精密注塑机控制系统设计研究

梁朋兰

摘 要：注塑机为塑料成型加工的重要生产设备，为提高综合生产效率，必须要保证其维持在高效稳定的运行状态，这样就对其控制系统提出了较高要求。现在注塑制品质量的不断提高，以及注塑成型技术的更新，需要对传统控制技术进行创新，以求可以更高程度上来应对实际生产要求。本文主要针对紧密注塑机控制系统设计要求与要点进行了简单分析。

关键词：注塑机；控制系统；系统设计

注塑机作为塑料成型加工生产设备，为满足市场对注塑制品的要求，注塑机逐渐向精密化、轻量化以及微型化方向发展。传统的控制系统逐渐不能满足实际生产需求，想要达到精密制品成型过程对工艺参数的多级、微量控制，还需要对注塑机控制系统的精度以及稳定性进行研究，争取在保证注塑制品质量的同时，提高作业生产效率。

一、精密注塑机控制系统要求

在科技水平不断提高的背景下，以满足生产生活需求为根本目的，现在注塑制品不断增多，对注塑成型工艺的要求越来越严格。总结以往生产加工经验可知，对注塑品质量可产生影响的因素较多，包括注塑原料性能、成型设备、模具以及加工工艺控制等，尤其是成型加工过程控制，对注塑制品最终质量以及加工效率有着直接影响。基于绿色环保生产需求，注塑机控制系统逐渐向精密度高方向发展，通过对电子技术、控制技术以及网络技术的应用，与注塑机实际控制需求进行有效结合，达到自动控制、自动调节、自动诊断以及自动补偿的目的，实现注塑加工过程控制的智能化与集成化发展。尤其是近年来泵液压系统技术的快速发展，现在很多注塑机液压系统均采用伺服控制系统，具有简单易行特点，而在对控制系统做更进一步设计优化时，需要重点解决以往系统快速响应与超调量控制难统一问题。[1]例如可以基于粒子群优化算法以及误差逆向传播神经网络复合算法，对控制参数进行调节，达到提高系统控制高精度与快速相应目的。

二、伺服液压注塑机工作原理

伺服液压注塑机作业时，由上位机来对油泵压力与流量值进行设定，并将信号传输给伺服驱动器，便可实现压力与流量信号转变成永磁同步电机转速与转矩，然后将转换后得到的转速与转矩信号传输给电机，电机接收信号后运转，同时将电机运行中状态信息利用电机装载的位置/速度传感器传输给伺服驱动器，最后根据反馈信号伺服驱动器来适时调整电机输入信号。整个运行过程中，由电机来驱动油泵正常运转作业，且将电机输出转速与转矩转换为油泵出口流量与压力。同时，油泵出口位置安装有流量以及压力传感器，这样此部位的压力和流量实时信号便可反馈给伺服驱动器，根据实际情况来对各参数进行实时调整，完成注塑机液压系统的伺服闭环控制。[2]

液压系统向注塑机机械部件提供动力来源，可以说其为影响注塑机精密度与效率性的关键部分，想要真正意义上达到精密注塑机生产，务必要对其进行调整优化。注塑机液压系统主要包括伺服电机、油泵、蓄能器、控制阀门、管路以及冷却器等部分组成，且具有强耦合性与非线性特征，这样就决定了液压系统控制难度较大，在对其进行设计优化时，无法通过简单控制算法达到精密控制效果，还需要加深对适用于注塑机伺服液压系统控制算法的研究。

三、精密注塑机伺服液压控制系统设计

（一）控制系统设计

注塑机液压系统主要的控制对象压力与流量两个参数，均具有强耦合性与非线性特征。基于注塑工艺特点分析，以求更好的适应不同注塑产品对生产参数的要求，必须要精确控制注射压力与注射速度，以免出现注射早停止或者延迟停止的情况，使得注塑产品因为模具未完全填满或者聚合物溢出等出现质量问题。基于此可以判断无法通过超调量进行调整，需要针对注塑机液压系统不允许超调特点，选择科学可行的控制策略，实现精密控制要求。对于传统PID算法来讲，其对注塑机压力与流量参数的控制效果并不明显，一般在实际中多结合模糊智能算法、遗传算法等使用，尤其是BP神经网络具有很强的非线性映射能力以及柔性网络结构，對PID控制算法具有良好的优化效果，但是其自身也存在收敛速度慢、容易陷入局部最小值的缺陷。对精密注塑机液压控制系统进行设计优化，可以选择粒子群算法，利用其所具有的高精度、收敛快特点，与BP神经网络算法结合使用，实现PID参数的在线调节。经过优化设计后的注塑机液压控制系统主要包括PID控制器、注塑机液压油泵、伺服电机以及油泵上压力/流量传感器组成，形成一个闭环系统，可达到整个系统高精度、快速响应要求。

（二）系统控制策略

1.压力控制

压力作为影响注塑机性能和规格的重要参数之一，在面对不同注塑工艺时，需要为各动作提供相应液压压力，因此在进行控制系统设计时，应重视压力控制状态的分析。确定油路液压压力为控制对象，对于交流伺服电机驱动定量泵液压系统，总油路内设置有压力变送器，完成系统液压压力的检测，压力变送器输出0～10V电压信号。注塑机数控系统需要将通过伺服控制器处理后的注塑工艺压力指令传输给伺服电机启动器，由压力变送器检测液压压力是否达到设定压力值，然后伺服控制来调整压力控制状态。然后将检测所得压力数值与设定压力值对比，计算且控制伺服电机转速与转矩，带动液压泵运转来向注塑机提供液压压力。

2.流量控制

流量控制即确定各动作油缸流量为对象，确保油缸驱动每个机构均可快速动作，达到较高生产效率状态。由注塑机数控系统向交流伺服电机驱动器发送流量指令信号后，驱动交流伺服电机运行并带动定量液压泵高速运转。确定定量液压泵容积效率为定值，可确认电机转动圈数与油路中液压有流量呈线性关系，这样就可以通过控制交流伺服电机转速来达到控制注塑机动作液压流量的目的。其中，伺服电机转速与定量泵输出流量间关系式为：Q=CnV，Q表示定量泵输出流量；n表示交流伺服电机转速；C表示定量泵容积效率；V表示油泵额定排量。[3]

四、结语

精密注塑机控制系统的设计，要求具有更高控制精度，来满足精密注塑制品加工成型过程控制要求，以更少资源来维持设备高效、稳定运行，进一步提高注塑加工综合效率。

参考文献：

[1]刘立柱.新型双色注塑机液压系统高动态稳定性的研究[D].北京化工大学，2015.

[2]陈冲.注塑机合模液压伺服系统的建模与控制研究[D].重庆大学，2015.

[3]彭华.注塑机电液复合液压系统设计及控制技术研究[D].浙江大学，2011.