應(yīng)用領(lǐng)域： 塑料機(jī)械 注塑機(jī)

關(guān)鍵詞：注塑機(jī)、多回路PID控制
一、概述：
注塑機(jī)是將塑料顆粒加熱至液態(tài)，射入模具型腔； 
      注塑機(jī)是一種的塑料成型機(jī)械，它利用塑料的熱塑性，經(jīng)加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經(jīng)一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品 。
1、注塑機(jī)的工作循環(huán)
1）鎖合模：模扳快速接近定模扳（包括慢-快-慢速），且確認(rèn)無異物存在下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，將模板鎖合（保持油缸內(nèi)壓力）。
2）射臺前移到位：射臺前進(jìn)到位置（噴嘴與 模具緊貼）。
3）注塑：可設(shè)定螺桿以多段速度，壓力和行程，將料筒前端的溶料注入模腔。
4）冷卻和保壓：按設(shè)定多種壓力和時間段，保持料筒的壓力，同時模腔冷卻成型。
5）冷卻和預(yù)塑：模腔內(nèi)制品繼續(xù)冷卻，同時液力馬達(dá)驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)將塑料粒子前推，螺桿在設(shè)定的背壓控制下后退，當(dāng)螺桿后退到預(yù)定位置，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，注射油缸按設(shè)定松退，預(yù)料結(jié)束。
6）射臺后退：預(yù)塑結(jié)束后，射臺后退到位置。
7）開模：模扳后退到原位（包括慢-快-慢速）
8）頂出：頂針頂出制品。
2、注塑機(jī)的電能消耗
注塑機(jī)的電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個部分：①液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗 ，②加熱器的電能消耗 ③循環(huán)冷卻水泵的電能消耗（在注塑車間內(nèi)，一般多臺注塑機(jī)共用一臺冷卻水泵），其中液壓油泵電機(jī)的用電量占整個注塑機(jī)用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵。首先把模具溫度提高到一個設(shè)定值,然后開始給模腔注射塑膠,在注塑機(jī)完成保壓轉(zhuǎn)入冷卻后,開始注入冷水,模具溫度很快下降到一個設(shè)定值后開模,再向模具吹入空氣把冷水*吹走,完成整個注塑過程。

二、解決方案：

 
1） 以AI-7048D5型多回路控制觸發(fā)固態(tài)繼電器來進(jìn)行溫度控制的方式。可以進(jìn)行溫度控制方案編程，保存每種材料的控制參數(shù)，提高溫度控制精度。4個給定值SP1～SP4 任意設(shè)定。
2） 每個分區(qū)控制用獨立的傳感器來對每個電磚進(jìn)行獨立溫度采樣和獨立輸出控制，提高控制的柔性。
3） 對加熱元件的控制采用AI模糊控制技術(shù)，減少PID調(diào)節(jié)的波動性，減小控制滯后，提高了設(shè)備的可靠性，并縮短設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)試時間；
4） 采用觸摸屏作為人機(jī)界面，充分應(yīng)用人機(jī)提高機(jī)器的自動化程度，實現(xiàn)軟PLC功能，設(shè)備應(yīng)用美觀操作方便。HMI觸摸屏人機(jī)界面采用RISC CPU、32M大容量內(nèi)存，每通道數(shù)據(jù)刷新時間50毫秒；選配儲存卡槽采用外插拔標(biāo)配1G的電子硬盤，可擴(kuò)展CF卡1～4G存儲記錄空間；數(shù)據(jù)保存按*先出的原則，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)點立即保存；數(shù)據(jù)通過讀卡器在PC上直接打開，串口備份至計算機(jī)上，用Excel電子表格打開CSV格式的數(shù)據(jù)文件；無存儲功能時可作終端顯示操作屏使用，主機(jī)內(nèi)存可記錄大約3小時的數(shù)據(jù)及報警參數(shù)。

三、控制系統(tǒng)方案概況： 
      機(jī)器的各種動作和運動控制也由PLC進(jìn)行，人機(jī)界面采用觸摸屏，可以在屏幕上對溫控模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和修改，并隨時查看各個電磚的溫度情況和生產(chǎn)情況。在人機(jī)上可增加控制按鈕如：【開啟/停止】、【順序加熱】、【就緒功能】、【結(jié)束】、【控制/待機(jī)】、
1、順序加熱控制：
設(shè)定：按【順序加熱】為1# 儀表開始加熱到控制溫度（180℃）同時計算加熱到170℃時，與控制目標(biāo)180℃，差10℃時（170℃），之后立即啟動其他的回路加熱（溫差范圍可設(shè)定）；即給其他儀表下傳給定值＋180℃在儀表的SV窗口顯示【180】℃；（ 設(shè)置SV值0℃停止，設(shè)置＋180℃加熱）
2、就緒功能控制：
設(shè)定：【就緒功能】為所有的加熱回路加熱到設(shè)定溫度（180℃）后，【結(jié)束】5～60分鐘（時間設(shè)定）后驅(qū)動一個邏輯輸出點動作，（開關(guān)量輸出模塊3013接點D1）；
3、每一路溫控可單獨設(shè)置：控制溫度（SV）；待機(jī)溫度、（SV）；超溫溫度；設(shè)定：控制、待機(jī)溫度控制：在設(shè)置界面上按下【控制 / 待機(jī)】按鈕系統(tǒng)以一個較低的溫度運行例：控制溫度為180℃、待機(jī)溫度為100℃； 人機(jī)界面控制面板 圖1

當(dāng)工人中午下班時按下【 / 待機(jī)】按鈕系統(tǒng)以100℃運行，上班再次按下【控制 / 】按鈕時又以180℃運行，此為手動控制模式（注：設(shè)立控制與待機(jī)2個SV設(shè)定窗口；設(shè)有【手動 / 自動】按鈕切換；
設(shè)定：用時鐘來實現(xiàn)自動控制，如：在中午12：00下班時自動待機(jī)【 / 待機(jī)】溫度自動控制在100℃；1：30又自動回到【控制 / 】溫度控制在180℃，（ 時間可設(shè)置，24小時輪回 ）；
4、設(shè)定：獨立的開關(guān)啟停給定值 （設(shè)置SV值180或0 ） 作為【開啟 / 停止】參數(shù)；

四、系統(tǒng)優(yōu)點 ：
采用本系統(tǒng)可以有如下優(yōu)點： 
      溫度控制模塊則采用4路PID溫度控制模塊，溫控模塊本體帶SSR的電壓溫控輸出，因此集成度非常高，而控制性能也大大提高，而造價則大大降低。 
      以AI-7048D5型4路來進(jìn)行溫度控制的方式，可以自動按設(shè)定的溫度將加熱板調(diào)節(jié)到預(yù)定溫度。在觸摸屏上可選擇【控制】于【待機(jī)】這樣可以省去大量的設(shè)備試機(jī)和預(yù)熱時間，提高設(shè)備的生產(chǎn)率。
采用AI-2057無紙記錄儀觸摸屏作為人機(jī)界面，可以隨時直觀地了解設(shè)備的生產(chǎn)狀況，提高機(jī)器的現(xiàn)代化程度和自動化程度，方便操作，可以實現(xiàn)1人多機(jī)。系統(tǒng)可以對設(shè)備生產(chǎn)的設(shè)備故障和操作失誤進(jìn)行報警，提高設(shè)備的安全性。 
      實時觀察：用多曲線的形式來直觀的顯示4個通道的曲線于數(shù)據(jù)，實時顯示該時間段內(nèi)相關(guān)通道間被測量的變化關(guān)系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關(guān)鍵參數(shù)通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進(jìn)行比較分析工藝參數(shù)的對象變化。點擊【數(shù)據(jù)框】返回【實時畫面】通道。在歷史曲線畫面點擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化；查詢歷史數(shù)據(jù)設(shè)置起始時間及時間跨度；設(shè)置數(shù)據(jù)范圍使曲線顯示在圖表*，不同的數(shù)據(jù)范圍啟用單條查詢。歷史畫面的功能畫面右下角 點擊【S】查詢，觸摸屏顯示是當(dāng)前的起始時間，改倒退起始時間：年/月/日/時/分/秒；修改時間跨度：時/分/秒設(shè)置；點擊【確認(rèn)】按鈕，系統(tǒng)即刻顯示歷史曲線、數(shù)據(jù)報表； 
      故障查詢：具有故障報警功能，當(dāng)傳感器開路（274℃ / 900℃）、短路（－208℃）、超溫報警功能；報警時人機(jī)顯示故障名稱：【傳感器開路 / 短路】,并驅(qū)動一個邏輯輸出點動作：（開關(guān)量輸出模塊3013接點D3）； 
      應(yīng)用過程中區(qū)別對待報警類型，對超溫溫度的應(yīng)用：為測量溫度大于控制溫度加上超溫溫度時輸出報警信號（在屏的軟件上增加偏差報警功能，可設(shè)定【超溫報警】值，（開關(guān)量輸出模塊3013接點D2）；
所有的報警將記錄的CF卡內(nèi)，便于追憶故障。圖2

      如改用程序模塊AI-708P來控制，在內(nèi)存可以保存不同材料的控制的程序方案，這樣，在使用本設(shè)備已經(jīng)加工過的材料時，可以直接調(diào)出過去的控制方案，假如有更優(yōu)的方案，可以更新保存的方案，進(jìn)一步節(jié)約用戶的時間。

五、設(shè)備調(diào)試
1、控制系統(tǒng)型號：AI-7048D5型4路PID控制器；AI-3013D5開關(guān)量輸出模塊；AI-2057C無紙記錄儀（HMI人機(jī)介面）
2、參數(shù)設(shè)置：AI-7048D5型4路PID控制器； 參數(shù)圖表3

3、自整定：由于熱溶膠機(jī)帶負(fù)載功率大小不一，設(shè)置界面具有自整定功能按鈕；自整定實現(xiàn)0與1的關(guān)系；對于熟悉的系統(tǒng)可直接輸入已知正確的P、I、D、CtI，無需啟動自整定（AT）功能。
自整定是讓溫控器執(zhí)行ON/OFF（位式）控制，經(jīng)2－3次振蕩周期后儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的震蕩，分析其周期、幅度及波形來自動計算出P、I、d等控制參數(shù)。系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不*相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在zui常用值或是中間值上，如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的zui大值上，再執(zhí)行啟動自整定的操作功能。設(shè)置參數(shù)dF（回差）的設(shè)置。
每個通道可獨立自整定，整定出各個溫區(qū)的溫度。
將原來的分區(qū)控制改為對每個電磚進(jìn)行獨立溫度采樣和獨立輸出控制，可以對熱板進(jìn)行溫度控制方案編程，可以按逐個電磚進(jìn)行控制，提高溫度控制精度和加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)控制的柔性，達(dá)到準(zhǔn)確、平穩(wěn)、快速的目標(biāo)。
采用AI模糊控制方案技術(shù)結(jié)合PID算法控制，可以減少常規(guī)PID調(diào)節(jié)的波動性，減小控制滯后，提高了設(shè)備的可靠性，并縮短設(shè)備的預(yù)熱調(diào)溫時間。
可以將加熱元件的溫度狀況與設(shè)備其它動作以*的方式相結(jié)合，保證設(shè)備在*條件下進(jìn)行工作，減小試生產(chǎn)時的材料消耗，提高設(shè)備的安全性，保證設(shè)備所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。
AI－2057無紙記錄儀（人機(jī)界面）應(yīng)用特點：用戶自己所要求的*的控制方案可為用戶定制工程文件，而且用戶程序只能下載，不能上載，可以有效地保護(hù)用戶自己的產(chǎn)品技術(shù)秘密和知識產(chǎn)權(quán)，防止競爭對手抄襲自己的產(chǎn)品和技術(shù)訣竅。產(chǎn)品出廠前將在工廠已測試好，連線即可使用；應(yīng)用靈活：采用上位機(jī)＋下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，下位機(jī)為AI系列儀表，輸入及輸出規(guī)格極為豐富，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調(diào)節(jié)器、手操器、流量積算儀或開關(guān)量輸入輸出模塊；系統(tǒng)若發(fā)生變化，亦可隨時變更、增加或減少記錄通道；每臺記錄儀可選擇2、4、6、8、12、16、18、22、32通道類型軟件；自由編輯選擇AI通道硬件型號；可寫入設(shè)備位號如：TIC-101； 設(shè)有屏保功能防止誤操作，操作使用15分鐘后重新輸入密碼111。
AI－2057無紙記錄儀觸摸屏參數(shù)設(shè)置：
輸入屏保密碼111，操作使用15分鐘后重新輸入密碼111；觸摸【開始】、【出現(xiàn)菜單欄】選【儀表設(shè)置】按地址號、選儀表主機(jī)型號如：【AI808P】、寫入通道名稱：如【TIC-101】、選計量單位：如【℃】等；zui后按【確認(rèn)】進(jìn)入數(shù)據(jù)畫面開始記錄數(shù)據(jù)；選【記錄設(shè)置】設(shè)置記錄數(shù)據(jù)報表的采樣存儲時間間隔；
AI－7048D5模塊控制儀表參數(shù)設(shè)置：
在下位機(jī)儀表設(shè)置基本參數(shù)后就能顯示：1、儀表地址【Addr 1～32】；2、信號輸入規(guī)格【SN】；3、注意！所有的測量規(guī)格如：熱電偶、熱電阻及模擬量1~5V/0~5V需在儀表上設(shè)定量程范圍【下限dIL】 【上限dIH】；使觸摸屏上的曲線顯示在曲線圖表*（觸摸屏自動讀入上下限范圍）。要求各通道控制參數(shù)在AI儀表上設(shè)置好觸摸屏自動讀入；E5/D5模塊用E8面板設(shè)置；
提供了三種數(shù)據(jù)記錄查看功能：微型打印機(jī)、PC圖形閱讀軟件、上傳Excel電子表格、
觸摸屏的外插CF卡來保存數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)可通過微型打印機(jī)打印數(shù)據(jù)報表、曲線；或通過CF卡存儲數(shù)據(jù)用讀卡器在PC上用圖形軟件直接打開；也可通過串行COM2口備份Excel電子表格數(shù)據(jù)至上位計算機(jī)。CF卡內(nèi)：【AL】數(shù)據(jù)包是報警報表；【DL】數(shù)據(jù)包是數(shù)據(jù)報表；按年/月/日/小時來保存數(shù)據(jù)源文件。圖片4

1） 查看報表 ： 見上圖4
點擊【查看報表】按鈕，可以顯示打開的記錄數(shù)據(jù)與報警記錄的文件或是用戶從CF卡里查詢到的數(shù)據(jù)，以報表的形式顯示出來。保存數(shù)據(jù)是以CSV格式保存，以便用EXCEL工具直接打開； 如下圖五

（2） 查看曲線：
點擊【查看曲線】按鈕，可以顯示在報表中已查詢到的并以報表方式顯示出來的數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示出來。如下圖：
上圖顯示的曲線可分為幾個部分的內(nèi)容：
a.曲線圖zui上面中間部分，顯示的是查詢的記錄名稱；
b.緊接著是【當(dāng)前時間】一欄，表示當(dāng)前游標(biāo)線所在的位置的某一時間點。
第二種、微型打印機(jī)方式： 圖6
新增面板式微型打印機(jī)，默認(rèn)的串口打印機(jī)的參數(shù)為9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗，連接時只要將打印機(jī)的9口串口母頭直接接到HMI屏的9芯串口頭即可。

1、4條歷史曲線打印：有2種方式：在屏的歷史曲線畫面才能實現(xiàn)打印曲線功能！
左上角的藍(lán)色【Print】：打印設(shè)置中所查詢到的曲線內(nèi)容，1條或選4條同時打印；
右上角的紅色【Print】：打印屏上所顯示的曲線內(nèi)容，1條或選4條同時打印；
左下角的【S】設(shè)置，有關(guān)打印機(jī)紙張寬度的設(shè)置，如果您的打印機(jī)的紙張?zhí)珜捇蛱梢酝ㄟ^設(shè)置【打印紙張寬度比例】這個值來調(diào)整，，2057默認(rèn)100％；2080默認(rèn)40％
2、歷史數(shù)據(jù)報表打印：有2種方式：【在屏的歷史數(shù)據(jù)畫面才能實現(xiàn)打印數(shù)據(jù)功能！】
（1）左上角的藍(lán)色【Print】：手動打印屏上所查詢到的報表內(nèi)容，每行4個數(shù)據(jù)；
（2）右上角的紅色【Print】：手動打印當(dāng)前剛剛采集到的報表內(nèi)容，每行4個數(shù)據(jù)，連續(xù)換行；
（3）右下角的【S】設(shè)置，有關(guān)打印報表的設(shè)置；
a.如果您想自動打印采集到的報表，可以啟用【選擇是否自動打印】的功能；
b.【自動打印時間間隔】的設(shè)定，是設(shè)置多長時間后，打印機(jī)開始自動打印。如果此值設(shè)為0，則自動的實時打印報表。在屏的歷史數(shù)據(jù)畫面才能實現(xiàn)自動打印數(shù)據(jù)功能！打印機(jī)圖7

第三種、Excel電子表格方式：可通過串行COM2口備份Excel電子表格CSV格式的數(shù)據(jù)文件上傳計算機(jī)；1、在PC上安裝光盤上的【記錄上傳數(shù)據(jù)軟件】；在PC上選擇記錄上傳的軟件，進(jìn)行操作即可； Excel電子表格打開的CSV格式數(shù)據(jù)文件；4通道的軟件數(shù)據(jù)大約記錄1400天數(shù)據(jù)。
AI2057G/C型觸摸屏數(shù)字無紙記錄儀廣泛應(yīng)用在化工、冶金、石油、制藥、食品、電爐、恒溫恒濕箱、機(jī)械設(shè)備配套、試驗室移動控制屏、小型DCS控制系統(tǒng)等諸多行業(yè)中作為終端顯示器來使用。

結(jié)束語： 
     注塑料成型機(jī)械的加熱系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用宇電AI-7048D5型與AI-2057無紙記錄儀配合使用，產(chǎn)品緊湊，調(diào)試方便實現(xiàn)了控制器一機(jī)多用的功能，安裝合理值得推廣應(yīng)用，該系統(tǒng)稍加改動可應(yīng)用于各類塑料成型機(jī)械。