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解析擠出、注塑成型控制技術（一）
隨著工業化技術的發展和人民生活水平的改善，人們對塑料制品種類和質量的要求日益提高。深入研究塑料成型裝備及其相關控制技術，從而克服制品中的缺陷，提高制品質量，對于塑料成型技術的提高具有重要意義。在塑料成型裝備中，擠出與注塑兩種成型設備的使用，因此本文對這兩種裝備的控制技術進行了較為詳盡的介紹。
擠出成型設備的控制
1、擠出成型對控制系統的需求
(1)節能。在擠出成型過程中，能量的耗費大部分用于熔融樹脂和驅動電動機。熱能包括螺桿旋轉產生的摩擦熱和機筒加熱器的熱能兩部分。隨著能源供應的日趨緊張，研究開發具有高效節能的擠出成型設備顯得十分必要。
(2)穩定性。擠出成型工藝的穩定性包括制品的質量穩定性和尺寸穩定性。對于片、膜及管等形狀簡單制品的尺寸測量，可通過性能優良的傳感器和計算機直接進行測控。而對于形狀復雜的異型材制品，由于直接測定尺寸十分困難，因此必須要求生產過程本身保持穩定。為此，研究開發擠出成型設備所用的高精度和高穩定性控制系統十分必要。
2、精密擠出成型控制系統的設計
擠出控制系統需要對整個擠出過程的工藝參數，如熔體壓力及溫度、各段機身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉速、喂料量、各種原料的配比以及電機的電流電壓等參數進行在線檢測，并采用閉環控制技術。
擠出控制系統的設計包括：主控制器的選型、接口電路設計、驅動與放大電路設計、人機界面設計(HMI)以及控制算法軟件設計等。根據精密擠出成型控制要求與特點，主控制器可選用PCC2003可編程計算機控制系統。可編程計算機控制器集成了可編程邏輯控制器的標準功能和工業計算機的分時多任務操作系統功能，能方便地處理開關量﹑模擬量及進行回路調節。其硬件具有*新穎的插拔式結構，可使系統得到靈活多樣的擴展和組態。軟件也具備模塊結構，系統擴容只需在原有基礎上疊加應用軟件模塊，同時具有高級語言編程功能，并可以根據需要采用多種語言混合編程。精密擠出成型過程控制系統框圖如圖1所示。
圖1.精密擠出成型過程控制系統框圖
在圖1中，CPU模塊為CP476，帶有1個RS232接口以及1個CAN(ControlAreaNet)接口。其指令周期為0.5us，內置硬件狗功能。接口組件包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數字輸入輸出混合模塊、溫度模塊及通信接口模塊等。
注塑機控制
1、精密注塑機的閉環控制技術
(1)精密注塑控制的特點。與常規注射成型相比，精密注塑成型對成型參數的重復精度要求更高。因此，精密注塑機宜采用多級反饋控制。這種多級控制包括：感應式位移控制或時間控制的10級射膠閉環注射系統，多級保壓時間、壓力和速度控制，以及螺桿溫度智能PID控制等。
另外，螺桿及噴嘴溫度控制更精確。即升溫時超調量小，使得溫度的波動較小。對于常規控制，雙位控溫超調量為25~30℃時，螺桿計量引起的溫度波動為4℃以上，而同樣條件下精密注塑機的控溫精度在±0.5℃以內。
液壓油溫控制精度更高。工作油溫的變化會引起粘度的變化，使進入各執行機構的流量發生波動，引起啟閉模速度、注射速度和螺桿轉速不穩定，同時也會導致壓力波動。對一般小型注塑機而言，在沒有油溫調節的情況下連續工作5h，油溫會升高28℃，系統壓力會升高0.19MPa，換算成對流道聚合物熔體的保壓壓力約為1.9~2.9MPa，從而必將影響到制品的尺寸偏差。為了防止這種情況的發生，精密注塑機采用了加熱冷卻的閉環裝置，以此可將工作油的油溫穩定在50~55℃。
模具溫度控制更嚴，制品尺寸精度受模具溫度的影響很大。不同材料制品的厚度不僅受冷卻時間的影響，而且受模具溫度的影響。若冷卻時間相同，模具型腔溫度低，則制品的厚度相對較大。
基于精密注塑控制的上述特點，精密注塑機的控制系統要比常規注塑機復雜得多，它需要實現壓力、速度等參數的全閉環控制。
(2)閉環控制原理和特點。閉環控制的原理如圖2所示。從圖中可以看出，閉環控制的起點是測量目標變量，由一個與目標變量相對應的傳感器對目標變量進行檢測，產生一個與目標變量成正比的輸出，通常為電壓、電流信號或模擬信號。這一信號反饋給閉環控制器并與設定值進行比較，當目標變量偏離設定值時，閉環控制器會產生附加控制信號，通過執行機構對控制對象進行調整，從而使目標變量與設定要求趨于一致。在上述過程中，閉環控制還可以消除不同的干擾量對控制對象的影響，從而進一步提高了控制精度。
圖2.注塑機閉環控制原理
閉環控制系統具有如下特點：系統輸出信號對控制作用有直接影響;有反饋環節，并應用反饋作用來減少系統誤差，以使系統的輸出量趨于預定值;當出現干擾時，包括內擾和外擾，可以減弱其影響;系統可能出現不穩定，因此存在溫度性校核問題(穩定判據)。