注塑机的技术原理(二）

<四>控制系统

    控制系统是注塑机的“神经中枢”系统，控制各种程序动作，实现对时间、位置、压力、速度和转速等的控制与调节，由各种继电器组件、电子组件、检测组件及自动作仪表所组成。控制系统与液压系统鹘岷希对注射机的工艺程序进行精确而稳定的控制与调节。

    控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、及模具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、可靠的低压模具保护、准确的开模定位等。另一个需要精确控制的是影响注工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度等。

1．开、闭环控制

    实现注塑机自动控制的方法分为两大类：第一类顺序控制，即：开环控制；第二类回馈控制系统，即死循环控制。我厂注塑机的对速度和压力的控制采用的是开环控制方；对位移和温度的控制则是死循环控制方式。

（1）开环控制

    如系统输出量不与指定输入相比较，系统的输出与输入量之间不存在回馈通道，此种称开环控制，如图19所示。此控制系统结构简单、组件少、成本低、系统容易稳定。由于不对被控量进检测，当系统受干扰时，被控量一旦偏离原有的平衡状态，再没有消除这种偏关的功能，限制了系统的应用。

    开环控制系统中，当被控制对像给以设定值之后，则系统就会使被控制量（压力、速度、转速、位移）得到实际值，并能经仪表显示出来。但是由于种环境因素的干扰，会使系统的给定值与实际值之间产生偏差，但无须再重新修正这个偏差，即系统自身对此偏差无调节作用。

图19 开环控制系统框图

（2）闭循环控制

    把系统被控制量回馈到输入端，并与指定输入相比较，此为死循环控制，由于存在被控制量经回馈环节至比较点的回馈通道，又称回馈控制，如图20所示。死循环控制系统的特点是：连续地对被控量检测，把测得的实际值提前回馈到始端与给定值进行比较，将所得到的偏差信号经控制器的变换运算和放大器的放大，对控制对象发出新的控制信号，使被控量按照指定输入的要求去变化。受内部和外部信号干扰时，通过死循环控制，能自动地消除或削弱干扰信号对被控对象的影响，有抗扰旃δ堋

图20 死循环控制系统框图

2．控制系统的组成

（1）检测系统电器

    我厂的注塑机具有检测系统电器有行程开关、电子尺、热电偶等。

（ⅰ）行程开关

    行程开关（限位开关）是以机械动作发出控制指令的主令电器。用于控制运动方向、行程或位置保护。符号：SQ（LS）。

    行程开关s操作机构、触头系统和外壳等组成。我们所用的舜展卧式机的位移控制就是此种行程开关。

（ⅱ）接近开关

    接近开关（无触点行程开关）代替有触点行程控制和限位保护，也可用于高频计数、液面控制等，具有稳定、可靠、寿命长、定位重复、适应较恶劣的工作条件等优点。符号：PRS

    今机立式机利用接近开关控制滑范本的行程。

图21 电子尺工作原理图

（ⅲ）电子尺

    电子尺是一种电阻式的位移传感器，有是也称为电阻尺。

    符号：POS。

    其工作原理是：采用可变电阻分压原理 ，将线位移转换成传感器的电阻变化，并变成电压信号传送。

除舜展卧式注射机外，其它机型都是用电子尺对螺杆位移、模板位移、及顶出杆位移进行检测，从而对运动速度进行控制。

（ⅳ）热电偶

    热电偶是温度检测组件，用来对各处温度进行检测。符号是：BT T/C。

    其工作原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，由于热电效应，t者之间产生电动势，在回路中形成电流。即将工作端置于温度为t的被测介质中，另一自由端在t0的恒定温度下。当工作端的介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势输入显示仪表、记录或关入微机进行处理，获得温度值。

    热电势值与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关。

    注塑机的料筒温度、喷嘴温度和油温的温度控制，都需要经热电偶检测后送入控制器中。

（2）执行系统电器

    注塑机用到的执行机构有：电磁阀线圈、加硐呷Α⒌缍机、接触器、报警灯、蜂鸣器等。

（3）逻辑判断及指令形成系统电器

    有各种控制器、显示器、按钮、拨码开关、电源器等。

（4）其它系统电器

    快速熔断器、变压器、导线、冷却风扇、电流表等

3．注射速度与注射压力的控制

    注塑机的注射速度控制包括两种含意：一个是对螺杆推进物料的速度进行开环或死循环控制；一个是对螺杆推进速度同时进行位置和速度值的多级切换，称多级注射速度切换或控制。同样，注塑机的注射压力控制也包括的是这两种含意：一个是对螺杆推进物料的压力进行开环或死循环控制；一个是对螺杆推进压力同时进行位置和速度值的多级切换，称多级注射速度切换或控制。

    我们所用的注塑机对注射压力和速度控制的特点是：用电子尺检测位置信号与通过股瓒ǖ奈恢眯藕沤行比较，将比较信号输入给控制装置，实现在指定位置上的速度切换和压力切换。速度值和压力值通过模拟量或数学量设定输入给控制装置，指令信号经放大输出给比例压力流量阀，实现对流量和压力的控制，从而实现多级注射压力和速度的控制。如图23。

图23 多级注射控制原理图

    注射压力的切换有三段，各段的切换是由位置设定和位移传感器通过控制装置来同时切换压力和速度；由射出切换为保压时，既可通过位移设定来切换，也可用时间来切换；保压有二段压力、两段速度，两段间的切换是用时间来切换的，因为进入保压阶段后，螺杆位移量很小，不易控制。

4．温度的控制与调节

（1）料筒温度控制

    注塑机料筒温度是注塑工艺的重要参数，是塑化装置的唯一外部供热，因此，料筒的温控技术将直接影响到制品的质量。

    我们所用的注塑料筒加热段有三段、四段或五段。注塑机料筒与喷嘴温控的调节是死循环控制方式，即通过热电偶检测与设定值进行比较，从而对加热电阻圈进行控制和调节。

    注塑机的温度控制与调节有四种基本形式：我厂注塑机用的是开关控制型式和比例微分积分控制式。

（ⅰ）开关控制（ON/OFF）型式 这种型式的热能转换组件是电阻加热圈，功率的输出状态是开栊问剑。图24是开关控制型式的输出状态及其温度特性曲线。

    从特性曲线可以看出，这种开关式的温度控制超调量大，温度波动大很不稳定。

图24 开关控制温度特性曲线 图25 PID控制温度曲线

（ⅱ）比例、积分、微分控制（PID）控制型式 是一种根据连续检测温度的偏差7号，提高对温度的控制精度。

    由前所述，注塑机的料筒壁较厚，所以，在对料筒温度控制时，就要考虑热电偶检测点的选择问题，因为在不同的检测点上其温度曲线有较大的差异的。如26图所示。

图26 热电偶位置对温度特性曲线的影响

（1）温度检测点安装方式；（2）不同安装位置曲线的比较

曲线1—检测点在料筒表面的温度曲线；曲线2—检测点在料筒深部时的温度曲线；

曲线3—工艺要求曲线

    曲线1是热电偶1的温度-时间曲线，反应出温度波动大。但由于检测点与控制点接近，有较高的温控灵敏度。曲线（2）是热电偶的温度-时间曲线，由于料筒热惯性的原因，曲线要比曲线1滞后，但所指示的温度更接近于塑料熔体的实际温度。但是两者均有较大的温度波动，与实际要求的有较大咂差。

    另外，料筒温度的控制还与所选用的热电偶有关，尤其在对温度进行精确控制时，应选用热敏性高、且质量稳定的热电偶。

（2）喷嘴温度的控制与检测

    喷嘴温度也是在注塑工艺参数中应特别控制的一工艺参数哂捎诖舜Σ獾玫奈露雀能接近熔体的实际温度，所以对其的控制也日益受到人们的重视。一般情况下采用和料筒温度相同的控制方式，目前，有些厂家用专门测量喷嘴的热电偶对喷嘴温度进行检测。

    相对来讲，因喷嘴处料筒壁较薄，热电偶检测点较接近熔体卟獾玫奈露纫步狭贤参露雀接近熔体温度，对成型更具有指导意义。

（3）油温的控制与检测

    由前述可知，对液压系统的稳定性和注塑制品质量都有重要的影响。所以一般注塑机都设置有油温检测装置。

    在生产中，我哂美淙此对液压油进行冷却以控制油温，却没有对油温进行检测。但在注塑机操作温度页面中，则有油温检测，由此可见，油温检测是作为注塑机的一种可选功能，我们没有选择此功能。

（五）冷却加热系统

    冷却系统主要是指对油温和加料口的冷却，在前面已经做过介绍。加热系统主要是指对料筒的加热，前面也做了介绍。