東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 注塑機(jī)控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)及料簡溫度控制算法的研究 摘要 注塑成型是目前應(yīng)用較廣泛的塑料加工方法，注塑機(jī)是注塑成型的主要加工 設(shè)備。白本世紀(jì)三十年代問世以來，注塑機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和傳動原理變化不大，但 其控制技術(shù)卻在不斷的更新和發(fā)展。研究注塑機(jī)的控制問題對提高塑料制品質(zhì)量， 推動塑料工業(yè)的發(fā)展有重要意義。 本文是以寧波海天公司生產(chǎn)的型號為h t f 5 8 x 2 的注塑機(jī)為背景，來進(jìn)行注 塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造和料筒溫度控制算法的研究的。 注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件系統(tǒng)改造和控制軟件設(shè)計(jì)兩部分。在硬件系統(tǒng) 改造中，分析了注塑機(jī)系統(tǒng)的i o 信號特性和數(shù)據(jù)采集卡對采集信號的要求，從 而設(shè)計(jì)出系統(tǒng)接線原理圖。在控制軟件設(shè)計(jì)中，首先利用q n x 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任 務(wù)特點(diǎn)，對軟件所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行任務(wù)劃分，并設(shè)計(jì)出下位機(jī)軟件流程圖；然后 通過q n x 的p h a b 編程軟件，按照注塑機(jī)監(jiān)測和控制的需求，完成了系統(tǒng)監(jiān)控 畫面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際運(yùn)行表明，開發(fā)出的控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，滿足了實(shí)驗(yàn)和研 究需求。 在料筒溫度控制算法方面，首先對料筒加熱段采用基于最小二乘的經(jīng)典階躍 響應(yīng)辨識方法，測出了料筒各加熱段的數(shù)學(xué)模型，然后分別進(jìn)行積分分離p i d 和模 糊變系數(shù)p d 控制策略的研究，并將其應(yīng)用于注塑機(jī)料筒的溫度控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明，與普通p i d 控制器相比，模糊變系數(shù)p i d 控制算法有較好的控制性能和較 強(qiáng)的魯棒性。 最后，總結(jié)了所做的研究工作，并對現(xiàn)行方法中的不足提出可行的改進(jìn)措施， 還進(jìn)一步對未來的研究方向進(jìn)行了闡述。 關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；系統(tǒng)改造；q n x ；多任務(wù)；溫度控制；p i d 控制；模糊控 制 i i 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t r e f o r m a t i o na n d d e s i g no fc o n t r o ls y s t e mf o ri n j e c t i o nm o l d a n dr e s e a r c ho nb a r r e lt e m p e r a t u r ec o n t r o l a b s t r a c t i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e ( i m m ) i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n te q u i l l m e n ti n p l a s t i ci n d u s t r y i th a sd e v e l o p e dr a p i d l yi nt h ec o n t r o lt e c h n o l o g yr a t h e rt h a ni nt h e s t r u c t u r ea n dt r a n s m i s s i o n , s i n c ei ta p p e a r e di nt h e3 r dd e c a d eo fl a s tc e n t u r y s o r e s e a r c ho nt h ec o n t r o lm e t h o do fi m mi ss i g n i f i c a n tf o ri m p r o v e m e n to fp l a s t i c p r o d u c ta n dp r o g r e s so f p l a s t i ci n d u s t r y t h i sd i s s e r t a t i o ni sc o n c e r n e dw i mt h ei n j e c t i o n m o l d i n gm a c h i n er n v l m ) n a m e d h t f 5 8 x 2 一a m a d ei nn i n g b oh a i t i a nc o m p a n y r e f o r m a t i o na n dd e s i g no fc o n t r o ls y s t e mf o ri m mc o n s i s to ft w op a r t s ， r e b u i l d i n go f t h eh a r d w a r es y s t e ma n dd e s i g no f t h es o t t w a r ef o rc o n t r o ls y s t e m i nt h e f o r m e r , t h ec h a r a c t e ro ft h ei n p u ta n do u t p u ts i g n a l sa n dd e m a n do fa c q u i s i t i o nc a r d s f o rs i g n a l sa r ea n a l y z e d ，a n dt h ew i r i n gd i a g r a m sa r ed e s i g n e d i nt h el a t t e r , f i r s t l y t a s k sa r ed i v i d e da c c o r d i n gt of u n c t i o n ss o f t w a r ei m p l e m e n t sa n df l o w c h a r to f s u b o r d i n a t ec o m p u t e rp r o g r a mi sp l a n n e d ，a v a i l i n go ft h er e a l t i m em u l t i t a s kc h a r a c t e r o fq n xo p e r a t i n gs y s t e m s e c o n d l y , m o n i t o r i n gs y s t e mi sa c c o m p l i s h e du s i n gp h a b s o f t w a r eo fq n x ，t os a t i s f yt h es u p e r v i s o r yc o n t r o ln e e d so fi m m t h ed e v e l o p e d c o n t r o ls y s t e mi sr e l i a b l ea n df u l f i l l st h er e s e a r c hn e e d so fl a bb yt e s t i nt h ew a yo fb a r r e lt e m p e r a t u r ec o n t r o l ，b a r r e lt e m p e r a t u r em o d e li se s t a b l i s h e d w i mt h em e t h o do fs t e p r e s p o n s e i d e n t i f i c a t i o nm e t h o db a s e d0 1 1l e a s t s q u a r e r e g r e s s i o n t h e n ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fp i da n df u z z yv a r i a b l e c o e f f i c i e n tp i da r e s t u d i e di nd e t a i la n dt h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ta r ep r e s e n t e d t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tf u z z yv a r i a b l e c o e f f i c i e n tp i dc o n t r o l l e rh a sg o o dp e r f o r m a n c ei n b o t hd y n a m i ca n ds t a t i cs t a t e ，a n di sm o r er o b u s tt h a nn o r m a lp i dc o n t r o l l e r i nt h ee n d ，t h er e s e a r c hw o r ki nt h i st h e s i si sc o n c l u d e d ，a n dt h ei m p r o v e dm e t h o d i sp r o p o s e dt ot h ed e f i c i e n c i e si nt h ef u z z ym e t h o da n dt h ei n t e r e s t e dd i r e c t i o n si nt h e f u t u r ea r ed e s c r i b e d k e yw o r d s ：i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e ，r e f o r m a t i o no f t h es y s t e m ，q n x ， m u l t i t a s k ，t e m p e r a t u r ec o n t r o l ，p i dc o n t r o l ，f u z z yc o n t r 0 1 i i i ， 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中 取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確 的說明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名： 引司 日 期：l 0 0 6 卜l y 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué) 位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的 復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。 ( 如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流，請?jiān)谙路胶灻环駝t視為同意。) 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 導(dǎo)師簽名：哆 簽字目期： 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 塑料工業(yè)的發(fā)展 第一章緒論 隨著社會的不斷發(fā)展，塑料逐漸成為與混凝土、鋼鐵、木材一樣最重要的工業(yè)材料 之一。塑料作為新型合成材料，具有諸多優(yōu)良特性，如質(zhì)地輕巧、耐水、耐化學(xué)腐蝕等； 塑料制品外形美觀、便于加工安裝、具有優(yōu)異的電氣特性及化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的吸震和 消聲隔離作用、能很好地與金屬、玻璃、木材及其它材料相膠結(jié)等。 正是由于塑料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)各部門和日常生活中。塑 料在材料結(jié)構(gòu)中所占的比例正在逐年上升。預(yù)計(jì)到2 0 1 0 年，以重量計(jì)算的塑料產(chǎn)量將 超過鋼的產(chǎn)量。多年的實(shí)踐也證明，增加塑料在整個(gè)材料結(jié)構(gòu)中的比重，廣泛采用高分 子合成材料，可節(jié)省資源，降低能耗，社會總體經(jīng)濟(jì)效益也可大為提高，使得社會資金 和自然資源可以得到更合理的利用。正是由于企業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ顚λ芰现破返男?求越來越強(qiáng)烈，并且塑料制品及其原材料的來源也很豐富、廉價(jià)，因而極大地促進(jìn)了塑 料工業(yè)特別是塑料機(jī)械工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，以及塑料加工技術(shù)和工藝的不斷完善。 注塑成型是熱塑性或熱固性塑料制件的主要成型方法之一：就世界范圍來說，注塑 機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的3 0 ，注塑機(jī)的產(chǎn)量是塑料機(jī)械產(chǎn)量的5 0 ，因此注塑 機(jī)成為塑料成型機(jī)械制造業(yè)中增長最快，產(chǎn)量最多的機(jī)種之一。因?yàn)樽⑺軝C(jī)具有生產(chǎn)效 率高，產(chǎn)品一次成型的優(yōu)點(diǎn)，所以在家用電器、日用品和兒童玩具等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng) 用。目前我國的大中型注塑產(chǎn)業(yè)已經(jīng)基本進(jìn)入自動化控制生產(chǎn)的時(shí)代，但是在一些中小 型的注塑廠家，仍然在采用原始的單體式的溫度、壓力控制儀表和手動開關(guān)控制，不僅 自動化程度無法與國外同類產(chǎn)品相比，而且嚴(yán)重影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。隨著 自動化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，西方工業(yè)國家已成功推出新一代自動控制塑料機(jī)械，不僅 自動化程度高、易操作，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也大大提高。目前世界上大多數(shù)的工 程塑料制品采用注射成型加工技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。由此可見，注塑成型這種加工方法在塑料 工業(yè)中占有其特殊的地位 2 】o 基于塑料成型技術(shù)的機(jī)械是塑料工業(yè)發(fā)展的重要支柱，它為塑料行業(yè)提供了先進(jìn)的 技術(shù)裝備，它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看， 塑料機(jī)械的三大類品種依次是注塑機(jī)、擠出機(jī)擠出生產(chǎn)線和吹塑機(jī)，它們占了塑料機(jī) 械總產(chǎn)值的8 0 以上，其中注塑機(jī)占這三類機(jī)械總和的一半以上 3 1 。本文的研究背景正 是基于塑料注射成型機(jī)，簡稱注塑機(jī)。 一】 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 2 注塑機(jī)的發(fā)展及技術(shù)現(xiàn)狀 注塑機(jī)是一種對熱塑性( 或熱固性) 塑料進(jìn)行加工熔融后，以高壓、高速注射入模 腔，進(jìn)而固化成型，生產(chǎn)出塑料制品的機(jī)械設(shè)備。 注塑機(jī)的發(fā)展起源于上世紀(jì)三十年代，自從上世紀(jì)5 0 年代第一臺往復(fù)螺桿式注塑 機(jī)問世以來，注塑機(jī)的性能和效率得到不斷的改善，這種改善涉及到注塑機(jī)的幾個(gè)主要 組成部分，即合模裝置、注射裝置、液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)于上世紀(jì) 5 0 年代末已基本定型。在液壓系統(tǒng)方面，液壓系統(tǒng)隨著電液比例技術(shù)的日益發(fā)展成熟， 正由原來的開關(guān)閥控制向電液比例閥控制發(fā)展。在控制系統(tǒng)方面，先后研制出了不同的 控制器來保證塑料制品的質(zhì)量，減少廢品，提高注射成型加工的生產(chǎn)效率【4 】。 原始的注塑機(jī)主要采用硬接線連接控制即繼電器控制方式，這種方式易于實(shí)現(xiàn)，但 控制范圍有限，控制精度低。到上世紀(jì)6 0 年代末，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，這種控制系 統(tǒng)逐漸被新型控制系統(tǒng)取代，加工精度也有相對的提高，但對注塑機(jī)精密程度的要求也 隨之提高了，開環(huán)控制已不能滿足需求。上世紀(jì)7 0 年代中期，歐美一些廠家提出了對 注塑機(jī)參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制的設(shè)想。但是，由于研制初期尚未弄清哪些過程參數(shù)應(yīng)該加以 控制?？刂茀?shù)很多，研制費(fèi)用昂貴。上世紀(jì)8 0 年代初期，由研究才得出結(jié)論：對注 射過程中的一些重要參數(shù)，如注射速度、充模壓力、保壓壓力、熔料溫度等參數(shù)進(jìn)行閉 環(huán)控制，可以大大改善注塑制品的質(zhì)量。當(dāng)時(shí)一些制造廠家開發(fā)了一系列相應(yīng)的裝置， 如n e g r i b o s s i 公司的e c i 和s y n t r o l z h 系統(tǒng)，通過對模腔壓力( 充模壓力、保壓壓力) 的閉環(huán)控制，產(chǎn)品的質(zhì)量有了很大的提高。 同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，計(jì)算機(jī)和微處理器介入了注塑機(jī)的控制系統(tǒng)， 使閉環(huán)系統(tǒng)的研制費(fèi)用得以減少，推動了注塑機(jī)控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代。上世紀(jì)7 0 年代 末，歐洲一些廠家開發(fā)了專用于注塑機(jī)的可編程序邏輯控制器p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ) ，該裝置編程方便、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、改變工藝條件方 便，但是由于帶有模擬量輸入輸出控制的可編程序邏輯控制器p l c 價(jià)格較高，在實(shí)際 控制中應(yīng)用不多。 電液比例技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合，使注塑機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。 因微處理器具有邏輯運(yùn)算功能，適用于開環(huán)控制、閉環(huán)控制和檢測控制。微處理器除了 能完成所有的工業(yè)邏輯控制外，對料筒溫度、注射速度、充模壓力、保壓壓力等過程參 數(shù)可以采用閉環(huán)控制，還配有c r t 在線顯示，具有參數(shù)記憶等功能，如v i c k e r s 公司的 s y s t e m 2 3 0 系統(tǒng)，日本三菱公司的m a g 系統(tǒng)等【7 l 。 由大型計(jì)算機(jī)與微處理機(jī)結(jié)合組成監(jiān)控系統(tǒng)，也是注塑機(jī)發(fā)展的一個(gè)方向。上世紀(jì) 一2 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 8 0 年代中期，日本三菱公司研制了最多可以控制八臺注塑機(jī)的集中監(jiān)控系統(tǒng)。由單個(gè) 注塑機(jī)的控制向整個(gè)生產(chǎn)車間的自動化管理發(fā)展。該系統(tǒng)具有多功能人機(jī)接口，可以存 取，并以各種畫面顯示構(gòu)成參數(shù)，控制變量及其它參數(shù)。對模具的使用，不同類型制品 的成型條件，異常情況等進(jìn)行集中監(jiān)督和管理。西德b a t t e n f e l d 公司研制的計(jì)算機(jī)可以 管理1 5 臺注塑機(jī)，這種方式可以保證產(chǎn)品精度，并能將最優(yōu)工藝條件存儲在計(jì)算機(jī)中， 從而保證每一批產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。在注塑制品的生產(chǎn)中，制品的質(zhì)量與原材料及成型設(shè) 備的選擇、成型工藝、模具條件，環(huán)境狀況等密切相關(guān)。就國際塑料機(jī)械的發(fā)展而言， 正朝著快速、高效、節(jié)能、精密、占地面積小、環(huán)保以及低成本的方向發(fā)展。 隨著自動化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，西方工業(yè)國家已成功推出新一代自動塑料機(jī)械， 不僅自動化程度高，易操作，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也大大提高。 在國際上注塑機(jī)工業(yè)不斷進(jìn)步的推動下，國內(nèi)的注塑機(jī)工業(yè)也在快速發(fā)展。注塑機(jī) 自上世紀(jì)3 0 年代問世以來，主機(jī)結(jié)構(gòu)及傳動原理變化不大，但其控制卻在不斷更新和 發(fā)展，國外已由手動操作的第一代產(chǎn)品發(fā)展成為基于微機(jī)閉環(huán)控制的第五代產(chǎn)品，自動 化程度不斷提高，國內(nèi)直到2 q 世紀(jì)5 0 年代末才開始生產(chǎn)注塑楓，由于采取了弓i 進(jìn)消化、 吸收和逐步提高、國產(chǎn)化的方針，再加上鋼材價(jià)格上漲，石化工業(yè)能夠提供原料( 包括 工程塑料) ，便形成了“以塑代鋼”，“以注塑代壓縮成型”的趨勢。國內(nèi)注塑機(jī)的發(fā) 展速度異?？欤刂扑捷^低，檔次不高，絕大多數(shù)仍基于繼電器和可編程控制器， 自動化程度較低，產(chǎn)品競爭能力不強(qiáng)【5 】。 隨著注塑機(jī)在行業(yè)中的比重不斷加大，其出口量已超過紙機(jī)，成為我國輕工系統(tǒng)最 大宗的出口設(shè)備。注塑機(jī)的節(jié)能高效、自動化程度高的性能已為用戶所追求；同時(shí)，對 于大中規(guī)模注塑工廠( 車間) ，甚至批量少、品種多的小規(guī)模注塑車間，在保證制品質(zhì) 量的前提下，如何利用成熟的自動化設(shè)備，提高產(chǎn)品精度，降低廢品、次品率，節(jié)約原 材料和能源，來降低成本，增強(qiáng)市場競爭已引起人們的高度重視，采用先進(jìn)的控制技術(shù) 和管理手段已成為必然的趨勢【6 j 。 現(xiàn)代注塑機(jī)的發(fā)展重點(diǎn)在于提高控制水平和整機(jī)自動化程度，以及整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和 加工工藝的改進(jìn)等方面，滿足對于注塑制品質(zhì)量及節(jié)能的要求。通過不斷完善液壓系統(tǒng)， 采用先進(jìn)的控制手段，性能優(yōu)良的設(shè)備、質(zhì)量可靠的電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)，以確保注塑 機(jī)動作靈敏、運(yùn)行穩(wěn)定和可靠，最終達(dá)到改善勞動條件、減輕維修工作量、降低能耗、 節(jié)省原料的目的，最終朝著高速、高效、高精度、高質(zhì)量、低噪聲、自動化、節(jié)能，以 及降低生產(chǎn)成本的方向發(fā)展【7 。 在這樣的時(shí)代背景下，對于注塑機(jī)的各種研究項(xiàng)目已經(jīng)投入到實(shí)際操作當(dāng)中。為了 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 給研究該課題的使用者提供更好的科研環(huán)境，學(xué)校購進(jìn)了寧波海天集團(tuán)職業(yè)股份有限公 司出產(chǎn)的h t f 5 8 x 2 型塑料注射成型機(jī)。該廠生產(chǎn)的h t f 5 8 x 2 型注塑機(jī)控制精度較高， 整體性能良好。該注塑機(jī)的注射裝置為往復(fù)螺桿預(yù)塑式，這是目前應(yīng)用較普遍的一種類 型。因此對該注塑機(jī)進(jìn)行研究具有一定的普遍性和實(shí)際意義。 1 3 溫度控制算法發(fā)展概況 溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等。在 塑料的注塑過程中，熔體的溫度是一個(gè)很重要的參數(shù)，它直接影響注塑成型產(chǎn)品的質(zhì)量。 關(guān)于溫度控制的算法有很多，從簡單實(shí)用的p i d 控制到近些年來成為研究熱點(diǎn)的溫度智 能控制，下面就對這些控制方案做一個(gè)簡要介紹。 p i d 控制自1 9 世紀(jì)4 0 年代開始以來，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，長期以來，由于其 結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用、價(jià)格低，在廣泛的過程領(lǐng)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)滿意的控制。其缺點(diǎn)是現(xiàn)場 p i d 參數(shù)整定麻煩，被控對象模型參數(shù)難以確定，外界干擾會使控制漂離最佳狀態(tài)。文 獻(xiàn)【9 提出一種p i d 參數(shù)自整定的溫度控制算法。采用簡化臨界比例度整定法，只需整 定一個(gè)參數(shù)，提高了參數(shù)的整定效率，用編程的方法實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)自整定。應(yīng)用這種規(guī) 則的系統(tǒng)特點(diǎn)是其瞬態(tài)響應(yīng)超調(diào)量小，抗干擾能力強(qiáng)，且振蕩有足夠的阻尼，具有良好 的選擇性和靈敏度。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種采用數(shù)理模型的方法模擬生物神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及對信息的記憶 和處理而構(gòu)成的信息處理方法。它以其高度的非線性映射，自組織、自學(xué)習(xí)和聯(lián)想記憶 等功能，可對復(fù)雜的非線性系統(tǒng)建模。該方法響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，算法簡單， 且易于用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。在溫控系統(tǒng)中，將溫度的影響因素如氣溫、外加電壓、以及 被加熱物體性質(zhì)等作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將其輸出作為p i d 控制器的參數(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為 樣本，在微機(jī)上反復(fù)迭代，隨實(shí)驗(yàn)與研究的進(jìn)行與深入，自我完善與修正，直至系統(tǒng)收 斂，得到網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，達(dá)到自整定p i d 控制器參數(shù)的目的 1 0 【1 1 】。m n n ( m e m o r yn e u r o n n e t w o r k ) 在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增加了記憶神經(jīng)元，在學(xué)習(xí)動態(tài)非線性系統(tǒng)時(shí)，不必知道實(shí)際 系統(tǒng)過多的結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)當(dāng)滯后較大時(shí)不會造成網(wǎng)絡(luò)龐大難以訓(xùn)練 1 2 】。 模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和 直覺知識。它適用于控制不易取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對象。 同傳統(tǒng)的p i d 控制比較，模糊控制響應(yīng)快，超調(diào)量小，參數(shù)變化不敏感 1 3 【14 1 。然而， 模糊控制的局限性在于對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析和標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)的方法步驟，規(guī)則庫缺乏完 整性，沒有明確的控制結(jié)構(gòu)。p i d 控制器結(jié)構(gòu)簡單、明確，能滿足大量工業(yè)過程的控制 一4 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 要求，特別是其強(qiáng)魯棒性能較好適應(yīng)過程工況的大范圍變動。但p i d 本質(zhì)是線性控制而 模糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域，因此，將模糊控制與p i d 結(jié)合將具備兩者的優(yōu) 七 mo 文獻(xiàn) 1 5 1 用過程的運(yùn)行狀態(tài)( 溫度偏差及溫度變化率) 確定p i d 控制器參數(shù)，用p i d 控制律確定控制作用。該過程中的主要問題是合理地獲得h d 參數(shù)的模糊校正規(guī)則，其 實(shí)質(zhì)是一種以模糊規(guī)則調(diào)節(jié)p d 參數(shù)的自適應(yīng)控制，即在一般p i d 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上， 加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)。 文獻(xiàn) 1 6 1 給出不同實(shí)時(shí)狀態(tài)下對p i d 參數(shù)的推理結(jié)果，當(dāng)溫差較大時(shí)采用f u z z y 控 制，響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好；當(dāng)溫差較小時(shí)采用h d 控制，使其靜態(tài)性能好，滿足系 統(tǒng)精度要求。因此f u z z y p i d 復(fù)合控制，比單一的模糊控制或p i d 調(diào)節(jié)器有更好的控制 性能。 文獻(xiàn)【1 7 采用模糊自適應(yīng)p d 設(shè)計(jì)方法，根據(jù)人們要求的溫度曲線，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)模糊推理判斷，實(shí)現(xiàn)對任何一種模型參數(shù)的系統(tǒng)都能自動調(diào)節(jié)其p i d 參 數(shù)，使輸出與溫度曲線趨于一致實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)特性與超調(diào)量最優(yōu)的統(tǒng)- - 1 8 】。 近些年來模糊邏輯控制取得了巨大成功。但是，模糊控制所基于的專家經(jīng)驗(yàn)不易獲 得，一成不變的控制規(guī)則也很難適應(yīng)被控制系統(tǒng)的非線性、時(shí)變性等問題，嚴(yán)重影響控 制效果。因此應(yīng)使模糊控制向著自適應(yīng)方向發(fā)展，使模糊控制規(guī)則隸屬函數(shù)模糊量化在 控制過程自動的調(diào)整和完善。 文獻(xiàn) 1 9 1 提供了一種自適應(yīng)模糊控制方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來修正偏差和 偏差變化的比例系數(shù)，達(dá)到優(yōu)化模糊控制器的作用，從而進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)時(shí)控制效果，以 便應(yīng)用于溫度過程控制中，其優(yōu)點(diǎn)動態(tài)響應(yīng)快，能達(dá)到高精度的快速控制，具有極強(qiáng)的 魯棒性和適應(yīng)能力。 文獻(xiàn) 2 0 1 提出三層前向模糊b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選擇溫度采樣誤差值，誤差積分和變化 值作為網(wǎng)絡(luò)輸入，用模糊控制理論賦予隱層含義，確定神經(jīng)元個(gè)數(shù)。用高斯核函數(shù)作為 節(jié)點(diǎn)的激勵(lì)函數(shù)，忽略遠(yuǎn)離中心的神經(jīng)元輸出，計(jì)算隱層輸出。通過給定的教師學(xué)習(xí)， 以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，以使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小。這種控制算法在穩(wěn)定性上要優(yōu)于常規(guī)p i d 算 法 2 1 】。 遺傳算法( g e n e t i ca l g o r i t h m s 簡稱g a ) 是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生 物進(jìn)化過程的全局優(yōu)化搜索算法。它將生物進(jìn)化過程中適者生存規(guī)則與群體內(nèi)部染色體 的隨機(jī)信息交換機(jī)制相結(jié)合，通過正確的編碼機(jī)制和適應(yīng)度函數(shù)的選擇來操作稱為染色 體的二進(jìn)制串1 或0 。引入了如繁殖交叉和變異等方法，在所求解的問題空間上進(jìn)行全 東北大學(xué)碩士學(xué)位論叉 第一章緒論 局的、并行的、隨機(jī)的搜索優(yōu)化，朝全局最優(yōu)方向收斂?；谶z傳算法溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 就是將傳感器得到的溫度信號放大，數(shù)字化送入單片機(jī)，單片機(jī)將其與給定溫度進(jìn)行比 較，用遺傳算法來優(yōu)化3 個(gè)p i d 參數(shù)，然后將控制量輸出。 文獻(xiàn) 2 2 1 將3 個(gè)p i d 參數(shù)串接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的染色體。從而構(gòu)成遺傳空間中 的個(gè)體，通過繁殖交叉和變異遺傳操作，生成新一代群體，經(jīng)過多次搜索獲得晟大適應(yīng) 度值的個(gè)體即所求。在硬件上采用單片機(jī)控制。具有調(diào)試方便溫控精度高，抗干擾性強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。在軟件上采用遺傳算法對p i d 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，具有很高的穩(wěn)定度，溫控精 度高。 文獻(xiàn) 2 3 1 提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，將模式辨識、預(yù)測最優(yōu)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合， 由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)估器辨識系統(tǒng)模型，并實(shí)時(shí)為控制器提供參考輸入，由最優(yōu)控制器 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、決策，選定最優(yōu)的拄制量，達(dá)到溫度最佳控制的日的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 廣泛的b p 網(wǎng)絡(luò)，由于其收斂慢和存在局部最小點(diǎn)，因此將遺傳算法和b p 算法結(jié)合得 到的遺傳b p ( g a b e ) 算法作為網(wǎng)絡(luò)預(yù)估器的學(xué)習(xí)算法。該系統(tǒng)能使溫度隨外界干擾條 件的變化，實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和控制規(guī)律，具有良好的溫度跟蹤性能和抗干擾能力。 綜上所訴，實(shí)現(xiàn)溫控系統(tǒng)的參數(shù)自調(diào)整，將線性控制與非線性相結(jié)合，使溫度能滿 足用戶的需要是溫控系統(tǒng)的最終目的。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場合、不同 的加熱對象和所要求的控制曲線和控制精度，選擇不同的系統(tǒng)方法。 1 4 本文的研究內(nèi)容 本文是以海天公司生產(chǎn)的型號為h t f 5 8 x 2 的注塑機(jī)為背景，進(jìn)行控制系統(tǒng)的改造 和溫度控制策略的研究的。 本文完成第一項(xiàng)工作是在不破壞原有注塑機(jī)控制系統(tǒng)的前提下，將工業(yè)生產(chǎn)用注塑 機(jī)，通過線路改造和軟件設(shè)計(jì)，使其滿足實(shí)驗(yàn)室研究和教學(xué)使用的需求。第三章主要介 紹了這部分內(nèi)容，大體分為兩塊，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造和控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。線路改 造部分分析了u o 信號特性和數(shù)據(jù)采集卡的功能，并分別闡述了具體的線路改造方案。 在軟件設(shè)計(jì)部分，劃分出軟件功能模塊，給出了下位機(jī)軟件主程序流程圖和監(jiān)控畫面的 設(shè)計(jì)實(shí)例。 本文完成的第二項(xiàng)t 作是對料筒溫度控制算法的研究。首先建立料筒溫度系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型，這里使用了基于最小乘法的階越響應(yīng)辨識法。其次，設(shè)計(jì)了模糊變系數(shù)p i d 算法，并應(yīng)用于料簡溫度控制系統(tǒng)。最后，將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與積分分離p i i ) 控制算法的結(jié) 果進(jìn)行比較，并得出結(jié)論。 果進(jìn)行比較，并得出結(jié)論。 6 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 注塑機(jī)又稱之為塑料注射成型機(jī)，是一類把塑料原料加熱溶化后注射到模具中，經(jīng) 冷卻形成塑料制品的機(jī)床。它具有高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品一次成型的優(yōu)點(diǎn)，所以在加工制造 業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。本章將以海天公司生產(chǎn)的h t f 5 8 x 2 型注塑機(jī)為研究 對象介紹注塑機(jī)的組成和基本工作原理。 2 ，1 注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 注塑機(jī)的具體組成部分有：注射系統(tǒng)，鎖模系統(tǒng)，加熱冷卻系統(tǒng)，模具系統(tǒng)，液壓 油路系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，安全保護(hù)、監(jiān)測系統(tǒng)以及供料等輔助系統(tǒng) 4 】。一個(gè)典型的注 塑成型機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2 。t 所示。 圖2 1 注塑機(jī)的基本組成部分 f i g 2 1c o n f i g u r a t i o no f i m m 1 注塑系統(tǒng) 注塑裝置的作用是將塑料均勻的塑化，并注射到模具型腔中。注射系統(tǒng)主要由塑化 裝置、螺桿驅(qū)動裝置、計(jì)量裝置、注射動作裝置、注射座整體移動裝置、行程限位裝置 以及加料裝置等組成。 塑化裝置又由螺桿和加熱料筒組成，在螺桿頭部裝有防止熔體倒流的止逆環(huán)和各種 剪切或混煉元件；螺桿驅(qū)動裝置主要由減速裝置、軸承支架、主軸套和螺桿驅(qū)動電機(jī)或 液壓馬達(dá)組成。預(yù)塑化時(shí)，動力通過主軸套和軸承支架上的減速裝置帶動螺桿旋轉(zhuǎn)。注 射裝置主要由注射液壓缸和活塞及噴嘴組成。在注射時(shí)，液壓缸產(chǎn)生注射推力，通過主 一7 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 軸推動螺桿向頭部熔體施加高壓，使熔體通過噴嘴充入模腔。計(jì)量裝置是由支架和行程 擋塊組成的裝置，它與螺桿預(yù)塑后退動作相聯(lián)系，起塑化和計(jì)量作用。注射座是一個(gè)可 以在機(jī)身上移動的基座，塑化裝置、注射裝置以及計(jì)量裝置和料斗都固定在注射座上。 注射座在液壓缸作用下，可以做整體前進(jìn)或后退，使噴嘴與模具接觸或離開 8 。 2 鎖模系統(tǒng) 鎖模系統(tǒng)的作用是推動模具進(jìn)行開合運(yùn)動，使動模板作啟閉模往返移動，并鎖緊模 具。鎖模力要大于注射壓力，使塑料制品沒有飛邊。鎖模系統(tǒng)主要由四根拉桿和螺母把 前后模板聯(lián)結(jié)起來形成整體剛性框架。動模板裝在前、后模板之間，后模板上固定合模 液壓缸，動模板在合模液壓缸的作用下以四根拉桿為導(dǎo)向柱作啟閉模運(yùn)動。模具的動模 裝在動模板上而定模則裝在前固定模板上。當(dāng)模具閉合后，在合模液壓缸壓力作用下， 產(chǎn)生額定合模力，鎖緊模具，防止模具注入高壓熔體時(shí)模具的型腔張開。當(dāng)合模時(shí)，模 具拉桿和前、后模板形成力的封閉系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)。 在動模板的后側(cè)裝有液壓及機(jī)械頂出裝置。動模板在開啟模具時(shí)，可通過模具中的 頂出機(jī)構(gòu)，從模腔中頂出制品。在動模板或定模扳上還裝有調(diào)模機(jī)構(gòu)。以便在一定范圍 內(nèi)調(diào)節(jié)模具厚度。在液壓機(jī)械式合模機(jī)構(gòu)中，還要通過調(diào)模機(jī)構(gòu)來調(diào)試合模力的大小。 控制超載。 3 模具系統(tǒng) 注塑模具系統(tǒng)包含導(dǎo)柱、固定側(cè)與可動側(cè)安裝板，以及模腔、主澆道，分流道系統(tǒng)、 頂出銷及帶冷卻管路的模板。注塑模具基本上為一熱交換器，熔融的熱塑性塑料在模具 內(nèi)固化成所需的形狀和尺寸。實(shí)驗(yàn)室注塑機(jī)采用模溫機(jī)控制模具溫度，其傳熱介質(zhì)是傳 熱煤油。 4 液壓系統(tǒng) 注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)為模具的打開和關(guān)閉提供動力，同時(shí)在鎖模時(shí)為模具提供動力。 此外，螺桿的旋轉(zhuǎn)，螺桿推進(jìn)，頂出桿以及動模板的移動，都靠液壓系統(tǒng)提供動力。液 壓回路一般由負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)壓力與流量的主回路和去各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分回路組成。液壓回 路由進(jìn)出過濾器、液壓泵、比例壓力閥( 控制壓力變化) 、比例流量閥( 控制速度變化) 、 方向閻、管路、油箱、交換器以及各種壓力、溫度指示儀表等組成2 4 1 。 5 加熱、冷卻系統(tǒng) 加熱系統(tǒng)是用來加熱料筒及注射噴嘴的，注塑機(jī)料筒一般采用電阻加熱圈，套在料 筒外部并用熱電偶分段檢測。熱量通過筒壁向內(nèi)傳遞，為物料塑化提供熱源。 冷卻系統(tǒng)用來冷卻液壓油。它是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，能將冷卻水分配到幾個(gè)獨(dú)立 ，8 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 的回路上去。 6 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是注塑機(jī)的“中樞神經(jīng)”系統(tǒng)，它控制著注塑機(jī)的工作流程及各部分 動作；還可以對溫度、位移、壓力、速度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行控制。閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由 計(jì)算機(jī)及其接口電路、各種檢測原件及液壓驅(qū)動放大電路組成。實(shí)際上，電氣控制系統(tǒng) 是與機(jī)械液壓系統(tǒng)結(jié)合起來，對注塑機(jī)的工藝程序進(jìn)行精確穩(wěn)定的控制。 7 安全保護(hù)與監(jiān)測系統(tǒng) 注塑機(jī)的安全裝置主要用于保護(hù)人和機(jī)器的安全，由安全門、行程開關(guān)、限位開關(guān)、 光電檢測元件等組成，實(shí)現(xiàn)電氣、機(jī)械、液壓的連鎖保護(hù)。 監(jiān)測系統(tǒng)主要對注塑機(jī)的油溫、料溫、系統(tǒng)超載以及工藝和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測，發(fā) 現(xiàn)異常情況即進(jìn)行指示或報(bào)警。 2 2 注塑機(jī)工作循環(huán)原理 獲得注塑制品的過程，稱之為注塑成型或者注射成型，或者簡單的稱之為注塑。注 塑成型的基本過程是：顆粒狀的高分子材料( 以下簡稱為塑料) 經(jīng)過注塑機(jī)螺桿的擠壓 和加熱，成為熔融狀態(tài)的可以流動的熔體。在螺桿的推動下，塑料熔體通過注塑機(jī)噴嘴、 模具的主流道、分流道和澆口進(jìn)入模具型腔，成型出具有一定形狀和尺寸制品的過程。 注塑周期主要由閉模、注射座前進(jìn)、注射、保壓、預(yù)塑計(jì)量、冷卻、開模、頂出制品等 程序組成。一個(gè)完整的注塑工藝流程如圖2 2 所示口”。 圖22 注塑機(jī)工藝流程圖 f i g 2 2p r o d u c t i o nf l o wo f i m m 近年來雖然注塑工藝和注塑設(shè)備有較大的發(fā)展，但是就多數(shù)通用注塑機(jī)而言，主要 工藝過程基本是一樣的，如圖2 3 所示。 1 注射前準(zhǔn)備階段 注塑機(jī)工作的原始狀態(tài)是動模板在開啟位置，模具的動模和定模分開，注射座在后 9 ， 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文笫二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 退位置，料筒的噴嘴和定模呈非接觸狀態(tài)。注射成型機(jī)的成型周期一般從模具閉合開始。 參照圖2 3 ( a ) ，注塑周期開始后，動模板在合模機(jī)構(gòu)的作用下向前移動，為防止動模板 慣性沖擊需慢速啟動，而在運(yùn)行期間為縮短工作周期，模具以低壓力快速進(jìn)行移動，當(dāng) 動模與固定在前模板上的模具的定?？煲佑|時(shí)，為防止沖擊和安全要減速。為保護(hù)模 具安全，防止型腔中有異物，合模的動力系統(tǒng)自動切換成低壓( 即試合模壓力) 、低速， 在模具中無異物時(shí)，動模將繼續(xù)向前移動，當(dāng)碰至限位開關(guān)時(shí)，動力系統(tǒng)切換進(jìn)入高壓 鎖模程序，使模具閉緊，達(dá)到所調(diào)整的合模力，到此完成整個(gè)鎖模程序。 當(dāng)閉模到位后，注射座向定模板方向移動，使料筒上的噴嘴和模具的主澆套相接觸。 于是接通了噴嘴、模具澆道、成型模腔系統(tǒng)的通道，這一過程為注射座前進(jìn)程序如圖 2 3 ( a ) 。 2 注射階段 當(dāng)注射座到位，噴嘴與主澆套壓緊后，進(jìn)入注射充模過程，液壓系統(tǒng)向注射液壓缸 供高壓油，推動注射活塞并連同螺桿向前運(yùn)動將螺桿頭部的塑料熔體注入模腔中，并將 模腔中的氣體從模具分型面驅(qū)趕出去，如圖2 3 ( b ) 所示。此時(shí)螺桿頭部作用于熔料上的 壓力為注射壓力，又稱一次壓力。 當(dāng)注射過程完成后，整個(gè)模腔被熔體所充滿，這時(shí)，注射螺桿已行至最前位置，由 于低溫模具的冷卻作用，使注入模腔內(nèi)的熔料產(chǎn)生收縮，為制得質(zhì)量致密的制品，防止 模腔中的熔體反壓倒流和對制品補(bǔ)償收縮，注射液壓缸內(nèi)必須保持一定的壓力，推動螺 桿持續(xù)向模具中的熔料施加壓力一直到澆口處熔體冷卻封1 2 1 為止，如圖2 3 ( c ) 所示。此 時(shí)螺桿作用于熔料上的壓力稱之為保壓壓力，又稱二次壓力。在保壓時(shí)，螺桿因補(bǔ)縮而 會有少量的前移。 3 保壓階段 當(dāng)保壓進(jìn)行到模腔內(nèi)的熔料失去從澆口回流可能性時(shí)( 即澆口封閉) ，注射液壓缸 內(nèi)保壓壓力即可卸去( 此時(shí)合模液壓缸內(nèi)的高壓也可撤除) ，使制品在模內(nèi)冷卻定型。 此時(shí)螺桿在液壓馬達(dá)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，將來自料斗的粒狀塑料沿螺槽向前輸送。 4 冷卻塑化階段 塑料在螺桿剪切熱與料筒加熱圈的同時(shí)供熱下很快塑化并熔融，轉(zhuǎn)變成粘流體存貯 在螺桿前部的存貯室內(nèi)；與此同時(shí)，由于螺扦頭部熔料壓力的作用，螺桿在熔體的反作 用力推動下，邊旋轉(zhuǎn)邊向后移動，使注射活塞回程，把注射液壓缸進(jìn)油腔的工作油壓回 油箱。這一過程為預(yù)塑過程，如圖2 3 ( d ) 所示；螺桿在塑化時(shí)的后移量，即表示了螺桿 頭部所積存的熔料體積量。當(dāng)螺桿后退到所設(shè)定位置時(shí)，螺桿即停止轉(zhuǎn)動，計(jì)量程序結(jié) 1 0 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 ( a ) 鎖模，模具合上并鎖緊 ( a ) m o l dc l o s e ，c l o s et h em o l da n dl o c ki td 曲t l y ( b ) 注射，熔融狀態(tài)的塑料射入模具 ( b ) e c t i o n ，i n j e c tm e l t e dp l a s t i ci n t ot h em o l d 達(dá) ( c ) 保壓，對塑料完全充滿的模腔繼續(xù)施加壓力 ( c ) p a c k i n g ，k e e po nb r i n g i n gt h ep r e s s u r et ob e a ro i 2t h em o l dc a v i t yf u l lo f p l a s t i c ( d ) 冷卻，塑料塑化并計(jì)量 ( d ) c o o l i n g ，p l a s t i c a t ea n dm e a s u r ep l a s t i cm a t e r i a l ( e ) m o l do p e n ，o p e nt h em o l da n de j e c tp r o d u c t 圖2 3 螺桿式注塑機(jī)的注塑過程 f i g ，2 3i n j e c t i o nf l o w c h a r to f s h u t t l es c r e w1 m m 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 束，準(zhǔn)備下一次注射。制品冷卻與螺桿塑化在時(shí)間上通常是重疊的，在一般情況下，要 求螺桿塑化計(jì)量時(shí)間要少于制品冷卻時(shí)間。 5 制品取出階段 螺桿塑化計(jì)量完畢后，為了使噴嘴不至于因長時(shí)間和冷模接觸而形成冷料等緣故， 經(jīng)常需要將噴嘴撤離模具，即注射裝置后退。此動作進(jìn)行與否和先后的程序，機(jī)器均可 進(jìn)行選擇。當(dāng)注射裝置后退到位后，合模液壓缸回油腔進(jìn)壓力油使動模板回程，開始啟 模，動模板到終止位置，頂出裝置動作使制品脫落，如2 3 f e ) 所示 2 ”。 2 3 實(shí)驗(yàn)用注塑機(jī)簡介 2 3 1 注塑機(jī)的基本參數(shù) 注塑機(jī)是實(shí)現(xiàn)塑料注塑加工成型的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)所用注塑機(jī)為寧波海天公司生產(chǎn)的往 復(fù)螺桿式注塑機(jī)，機(jī)器型號為h t f 5 8 x 2 ( 版本：b ) 機(jī)器的鎖模力為5 8 0 k n ，最大注 射量為8 0 克 s ) 。其主要機(jī)器指標(biāo)如表2 1 所示。 表2 。l 實(shí)驗(yàn)用注塑機(jī)主要指標(biāo) t a b l e2 1p r i m a r y p a r a m e t e r so f i m mf o re x p e r i m e n t 1 2 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章注塑機(jī)的組成及生產(chǎn)工藝 2 3 2 注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng) 注塑機(jī)的工作特點(diǎn)以及眾多的運(yùn)動部件使得用液壓系統(tǒng)傳動及控制顯得極為方便。 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)除了滿足規(guī)定的工作程序，并且使其系統(tǒng)壓力、流量能精確、連續(xù)的按 照工藝要求進(jìn)行變化之外，它還具有良好的穩(wěn)定性、重復(fù)精度，工作可靠，噪音低，密 封性好，易于安裝調(diào)整，維修保養(yǎng)，節(jié)能等特點(diǎn)。因此，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的好壞是決定 注塑機(jī)性能好壞的關(guān)鍵問題之一。 注塑機(jī)上液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)歷程： 一是常規(guī)液壓控制系統(tǒng)，采用常規(guī)液壓元件，通過繼電器和p c 可編程序控制器控 制電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各種循環(huán)。 二是伺服控制系統(tǒng)：采用伺服電機(jī)、伺服放大器、伺服閥和其他液壓元件組成閉環(huán) 控制系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能以一定精度自動按輸入電信號的變化規(guī)律而動作。 三是比例控制系統(tǒng)：采用電液比例控制裝置，使被控閥能按照輸入電信號連續(xù)、按 比例的變化，實(shí)現(xiàn)壓力、位移、流量、速度等連續(xù)成比例的切換。并在此基礎(chǔ)上，發(fā)展 了由比例技術(shù)與插裝閥相結(jié)合的插裝比例控制技術(shù)【2 ”。 注塑機(jī)驅(qū)動的主要特點(diǎn)就是動作過程的參數(shù)( 壓力、速度) 隨工藝過程的要求而變 化，為了保證注塑機(jī)按工藝過程預(yù)定的要求( 壓力、速度、溫度和時(shí)間) 和動作程序準(zhǔn) 確有效地工作，本系統(tǒng)比例壓力、流量控制采用日本油研e f b g - 0 3 電液比例壓力流量 復(fù)合閥。液壓系統(tǒng)的壓力由負(fù)載和同時(shí)受壓力閥及流量先導(dǎo)閥影響的壓力閥主調(diào)節(jié)閥芯 開度決定，并通過比例流量閥和比例壓力閥來分別控制速度和壓力。壓力閥始終接在液 壓系統(tǒng)中。在實(shí)施速度控制時(shí)，由于系統(tǒng)的壓力低于壓力閥預(yù)先設(shè)定值，因而壓力先導(dǎo) 級起限壓作用，系統(tǒng)壓力由負(fù)載決定；壓力控制時(shí)，壓力閥基于溢流閥原理工作。 動力系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)構(gòu)成，其液壓原理如圖2 4 所示，液壓油路系統(tǒng)開關(guān)閥工作順 序可查閱相關(guān)技術(shù)文檔。兩者配合研讀即可得注塑機(jī)機(jī)械動作全程控制閥門的動作情 況。 2 4 本章小結(jié) 本章首先介紹了螺桿式注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作循環(huán)原理，隨后介紹了目前實(shí)驗(yàn)室 使用的注塑的概況，包括機(jī)器的基本參數(shù)和電液系統(tǒng)的工作原理。這些工作的目的是熟 悉注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，為實(shí)現(xiàn)原注塑機(jī)控制系統(tǒng)改造和控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)打下基 礎(chǔ)，因此具有重要的指導(dǎo)意義。 一1 3 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 。1 4 一 第二章注塑機(jī)的紐成及生產(chǎn)工藝 go苗旨uii暮電hiijo odi譬ud o茸卜噸0等山 函剮隧蟋峨出辯，n匝 ogu 剽隧 ，自。一hgh目 雜塒 目02 絡(luò)趟 岳ooum【山白上ju蠱j盤老zohz -lzo重h盆 瓣腎 輜器 輜警 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)室注塑機(jī)自帶控制系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)注塑生產(chǎn)需求，它功能齊全，方便操作。 但是，其內(nèi)置的控制算法不能修改，也無法通過外部計(jì)算機(jī)對注塑生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測控 制，因此原系統(tǒng)不適合實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和研究使用。為了解決這個(gè)問題，實(shí)驗(yàn)室對注塑機(jī)原 有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。本章將分硬件和軟件兩部分來詳細(xì)介紹控制系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)思想 和具體方案。 3 1 注塑機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造 3 1 1 注塑機(jī)硬件改造的總體方案 為滿足實(shí)驗(yàn)與科研方面的需求，確定了在不破壞原注塑機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn) 原、新控制系統(tǒng)的信號共享和切換控制的改造目標(biāo)。信號共享是指傳感器采集到的反應(yīng) 注塑機(jī)工作狀態(tài)的部分模擬信號和數(shù)字信號，通過線路的并接實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)共享；切換控 制是指通過轉(zhuǎn)換開關(guān)手動選擇，由原系統(tǒng)控制還是改造后的新系統(tǒng)控制，二者不能同時(shí) 發(fā)揮控制作用。 出于軟件設(shè)計(jì)方面的考慮，新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)沒有采取常規(guī)的p l c 模式，而是 采用了研華數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式，由數(shù)據(jù)采集卡來完成模擬量i o 和開關(guān)量 i o 信號的采集和發(fā)送，如圖3 1 所示。 模擬量輸入卡i p c l 8 1 2 p gi 注 i o 中 工 a o 1 1 。一 塑 1 號卜、 間 模擬量輸出卡i jp c l 7 2 6 l * 電 d i 州 甄藉甄兩 機(jī)路 一l p c l 7 3 3 彬l d o f 數(shù)字量輸出卡l p c l 7 3 4 圖3 1 實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成示意圖 f i g31c o n f i g u r a t i o no fc o m p u t e rc o n t