挤出成型设备的控制

1、挤出成型对控制系统的需求

(1)节能。在挤出成型过程中，能量的耗费大部分用于熔融树脂和驱动电动机。热能包括螺杆旋转产生的摩擦热和机筒加热器的热能两部分。随着能源供应的日趋紧张，研究开发具有高效节能的挤出成型设备显得十分必要。

(2)稳定性。挤出成型工艺的稳定性包括制品的质量稳定性和尺寸稳定性。对于片、膜及管等形状简单制品的尺寸测量，可通过性能优良的传感器和计算机直接进行测控。而对于形状复杂的异型材制品，由于直接测定尺寸十分困难，因此必须要求生产过程本身保持稳定。为此，研究开发挤出成型设备所用的高精度和高稳定性控制系统十分必要。

2、精密挤出成型控制系统的设计

挤出控制系统需要对整个挤出过程的工艺参数，如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量、各种原料的配比以及电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用闭环控制技术。

挤出控制系统的设计包括：主控制器的选型、接口电路设计、驱动与放大电路设计、人机界面设计(HMI)以及控制算法软件设计等。根据精密挤出成型控制要求与特点，主控制器可选用PCC2003可编程计算机控制系统。可编程计算机控制器集成了可编程逻辑控制器的标准功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能，能方便地处理开关量﹑模拟量及进行回路调节。其硬件具有*新颖的插拔式结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组态。软件也具备模块结构，系统扩容只需在原有基础上叠加应用软件模块，同时具有高级语言编程功能，并可以根据需要采用多种语言混合编程。精密挤出成型过程控制系统框图如图1所示。

图1.精密挤出成型过程控制系统框图

在图1中，CPU模块为CP476，带有1个RS232接口以及1个CAN(ControlAreaNet)接口。其指令周期为0.5us，内置硬件狗功能。接口组件包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字输入输出混合模块、温度模块及通信接口模块等。

注塑机控制

1、精密注塑机的闭环控制技术

(1)精密注塑控制的特点。与常规注射成型相比，精密注塑成型对成型参数的重复精度要求更高。因此，精密注塑机宜采用多级反馈控制。这种多级控制包括：感应式位移控制或时间控制的10级射胶闭环注射系统，多级保压时间、压力和速度控制，以及螺杆温度智能PID控制等。

另外，螺杆及喷嘴温度控制更精确。即升温时超调量小，使得温度的波动较小。对于常规控制，双位控温超调量为25~30℃时，螺杆计量引起的温度波动为4℃以上，而同样条件下精密注塑机的控温精度在±0.5℃以内。

液压油温控制精度更高。工作油温的变化会引起粘度的变化，使进入各执行机构的流量发生波动，引起启闭模速度、注射速度和螺杆转速不稳定，同时也会导致压力波动。对一般小型注塑机而言，在没有油温调节的情况下连续工作5h，油温会升高28℃，系统压力会升高0.19MPa，换算成对流道聚合物熔体的保压压力约为1.9~2.9MPa，从而必将影响到制品的尺寸偏差。为了防止这种情况的发生，精密注塑机采用了加热冷却的闭环装置，以此可将工作油的油温稳定在50~55℃。

模具温度控制更严，制品尺寸精度受模具温度的影响很大。不同材料制品的厚度不仅受冷却时间的影响，而且受模具温度的影响。若冷却时间相同，模具型腔温度低，则制品的厚度相对较大。

基于精密注塑控制的上述特点，精密注塑机的控制系统要比常规注塑机复杂得多，它需要实现压力、速度等参数的全闭环控制。

(2)闭环控制原理和特点。闭环控制的原理如图2所示。从图中可以看出，闭环控制的起点是测量目标变量，由一个与目标变量相对应的传感器对目标变量进行检测，产生一个与目标变量成正比的输出，通常为电压、电流信号或模拟信号。这一信号反馈给闭环控制器并与设定值进行比较，当目标变量偏离设定值时，闭环控制器会产生附加控制信号，通过执行机构对控制对象进行调整，从而使目标变量与设定要求趋于一致。在上述过程中，闭环控制还可以消除不同的干扰量对控制对象的影响，从而进一步提高了控制精度。

图2.注塑机闭环控制原理

闭环控制系统具有如下特点：系统输出信号对控制作用有直接影响;有反馈环节，并应用反馈作用来减少系统误差，以使系统的输出量趋于预定值;当出现干扰时，包括内扰和外扰，可以减弱其影响;系统可能出现不稳定，因此存在温度性校核问题(稳定判据)。