机构、脱模顶针、调模机构等组成。所有动作都是通过液压系统来完成。工作时首先要对射筒加温,为保证螺杆不受损坏,在射筒温度未达到设定温度时不充许螺杆动作。

工作时先合上安全门,然后将模具闭合,射台前进到位,螺杆将塑料注射到模腔内,注射完成后,射筒重新加料,同时模腔内的塑料制品冷却,之后将模具打开,脱模顶针再将塑料制品顶出,取出产品后一个生产过程结束,可以进行第二个工作过程。

在注塑机的整个工作过程中受控制的主要由以下三点:

    1 温度控制

注塑机的射筒必须加热到一定的温度以后才能工作,它分成数段加热,其中第一段为喷咀,从二段起为射筒,采用热电偶作为测温元件。设计温度控制部分时,我们采用脉宽调制的PID控制方法来控制温度。

    2 液压系统的流量和压力控制

注塑机在工作过程中的每个动作及动作过程中都须通过切换电磁阀及调节液压系统的压力和流量,因此控制器在控制换向电磁阀的同时必须随时通过比例调节液压系统的流量和压力。

    3 过程控制

注塑机的工作过程控制主要有手动、半自动、时间自动和电眼自动四种形式,由用户根据产品要求自行选择。

根据注塑机的生产工艺,控制器设有三种工作流程,通过操作面板让用户选择。在生产过程中,当用户选择好工作方式后,控制器能按照用户的要求连续不断的控制注塑机运行。此外,为了便于用户的操作使用,在控制器中我们还加入了输入/输出检测、产品数统计、各种参数设定和各种工作状态选择等其它功能。

控制系统的组成

控制器主要由主机、温度变送、驱动放大、操作面格和电源等组成。

主机采用MCS-51系列单片机作为CPU,同时配以64K程序存储器和32K数据存储器。采用8279芯片组成操作键盘。用一块液晶显示器为用户提供中文为机对话。设有两路脉宽调制输出,通过光耦隔离,经功率放大后控制液压系统的流量和压力。通过两组光耦隔离器可对二十四路数字量输入信号进入检测和三十二路输出量进行控制。热电耦信号经处理后送A/D转换,主机采样A/D数据后对温度进行PID控制。控制系统框图如图一所示。

为了提高控制器在运行时的可靠性和抗干扰能力,我们在软、硬件方面都采取了措施,并为控制器运行提供了一组独立电源。

控制流程和各种状态介绍

按照注塑机的工艺要求,我们编制了控制流程如图二所示。

开机时,控制器工作在手动状态,当温度加热达到设定值后用户有即可选择以上任何一种状态进行工作。

半自动状态时,控制器按图二所示的控制流程进行工作,当一个流程结束后,操作为员打开安全门取出产品,合上安全门后,控制器按流程重复工作。

时间自动状态时,控制器按图二所示的控制流程进行工作,当一个流程结束后,产品从模具自动脱落,延时一段时间后,控制器按流程重复工作。

电眼自动状态时,控制器按图二所示的控制流程进行工作,当一个流程结束后,产品从模具上自行脱落,电眼被遮挡一下后,控制器按流程重复工作。

工作中用户可随时设定或修改控制器的技术参数,为技术为调试注塑机提供了极大的方便。同时为保证所设参数不被任意修改,用户可对控制设置密码。当密码设置完成后,必须输入密码才能修改参数,不知密码者将不能修改任何参数。用户可随时对所设密码进行修改。

软件程序

主程序完成注塑机的各个工作过程,包括手动工作过程、半自动工作过程、时间自动工作过程、电眼自动工作过程等。根据工艺各个工作过程均有不同的限制条件:手动操作需先开启电机才能进行;螺杆动作需开启电热并温度达到设定值才能运行;三种自动工作过程需先开启电机和加热后才能进入;工作过程中可随时设置参数,当参数被确认后在下一个工作过程中被采用。工作过程中还能检测输入/输出信号以检测外围信号情况。此外还有许多计时条件,如开合模计时、射筒缺料计时、周期计时等,若某一条件不符工艺要求,机器将停机报警,待技术为员处理。

定时器0用于产生200HZ的脉冲来控制二路脉宽调制的比例阀输出。为了保证控制比例阀的电流稳定可靠,该中断设置成高优先级。

定时器1设置成定时方式1,每10毫秒产生一次中断,即1秒刚好执行100次中断。一组模为10的秒计数器作为机内时钟;同时定时中断每一秒钟取一个A/D转换值,得到的加热宽度p,p的最大值为100,最小值为0,这个p规定了100次中断内(1秒钟)的前p次控制加热输出,而后(100-p)次不加热。为了保证计时精度,该中断被设置成高优先级。

外部中断0用于处理A/D转换结果、动作过程中的报警处理。中断程序接收到A/D转换数据后,先进行A/D滤波,再调用温度控制算法得出加热宽度P。针对注塑机的温度使用范围在100℃~400℃,采用双极性输入,A/D转换为12位,则实际温度值为:200×{1+[4095-(A/D转换值)]/4095}

其中A/D转换值为-4095-4095。温控算法采用静态啮合控制法,这种算法由模糊算法派生而来,是一种非线性的控制算法。根据模糊算法的概念,当实际温度小于设置温度时,计算机应输出的加热宽度较大,且实际温度越低,加热宽度应越大,直至全加热。而当实际温度大于设置温度时,计算机应输出加热宽度较大,且实际温度越高,加热宽度越小,直至全断开。假如有如下函数Y=f(x),x为误差(温度实际值-温度设置值),Y为加热宽度p,则f(x)为递减函数,且要吧写成:

0 x≥a0

Y=f(f) a0

100 x>al

a0为加热全断开时的误差值,al为起控的误差值,根据我们反复的经验,为a0和al取一定数值。为使在100℃~400℃的范围内控温精度都能满足要求,可对函数进行修正,Y=f(x)+(T-200)×α,式中T为实际温度α为补偿系数,但一般情况下,f(x)并不能以某一数字表达式表示,我们可以将它离散化,将离散值固化进EPROM,成为一个表格控制函数,这种方法来控制温度来实际使用的时获得了较好的效果。这种控制算法的特点直观、简捷、物理意义明确,但是试凑复杂,许多数据来自经验,实际控制中,料筒的温控精度达到了±2℃。

外部中断1用于处理8279的按键中断,接收键盘输入让计算机进行处理。

结语

我们研制的注塑机专用控制器经用户的实际应用后证明能满足用户的要求。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1410.html
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