阎雪平
日本电产三协电子（东莞）有限公司
摘要：注塑成型是塑料制品加工生产的一种重要成型方式，将塑料原材料加热熔融，用高压将熔融塑料注射进入模具的型腔内，经过冷却固化而成型，适用于形状结构较为复杂的塑料制品成型。注塑成型方法工艺简单、生产周期短、效率高、生产过程易实现自动化，因此在塑料加工行业有广泛的应用。
关键词：注塑成型;注塑机;自动化控制系统
引言
相比于欧美发达国家，我国的生产制造业起步较晚，存在巨大的差距。要想迎头赶上，就需要从科技创新着手。我国正处于经济转型的剧变时期，国家出台政策鼓励科技研发，对科技创新的决心不可谓不大。机械制造业应该搭乘科技研发创新的顺风车，加强制造加工能力，提高加工生产效率。生产线自动化是实现提高机械制造业生产效率的重要途径。
1注塑成型方法及模具特点
把塑料材料熔融，随后把其注进模腔，这种叫热塑性塑料注塑成型法。熔融的塑料进入模具后，由于温度降低会依照模腔形状形成一定的外形，形成的外形就是最后的制品。如果没有特殊要求或者在安装之前不用其余加工，注塑出来的外形一般就是最终成品，很多的细致部分均能够在注射模塑中成型出来。在精密注塑中，得到质量符合要求的精密塑料制品的关键是模具，精密注塑模具应满足精度、外形和制品尺寸的要求。就算模具的尺寸和精度都符合要求，但是模塑出来的塑料制品的实际尺寸也会因为收缩量的不同而存在差异。所以，在精密注塑技术中对收缩率严格控制是一项非常重要的工作。
2基于嵌入式系统的注塑成型自动化控制系统
对注塑成型过程进行自动化控制，是当代注塑生产工艺中普遍采用的技术手段，而根据注塑车间的具体情况，结合计算机编程手段，设计出符合实际的自动化控制程序，是首要的选择。其中嵌入式系统是指全部嵌入注塑机硬件的内部，用于控制注塑生产过程而专门设计的计算机系统，可以对注塑机发出各种指令，控制计算机执行各种操作，嵌入式系统在工业控制、智能管理等领域有广泛的应用，具有操作方便、时效性强、稳定性好等优势，目前大部分的注塑成型自动化控制系统都是基于嵌入式系统而发展起来的。
2.1PLC控制系统
PLC的全称是ProgrammableLogicController，意思是可编程的逻辑控制器，通过可编程的存储功能，进行数字运算和控制，向用户发出电子指令，用于控制工业生产的过程，是嵌入式系统中的一种。PLC的发展模拟了继电器的控制原理，硬件构造类似于个人计算机，可根据不同的应用场合进行复杂程度不同的设计，具有工作稳定、精度高的优点。以PLC为核心开发的硬件和软件系统是注塑成型过程自动化控制技术中应用最为广泛的控制技术之一，PLC控制技术是一种重要的电气自动化控制技术，也是当代控制技术的主流之一。例如日本三菱集团开发的具有STL、SET指令的PLC软件，逻辑关系清晰，便于用户理解和掌握。美国的PC28控制系统采用了最先进的注塑生产理念，系统自带完整的自诊断模块，能够确保系统的正常和高精度运行。香港华大公司生产的C2系列注塑机，自带PLC电脑控制系统，操作简便，可控性强。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆姬玲君利用施耐德公司开发的M340系列PLC控制系统对SZ-250A型注塑机的自动化控制系统做了一系列改进和设计，通过对注塑机的顺序控制系统、温度控制系统、压力和速度控制系统等进行PLC系统设计:对于顺序控制系统，设计了程序流程图;对于温度控制系统，鉴于温度的滞后性和缓慢变化性，又引入了PID算法，设计了温度控制系统的部分梯形图;又运用PID控制技术，对速度和压力控制系统实现了闭环控制，设计了速度和压力的曲线和流程图，最后又设计了人机交互界面，对注塑成型的过程进行了自动控制。经过一年多的实际生产试验后，发现注塑机控制系统的可靠性得到了明显提高，同时该PLC控制系统的精度高、后期检修方便。姚绍雯从软件工程的设计角度入手，重点关注注塑机的液压控制系统设计，确定了液压系统的工艺流程，结合多种液压操作模式，设计了自动控制的梯形图，并在自动化控制模式下进行了工艺路线、工艺参数等的详细分析，最终设计得到了全套的自动控制系统，并采用Gx-simulater软件进行了仿真模拟分析，最后将其应用于工业生产实践，发现该系统不仅能够使注塑机的各个操作系统更加简便，而且能够降低工人的劳动强度，缩短注塑生产周期，实现了"机－电－液"的完美结合。由此可见，PLC控制系统与注塑机结合，并结合算法和软件编程手段，能够对注塑成型过程进行自动化控制系统的设计，并取得良好的实际应用效果。但是，PLC控制器易受到辐射、电源及系统内部的干扰，因此在设计过程要结合实际应用环境设计防干扰程序或设备，确保自动控制系统的安全稳定运行。
2.2其他嵌入式控制系统
除了广泛应用的PLC控制系统以外，研究人员还进行了多种嵌入式控制系统的研究，期望对注塑工业发展提供一定的帮助。曾璐基于AＲM设计出了一款注塑机控制器，首先利用PID和模糊PID理论，研究和分析了注塑机的料筒温度，得到了料筒温度的仿真曲线图;然后基于AＲM设计了注塑机的时间控制程序和温度控制软件，利用Matlab建立了模糊控制器，克服了注塑机料筒温度曲线非线性和滞后性强的特点，最终可实现对注塑机的自动化程序控制，具有功率低、寿命长和稳定性高的特点。胡子健以SOPC技术为基础，创建了SOPC的硬件平台，包括上位机和下位机，上位机由键盘模块和显示模块组成，可提供人机交互界面，下位机由数字、温度、位移、流量等控制模块组成;还创建了SOPC软件控制系统，可实现对注塑过程的温度、时间、压力和速度等的精确控制。对系统进行了运行和调试，达到了实际的设计要求，获得了对注塑成型过程的稳定控制。
2.3其他自动化控制系统
除了嵌入式控制系统之外，PID法在注塑成型的自动化控制中也有广泛的应用。主要有模糊PID法、自适应模糊PID法等，模糊PID法主要用于注塑过程的料筒温度及升温速率的监控，温度响应快，且能够缩短升温时间，缩短生产周期;然而模糊PID法对注塑机的料筒类别依赖性大，自适应模糊PID法能够克服这一问题，进行在线修正，获得更精确的料筒温度控制效果。总之，对注塑成型过程采用自动化控制，能够更精确地控制注塑过程的工艺参数和工艺流程，实现全方位地控制，使注塑机的系统更加完善和稳定，保证注塑制品的质量和性能。
结语
控制系统是注塑成型的核心，只有控制过程准确稳定地进行，得到的注塑制品性能才能稳定，精度才能得到保障。注塑成型的控制技术经历了不同的历史发展阶段，对注塑成型过程的控制也由最初的手工控制发展至当前的可编程控制，功能强大，确保了注塑制品的高性能;嵌入式控制系统是注塑成型控制系统中常用的自动控制手段，结合算法和软件编程，取得了较好的控制效果。而对于主要在当前发展比较迅猛的纳米技术中应用的微型注塑机，采用传统的自动化控制技术已经不能满足注塑成型的高精度要求，需要研究人员结合软硬件设备，更加精确地控制注塑成型过程。
参考文献
[1]朱彦.探索塑料注塑成型及其模具的应用[J].聚氨酯，2014（2）：74-79.
[2]胡立强，董浩，王晶．注塑机控制器嵌入式系统的设计［J］．塑料工业，2017，45(10):73－76．
[3]姚绍雯．基于PLC注塑机控制系统设计与实现［D］．成都:电子科技大学，2014．
论文作者:阎雪平
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：注塑论文; 控制系统论文; 注塑机论文; 过程论文; 温度论文; 技术论文; 自动化控制论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;