精密注塑机料筒温度的闭环控制

中文摘要:

  精密注塑机料筒的加热及温度控制效果直接影响到注塑制品的质量, 以89C51 单片机为控制器, 采用改进型P ID 算法和脉宽调制(PWM ) 方法以及固态继电器实现了 注塑机料筒温度的闭环控制, 获得较高的控制精度。

英文摘要：

  In the view of the features of precision injection molding machine, the barrel temperature affects directly the quality of products. The system of closed-loop control based on single-chip microcomputer is used to control the barrel temperature in the injection molding. Imp roved PID algorithm and PWM (pulsewidth modulation) theory is adopted to control this parameter through the SSR ( solid state relay). The actual performance of the system showed the control is unsatisfactory.

0　前言
     近年来, 随着VCD、DVD 及微电子通用产品的迅速发展, 精密塑件在整个注塑产品中所占的比 例有迅速增长之势, 对塑料成型设备提出了更高的要求, 即要求塑料成型设备向产品品种多、规格全、 质量稳定可靠、自动化程度高、快速高效、高精度低噪声方面发展, 由此就要求精密注塑机械的注塑压 力、速度、温度、计量等都能准确控制到相应的精度。温度是塑料在预塑、充模、保压及冷却过程中的重 要控制参数, 注射过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度, 前两种主要是影响塑料的塑化和流动, 而后一种主要是影响塑料的流动和冷却。本文仅提出利用单片机实现料筒温度的闭环控制。
1　注塑工艺过程
     注塑机的料筒温度是注塑工艺的重要参数, 直接影响到制品的质量。由喷嘴、前段、中段、后段4 个加热区组成料筒的外加热部分, 由温度传感器、单片机、固态继电器等组成闭环控制回路, 实现对加热器的调节与控制, 以满足精密注塑料筒加温系统控制精度的要求〔2〕。
2　料筒温度控制系统及其控制策略
     料筒温度控制系统的CPU 采用89C51 单片机, 全部电路采用模块化设计, 其温控部分框图如料筒温度由量程为0～ 400℃的K 型热电偶测得, 通过冷端补偿, 热电偶输出的毫伏级电压信 号经隔离放大读入计算机, 进行A/D 转换, 再调用PID 算法子程序求出控制量。单片机PWM 输出的通断信号经隔离放大后, 直接驱动固态继电器(SSR) 的直流端, 对加热器功率进行比例控制, 以调节料筒温度。由于采用SSR 实现了强电(加热线圈部分) 与弱电(微机部分) 的光电隔离, 系统的抗干扰能力增强, 可靠性提高, 简化了控制及辅助装置。
2. 3　PWM 输出原理及特点
     在一个采样周期T 中, 根据温度偏差离散值e (k) 计算得到SSR 导通与截止的比率, 再经SSR 来控制加热器的加热功率, 即对料筒加热段进行脉宽调制(PWM ) 输出, 达到调节料筒加温过程的目的。 输出功率与控制信号具有线性关系, 只要改变每个 采样周期T 中电源接通与切断的时间比, 就能调 节输出功率。控制及辅助装置简单, 对控制信号要 求不高, 而且容易实现。SSR 既有微弱控制信号的 传递和转换作用, 又起光电隔离作用, 可有效地避 免强弱电信号的串扰, 从而使控制装置工作可靠, 抗干扰能力强。
3　结束语
     利用89C51 单片机实现精密注塑机料筒温度的控制, 并与速度、压力控制共同形成完整的闭环控制系统, 取代注塑机上大量采用的独立温度控制系统〔5〕, 具有温度设定、显示和实时监控功能, 满足 精密注塑机料筒加温系统控制精度要求, 使动、静态(热、冷态) 温度控制精度分别达到±0. 5℃和±2℃, 提高了注塑机的生产效率。