1 前言

　　注塑機又名注射成型機或注射機。它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全電式。注塑機能加熱塑料，對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。注塑機通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。采用硬件PLC的控制系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制功能，由于每個廠家的硬件專有性，封閉性使的用戶升級和改造困難。隨著自動化和計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機的軟硬件資源，通過軟件可以實現(xiàn)硬件PLC的功能，并能實現(xiàn)的電子齒輪和電子凸輪的高同步運動控制，即軟件PLC技術(shù)。它遵循IEC61131-3的國際標準。

　　近年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面國際標準的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這就是軟PLC技術(shù)。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。軟PLC開發(fā)系統(tǒng)實際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的PLC編程器，此部分具備如下功能：①編程語言標準化，遵循IEC61131-3標準，支持多語言編程（共有5種編程方式：IL,ST,LD,FBD和SFC），編程語言之間可以相互轉(zhuǎn)換；②豐富的控制模塊，支持多種PID算法（如常規(guī)PID控制算法、自適應(yīng)PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等），還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；③開放的控制算法接口，支持用戶嵌入自己的控制算法模塊；④仿真運行，實時在線監(jiān)控，在線修改程序和編譯；⑤強大的網(wǎng)絡(luò)功能。支持基于TCPIP網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC遠程監(jiān)控，遠程程序修改。

　　2 全電動注塑機結(jié)構(gòu)及工作原理

　　2.1全電動注塑機的結(jié)構(gòu)

　　全電動注塑機主要由注射裝置、合模裝置和電氣控制系統(tǒng)組成。如圖1所示，和通用的注射機相比，采用了高控制性能的伺服電機和滾珠絲杠實現(xiàn)圓周運動到直線運動的轉(zhuǎn)換。注射裝置的作用是將塑料均勻地塑化，并注射到模具型腔中。注射裝置由塑化部件（螺桿，料筒，加熱裝置，噴嘴），料斗、計量裝置、傳動裝置、注射電機及基座電機等組成。合模裝置實現(xiàn)模具的開閉，在注射時應(yīng)保證模具可靠地合緊。合模裝置主要由前后固定模板，移動模板，連接拉桿，連桿機構(gòu)，調(diào)模裝置，合模伺服電機，脫模伺服電機組成。電氣控制系統(tǒng)提供動力并使注射機按預(yù)定的工藝過程要求（壓力，速度，時間，溫度）和動作順序工作。

　　圖1 注塑機系統(tǒng)組成示意圖

　　2.2 工作原理

　　注塑機生產(chǎn)一件產(chǎn)品的過程一般要經(jīng)過合模、注射、保壓、冷卻（塑化）、開模、頂出制品工序

　　操作方式：

　?。?）手動操作 利用手動操作可以進行單步的調(diào)試，包括手動設(shè)置開合模，手動模高調(diào)整，螺桿的手動操作，注射座的前后移動的手動調(diào)節(jié)等。

　?。?）半自動操作 按下半自動操作按鈕，注塑機開始合模、注射等工作，直到產(chǎn)品加工完成，然后處于等待狀態(tài)，當(dāng)再次按下半自動操作按鈕時，將開始下循環(huán)。

　?。?）自動操作 完成一個注射和計量周期后，程序自動進入下一個循環(huán)周期。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計

　　全電動注塑機控制系統(tǒng)設(shè)計中需要解決三大問題：一是采用了伺服電機后如何保證高的運動控制，如何在程序中實現(xiàn)位置控制、速度控制、力矩控制以及這幾種控制之間進行切換的問題。二是如何實現(xiàn)溫度、壓力模擬量的控制，來確保每個注射周期都能保證塑膠原料充分加熱至合適的溫度和確保注射壓力、保壓壓力的控制。三是如何設(shè)計人機界面來實時狀態(tài)的監(jiān)控、在線數(shù)據(jù)的修改、出錯報警的處理、對錯誤進行及時的診斷及消除。

　　3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)的硬件由工控機、SERCOS IO模塊、博士力士樂公司數(shù)字伺服驅(qū)動器以及伺服電動機組成，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2:工控機作為上位機構(gòu)成控制系統(tǒng)的，通過軟PLC和SERCOS光纜環(huán)控制鎖模伺服電機、注射伺服電機、塑化伺服電機、脫模伺服電機按照編寫的程序運動，可以實現(xiàn)注塑過程中高的運動控制，以及位置、速度、力矩以及這幾種控制之間切換的問題。輸入按鈕、行程開關(guān)等外部數(shù)字量輸入信號通過IO模塊采集到PLC程序中，經(jīng)過程序處理變成邏輯關(guān)系，得到所需要的輸出狀態(tài)來控制現(xiàn)場設(shè)備，指示燈和報警燈顯示當(dāng)前設(shè)備運行狀況和錯誤報警信息。溫度傳感器、壓力傳感器模擬量信號通過SERCOS IO模塊轉(zhuǎn)換為軟PLC可以識別的數(shù)字量信號，通過在編程系統(tǒng)中編寫的PID模塊程序可以實現(xiàn)注塑過程中的溫度和壓力PID調(diào)節(jié)。

　　SERCOS運動控制總線符合開放式數(shù)控系統(tǒng)的標準，可以根據(jù)系統(tǒng)需要靈活添加設(shè)備，有利于智能數(shù)控設(shè)備的集散控制，節(jié)省了設(shè)計和調(diào)試周期，同時使系統(tǒng)的可靠性大大提高。

　　3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　3S公司的CoDeSys與其它軟PLC產(chǎn)品如SIEMENSE公司的SIMATIC WinAC、SOFTPLC公司的SoftPLC等相比。優(yōu)點在于它集成了邏輯控制、運動控制和可視化于一體。

　　CoDeSys是符合IEC61131-3標準的編程工具。只要在計算機上安裝了CoDeSys SP RTE軟件，就可以成為一臺先進的高性能可編程控制器（PLC），另外用CoDeSys不需要其它的組態(tài)軟件就可以輕松實現(xiàn)實現(xiàn)可視化?？梢杂肅oDeSys SoftMotion實現(xiàn)運動控制編程，包括單軸運動到復(fù)雜的多軸插補運動。

　　圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　本控制系統(tǒng)的程序設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，包括了運動主程序、手動控制程序、半自動控制程序、自動控制程序、IO控制程序、溫度控制程序的設(shè)計

　?。?）任務(wù)設(shè)置

　　在程序任務(wù)中設(shè)置四個任務(wù) MotionTask 、TEMPCTRL、PressureRead、IOTask

　　如圖3所示：四個程序任務(wù)是并行的，根據(jù)設(shè)置的優(yōu)先級和周期掃描的時間，這樣就能保證邏輯控制和運動控制的不互相干擾。

　　圖3 任務(wù)配置圖

　?。?）運動主程序設(shè)計

　　運動主程序中主要由參數(shù)初始化、軸組上使能、電機回零位、操作模式選擇、軸組狀態(tài)處理模塊組成，在操作模式選擇下，選擇相應(yīng)的操作模式（手動、半自動、自動），主程序?qū)⒄{(diào)用相應(yīng)的處理程序（手動控制程序、半自動控制程序、自動控制程序）程序模塊簡圖如圖4所示：

　　圖4 程序模塊簡圖

　　4 結(jié)束語

　　本文作者創(chuàng)新點為該控制系統(tǒng)的設(shè)計采用了軟PLC技術(shù)和SERCOS運動控制總線技術(shù)，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，使得開發(fā)的控制系統(tǒng)符合開發(fā)式體系結(jié)構(gòu)的要求，系統(tǒng)的可擴展性、可靠性、可維護性大大提高，重要的是實現(xiàn)了注射的高速高以及短周期循環(huán)。經(jīng)過實踐檢驗，本控制方案達到了預(yù)期的效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。