圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖


      系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)緊湊，無論是旋人式還是擴(kuò)展模塊都采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，利于控制柜設(shè)計和安裝。系統(tǒng)抗干擾性好，輸人／輸出模塊均帶有光偶隔離。輸入模塊可以將輸入的電流信號（0～20mA）和電壓信號( 0～l0V ）直接轉(zhuǎn)換為0～32767 數(shù)字量信號。DO 模塊電流可以達(dá)到2A ，由于該執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥驅(qū)動電流高于2.5A ，所以DO 信號通過擴(kuò)流驅(qū)動板放大驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥。

       PCC CP476 內(nèi)帶TPU ，實現(xiàn)高速信號I / ( ) ，能有效實現(xiàn)射膠7 段壓力和速度快速切換控制。為了激活TPU ，在系統(tǒng)軟件設(shè)計時需要初始化和設(shè)置LTX ( ）函數(shù)給TPU 分配通道。 

       2 軟件控制系統(tǒng)
       2.1 B&R AS 開發(fā)環(huán)境
       Windows 下編程環(huán)境Automaton Studio 支持標(biāo)準(zhǔn)C 、Basic 、梯形圖、指令表、順序結(jié)構(gòu)圖等6 種標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言。根據(jù)需要可以在同一個項目中采用多種語言進(jìn)行編程。同時，編程環(huán)境中除了包含豐富的常規(guī)函數(shù)庫和功能塊外，還包括注塑機(jī)專用函數(shù)庫plastliba ，利用該函數(shù)庫可以實現(xiàn)下文所述系統(tǒng)特性。

       B&R 的PCC 控制器采用分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，具備大型計算機(jī)的分析能力。從注塑機(jī)控制要求出發(fā)，將鎖模、溫控等過程對實時要求不同的任務(wù)設(shè)置在循環(huán)時間不同的任務(wù)等級中（如表1）。

      表1 任務(wù)設(shè)置

       2.2 系統(tǒng)軟件組織結(jié)構(gòu)
       控制系統(tǒng)軟件由下位機(jī)系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)和界面三部分組成，軟件采用C 語言編寫。

       注塑工藝流程（見圖2）中熔膠和開模同時進(jìn)行，因此軟件結(jié)構(gòu)上包含順序結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)。程序中插入掛起和喚醒功能函數(shù)，實現(xiàn)程序的順序和并行動作。組織結(jié)構(gòu)采用金字塔形由上至下4 個層次（見圖3) ，將流程圖各過程任務(wù)定義為執(zhí)行層并分布在不同標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層。按功能分為通訊、互鎖操作、數(shù)據(jù)操作、溫控、報警等。功能上除了可以滿足常規(guī)順序動作、多路并行動作之外，還可以實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)難以達(dá)到的幾個特性，可以顯著提高注塑機(jī)性能，更好地保護(hù)液壓系統(tǒng)。

圖2 注塑工藝流程

圖3 主程序功能框圖

       上位機(jī)程序組織結(jié)構(gòu)和下位機(jī)相同，功能上分為通訊，數(shù)據(jù)保存和讀寫，曲線的繪制，參數(shù)輸人和輸出等。上、下位通訊以上位機(jī)為主動，下位機(jī)為被動，上位機(jī)定時讀寫下位機(jī)的相應(yīng)變量值。上位機(jī)界面設(shè)計可以在AS 下快速方便實現(xiàn)。


       2.3 系統(tǒng)脫機(jī)模擬調(diào)試
       為了實現(xiàn)脫機(jī)調(diào)試，在程序中添加模擬程序，主要是針對注塑工藝流程各動作的位移和行程開關(guān)閉合狀態(tài)的模擬。從而在脫機(jī)狀態(tài)就幾乎可以仿真注塑機(jī)動作，大大方便控制系統(tǒng)的調(diào)試，是一般注塑機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)不具有的。


       3 系統(tǒng)功能特點
       3.1 運(yùn)動控制特性
如何實現(xiàn)大型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的平順運(yùn)行和保護(hù)是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。本系統(tǒng)從軟件設(shè)計上充分優(yōu)化液壓系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)低過沖、高精度。


       活塞運(yùn)動加減速段采用RAMP( ）函數(shù)斜坡化控制或者用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線控制，每次運(yùn)動減速位置點實時計算和補(bǔ)償，如油缸活塞行程末端緩沖減速采用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線處理。液壓系統(tǒng)電磁閥開閉進(jìn)行延時補(bǔ)償，在人機(jī)面板上可以設(shè)定延時時長。

       3.2 機(jī)鉸機(jī)構(gòu)線性化
      該注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)機(jī)鉸結(jié)構(gòu)為5 點肘桿式，動模板行程長達(dá)2m 。動模板運(yùn)動狀態(tài)的測量是通過測量合模油缸的活塞桿來獲取，從而大大提高測量的精度和可靠性。

       將機(jī)鉸結(jié)構(gòu)參數(shù)輸人到B&R togclac 軟件計算出活塞與動模板移動位置一一對應(yīng)的關(guān)系，數(shù)據(jù)保存并導(dǎo)入到工程生成數(shù)據(jù)模塊，再使用DA _ read( ) 函數(shù)可以從數(shù)據(jù)模塊中讀取活塞和動模板位置的關(guān)系。

       3.3 溫度控制系統(tǒng)特性
       采用B&R 智能溫度PIDxh 和PIDXHOPT 功能塊可以計算出PID 參數(shù)，使溫度控制精確到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能塊可以優(yōu)化加熱程序。

       3.4 熔膠背壓閉環(huán)優(yōu)化控制
       該系統(tǒng)熔膠背壓采用閉環(huán)控制。背壓反饋值經(jīng)DI351 模塊輸人到CP476 的TPU 處理，比較設(shè)定值后再經(jīng)過PIDX( ）函數(shù)優(yōu)化。


       3.5 過程參數(shù)監(jiān)控
       系統(tǒng)具備豐富的曲線輔助監(jiān)控和分析功能。面板可以顯示開合模等階段的速度、壓力、位置等曲線，還可以根據(jù)需要對各段溫控區(qū)和壓力進(jìn)行實時曲線監(jiān)控，還可以選擇射膠、螺桿轉(zhuǎn)動、開鎖模和注射等單元的加工過程進(jìn)行速度／時間、壓力／時間、速度／位置和壓力／位置的過程監(jiān)控。


       3.6 系統(tǒng)通用擴(kuò)展性
       系統(tǒng)采用C 語言編寫，結(jié)構(gòu)完整清晰。軟件設(shè)計大量采用結(jié)構(gòu)變量體系，采用結(jié)構(gòu)變量描述各個部件的狀態(tài)和動作過程等。如頂出動作結(jié)構(gòu)變量包括了進(jìn)和退過程的頂出行程，頂出各行程階段的速度和壓力；頂出動作延時、報警標(biāo)志等變量。

       該系統(tǒng)軟件通用性強(qiáng)，可以適合同系列不同噸位的注塑機(jī)。在日常維護(hù)更換零部件時，只需要在面板稍加修改參數(shù)而不需要繁瑣的調(diào)試，如更換頂出油路電磁換向閥時，倏改方向閥打開延時和關(guān)斷延時時長即可。


       3.7 人機(jī)界面友好
       人機(jī)界面圖文并茂，可以方便設(shè)置各結(jié)構(gòu)變量參數(shù)，如液壓電磁閥的開啟閉合延時；還可以設(shè)定動作的各方面參數(shù)，包括并行動作、抽芯組合和速度壓力設(shè)置。

       4 總結(jié)
       采用貝加萊智能控制系統(tǒng)升級液壓機(jī)械式大型注塑機(jī)獲得成功，機(jī)器的整體性能超過了原有的PLC 外加溫控表的早期控制系統(tǒng)。不斷提高注塑機(jī)整體性能是永不停止的趨勢，在較少的硬件投入的基礎(chǔ)上獲得較多的產(chǎn)品附加值是產(chǎn)品競爭的關(guān)鍵。采用具有穩(wěn)定品質(zhì)的貝加萊智能<