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2006-03-14

提高控制與重復精度的閉環比例系統

近年來,承着工程塑料的應用領域日益廣泛,在精密儀器、電子儀表、通信工業、汽車工業以及家用電器等行業中精密塑料制品都占有很重要的地位,對于塑料制品的精度要求也越來越高。在這樣的背景下,國產注塑機的常規控制系統已經不能滿足部分用戶的較高要求。如何改善注塑成形過程的控制水平,提高系統的控制精度和重復精度,是注塑機生產廠家必須面對和有效解決的一個課題。
  一、精密注塑成型及其影響因素
  精密注塑成型,是針對制品的精度要求而言的。一般來說,包括以下几個方面的含義:
  1. 几何精度:包括制品的尺寸精度和形位精度,是指制品在几何方面的精度要求,是精密注塑成型需要解決的一個主要問題。相比之下,尺寸精度目前比較容易解決,可以達到μm的精度,而形位精度的提高則比較困難。
  2. 機能精度:包括了比較廣泛的含義,是根據几何精度以外的制品的實際功能需要而提出來的。比如說,光學元件的透光度、雙折射、表面光潔度的要求;空調機風扇葉輪的重量偏差量和動平衡要求;齒輪等傳動零件對強度和內應力均勻的要求;照相機、復印機等產品對外殼表面色彩、外觀的要求等。
  影響精度注塑成型的因素非常之多,包括注塑機模具、成型工藝和原料等几個大的方面。僅就注塑機本身而言,主要的影響因素有:   ①模板移動的穩定性和剛性。②開模閉模控制的准確性。③油溫控制和油污管理。④料筒溫度控制精度。⑤注射壓力及注射過程的穩定性。⑥注射量控制的准確性。⑦螺杆轉速和背壓。⑧保壓壓力及時間和多級控制。⑨連續運轉的穩定性。⑩止塑環的結搆形式。縱觀上述影響因素,液壓驅動式注塑機的系統壓力與流量控制的精度和穩定性至關重要的影響因素。要提高現有常規注塑機的控制精度和重復精度,必須改善注塑機液壓系統中壓力和流量的控制狀態,這是一個必要條件。
  二、提高控制與重復精度的閉環比例系統
  以液壓控制技朮的角度看,目前解決精密注塑成型的控制問題主要有兩種途徑:第一是全伺服的控制系統。可以通過配置單個或多個伺服閥,實現對單個或多個動作的精確控制,其響應效率可達100hz以上,具有優異的穩態和動態性能。第二是閉環比例控制系統。包括閉環比例閥和閉環比例變量泵。這兩種元件是在常規的比例閥和比例變量泵的基礎上發展而來的,經過多年的發展,均已達到了較高的質量。第一種方案雖然有較高的控制精度,但成本高,對液壓系統污染度要求高,應用相對較少。第二種方案具有優良的性能價格比,是中、高檔注塑機應用比較廣泛的控制元件。
  自一九九七年開始,為滿足注塑機用戶對節能與環保的要求,震德公司在國內塑機行業率先推出了應用高響應比例變量泵的v型機,實現了國產塑機節能控制的突破,與傳統的定量泵系統相比,可節電25-45%。v型機的批量生產和市場化,對于提高國產塑機的控制水平,增強產品的競爭力;對于降低注塑生產的成本,減少注塑行業的能源消耗,產生了積極因和深遠的影響,推動了全行業的節能控制技朮進步。
  震德v型機釆用的開環比例變量泵系統,具備了節能效果突出的優點。它的另一個特別與常規比例控制系統相同,即開環的控制方式。系統工作時,由控制器給出與設定值相一致的壓力、流量的控制信號,變量泵按此信號輸出相應的壓力和流量。開環的控制過程會受到油溫、油污和負載波動等各種變化因素的影響,其控制精度與重復精度只能滿足常規產品的控制要求。
  三、閉環變量泵系統的應用及優點
  閉環變量泵系統是相對開環比例變量泵系統而言的,它繼承了開環比例變量泵系統的優點。圖1是閉環變量泵系統的系統搆成圖,由圖中可以看出,系統的核心控制元件是性能優異的閉環比例變量泵,它除具有常規比例變量泵的控制功能外,能夠實現輸出壓力、流量的閉環控制。
  圖2是閉環比例變量泵系統的控制原理框圖,其控制原理和工作過程是首先由控制器輸出控制信號(模擬電壓信號),信號經閉環控制卡中的放大電路放大后成為閉環變量泵的控制指令,按此指令形成了一定的壓力和流量輸出,而泵口設置的壓力傳感器及泵內量的位移傳感器對其進行在線檢驗,并將相應的檢測信號(同樣是模擬電壓信號?)反饋回閉環控制卡,在閉環控制卡中與控制器給定值進行了比較,其差值被放大后產生修正補償信號,使泵輸出的流量與壓力值得到在線校正。
  閉環比例變量泵系統除具有開環比例變量泵系統的優點外,更具有以下優異性能:第一,流量與壓力控制呈良好的線性,提高了控制精度。第二,動態響應快。由于閉環變量泵釆用了高速電子控制電路和高速比例閥做先導控制,其響應速度明顯加快。第三,重復性好。閉環的控制過程使負載波動、油污、油溫等變化因素的影響得到在線校正,系統會表現出較高的重復精度。從而可以使制品的尺寸精度或重量偏差量減小,不良率得到有效控制。
  四、閉環變量泵系統的應用前景
  閉環比例變量泵系統的應用目前在國內塑機行業還剛剛開始,其實歐洲、日本的
高性能注塑機如husky、krassmaffet、jsw、toshiba等,都把閉環變量泵系統做為標准裝置。而閉環比例變量泵本身,則隨着電子技朮和液壓技朮的不斷發展,其技朮日臻完善。可以預見,隨着國產塑機用戶對高品質注塑機需求的增長,高性能的比例變量泵系統必將得到推廣應用,具有良好的市場前景。


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