注塑机电气控制系统.docx
《注塑机电气控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注塑机电气控制系统.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
注塑机电气控制系统
第七章注塑机电气控制系统
第一节概述
注塑机控制系统是一真以控制器为控制核包括各类电器、电于元件、仪表、加热器、传感器等组成，与液压系统配合，正确实现注塑机的压力、温度、速度、时刻等各工艺进程和调模、手动、半自动、全自动等各程序动作的系统设备。
控制系统在注塑机中以独立部份而存在。
从控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、&模具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、靠得住的低压模保（模具保护）、准确的开模定位等等。
另一个需要精准控制，是影响注塑成型工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度等。
例如，由于原料的热性能不同对料筒的温度控制提出苛刻要求，要有合理的控制系统来实现。
从当前塑机进展来看，用户的要求愈来愈高，各类特殊机、专用机愈来愈多，要求生产厂要作到多样化个性化，这些目标的实现，要依赖于注塑机控制。
例如，此刻塑机依赖控制系统提供髙精度的控制，需要大容量、高响应速度的控制器，要实现闭环控制，利用的就是西门于公司生产的S7-300可编程控制器，还有的要用到变频器、饲服控制卡等控制设备。
随着运算机技术、通迅技术、网络技术的进展，未来的塑机操作将趋向简便化、智能化、系统化、网络化方面进展，对控制系统提出更高的要求。
一、控制与调节基础知识
1.自动控制系统槪念
自动控制是在无人直接参与条件下，利用控制器使被控对象（如机械、设备和生产进程）的物理量或工作状态能自动地依照预定的规律转变或运行。
自动控制是把实现自动控制所需的各部件按必然规律组合,去控制被控
v2
对象，那个组合体即“控制系统”。
分析与综合自动控制系统的理论称之“控制理论”。
自动控制系统被控制的物理量有温度、压力、流量、电
压、转速、位移和力等。
组成控制系统的元、部件虽然有较大不同，可是系统大
ra71*丸击高绘生||-=2
体结构却类似，一般都是通过机械、电气、液压等方式组合代替人工控制。
为了解自动控制系统的结构，以对液面高度控制为例，如图7-1所示。
若人参与系统控制，应起哪些作用，如图7-2所示。
为控制要求液面的高度为九,人要不断地将液面的实际髙度与要求液面髙度作比较，按照比较的结杲，调节其进水阀W开度，以维持液面的高度不变。
图7_2液面人控制系统框图
由该图知，人在控制中起的作用：
（1）测量实际液面的高度h——用眼睛。
（2）将测得实际液面的高度町与要求液面高度h“进行相较较一一用脑。
（3）按照比较的结果，依照误差去做调节动作一一用手。
若是用自动控制系统去代替上述人的工功能，那么在自动控制系统中必需具有完成上述职能检测，逻辑比较和执行机构。
人工调节不能保证系统的控制精度和减轻劳动强度。
如改成自动控制系统，就可以够实现如图7-3所示，不论放水阀VI输出流量如何转变，系统自动地维持液面高度在允差范围之内。
如高水面高度因VI阀开度增大而稍有降低时，则系统当即产生一个与降落液面高度成比例的误差电压u,该电压经放大器放大，供给拖动电动机，使进水阀V2开度增大，使液面又恢复到所要求的高度。
v2
液面自动控制系统组成:
（1）
被控对象一
水池。
⑵
测量元件一
—浮于。
⑶
比较机构一
—求浮于的指定与实际位置之差。
⑷
放大机构一
—当测得信号与给定信号比较的误差信号不足以使执
行元件动作时，都需要加放大元件，提高系统控制灵敏度。
（5）执行元件——直接驱动被控对象，改变被控量。
为改善控制系统的动、静态性能，通常还加上校正装置。
常采用方框图表示系统关联中各组成部件，只注部件名称或功能函数表达
式，不国具体结构。
按照信号传递方向，用有向线段依次连接，如图7・4所示。
区
放大器
4
电动机
」
阀门M
水池
►
■
图7-4自动控制框图
为了改善控制系统的动、静态性能，在系统中加上审联和并联校正装置，如图7-5所示。
执行组件改变被控对象的输出，虚线方框为控制器，简化的自动控制框图如图7-6所示。
图7-5自动控制框图
图7-6自动控制框图
图中
r（t）一一系统指定输入（入量）；
c（t）一一系统被控制量（输出量）；
b（t）一一系统主反馈量与被控量成正比或呈某种函数关系的信号，其物理量纲必需与指定输入相同。
如此才能在比较点处进行加、减运算。
e（t）一一系统的偏差，等于指定输入与主反馈量之差，B|J：
e（t）=r（t）—b（t）。
指定环节一一产生指定输入信号的组件，如电位器、旋转变压器等。
控制器的输入是系统的偏差信号，经变换器运算后，产生所期望的控制信号去控制被控对象。
被控对象一一受控制器输出量的控制，输出是系统的被控量。
反馈环节一一被控量转换为主反馈信号的装置，一般为检测组件。
2.开、闭环控制
（1）开环控制
如系统输出量不与指定输入相较较，系统的输出与输入量之间不存在反馈通道，比种称开环控制，如图7-7所示。
此控制系统结构简单、元器件少、本钱低、系统容易稳固。
山于不对被控量进行检测，当系统受干扰时，被控量一旦偏离原有平衡状态，再没有消除这种偏差的功能限制了系统的应用。
被控制量
►
c（t）
给立输入
►控制器►被控对象
r（t）
图7-7开环控制系统框图
图7-8示出一个开环直流调速系统。
图7-8
（1）示出带有晶体管的调速系统；图7-8
（2）示带有晶闸管的直流调速系统。
图中6指定输入，经触发器和晶闸管整流转变成直流电压G，提供给直流电动机，产生一个匕所要求的转速no可是，当电动机的负载、交流电网的电压和电动机的励磁有转变时，电机转速就会转变，再也不维持G及其转速n。
若是系统指定输入与被控量之间关系固定，内部参数及外部干扰动较小，则开环控制也能取得满意效果。
（1）
图7-8开环直流调速系统框图
（2）闭环控制
把系统被控制量反馈到输入端，并与指定输入相较较，此为闭环控制，由于存在被控制量经反馈环节至比较点的反馈通道，乂称反馈控制，如上一节图7-4和图7-6所示的系统均属闭环控制系统。
特点是：
持续地对被控量检测，把测得值与指定作减法运算，求得的偏差信号经控制器的变换运算和放大器的放大，驱动执行组件，使被控量依照指定输入的要求去转变。
若是受内部和外部干扰信号时，通过闭环控制，能自动地消除或减弱干扰信号对被控制的影响，有抗扰动功能，在控制工程中普遍地应用。
（2）
图7-9闭环直流调速系统框图
图7-9示出的闭环框图，具有自动抗扰动的功能。
例如，当电动机负载增大时，流经电动机电枢中的电流增大，电枢电阻上的压降变大，电动机转速降低，测速发电机的输出电压Ik减小，偏差电压Au增大，经放大器放大后，使触发脉冲前移，晶闸管整流装置的输出电压「增大，从而补偿了山于负载增大而造成的电动机转速下降，使电动机转速大体维持不变，其调节进程，如图7-10所示。
TltJ
fnI〜u%\—Au=（Us-ufn）t—uzt〜Udt-*nt
u〜If
it
图7-10闭环直流调节进程原理图
3.自动控制系统的分类
自动控制系统按分析和设计方式，分线性与非线性，时变与非时变系统；按系统指定输入信号转变规律，分恒值与随动控制系统；依照系统内部传输信号的性质，分持续与离散控制系统；按组成系统组件的特征，分机电、液压、气动控制系统和生物控制系统等；按被控制量的名称，分温度、转速、张力控制系统等。
（1）线性与非线性控制系统
若系统组件都具有线性特性，则称线性控制系统。
系统输入与输出间的关系,一般用微分方程、传递函数来描述，也可用状态空间表示式来表示。
线性系统特点是具有齐次性和适用叠加原理。
若线性系统参数不随时刻而转变，称线性定常系统，反之，称为线性时变系统。
在控制系统中，只要有一个组件有非线性特性，则称为非线性控制系统。
非线性系统一般不具有齐次性，也不适用叠加原理，输出响应和稳固性与初始状态紧密关系。
严格地说，绝对的线性控制系统（或组件）是不存在的，因为所有的物理系统和组件在不同的程度上都具有非线性特性，为了简化对系统的分析和设计，在必然的条件下，能够对某些非线性特性作线性化处置。
如此，非线性系统就近似为线性系统，能够用分析线性系统的理论和方式对它进行研究。
工程上为了改善控制系统的性能，人为地引入某种非线性组件。
例如为实现最短时刻控制，采用开关型控制方式；在晶闸管整流装置的直流调速系统中，为改善系统的动态特性限制电动机的最大电流，人们把速度调节器和电流调节器设计成饱和非线性的特性。
（2）恒值和随动控制系统
恒值控制系统的指定输入为常量，要求被控量在任何扰动下能尽快地恢复或接近到原有稳态值。
前述液面控制系统和直流调速系统均属恒值控制系统。
山于这种系统能自动地消除或减弱各类扰动对被控量的影响，乂称自镇定系统。
随动系统的指定输入是一个转变量，一般是随机的。
要求系统被控量能快速、准确地跟从指定输入信号而转变。
持续与离散控制系统
控制系统中各信号若是时刻t的持续函数，为持续控制系统，如前述的液面控制系统。
在控制系统中各部信号中只要有一个是时刻t的离散信号，即为离散控制系统。
所以，脉冲、数码都属离散信号，运算机控制系统就是离散控制系统，如图
7-11所示。
图7-11运算机控制系统框图
检测元件
二、注塑机控制系统要求检测元件0
1.电路基础知识r
电路即导电的回路，由电源、负载、连接导线、控制设备等组成，是供给电能传输、分派、转换能量和电气信号的载体。
（1）电流导体电荷的定向运动称为电流，单位为A（安培）。
1A电流表示Is内导体横截面流过1Q的电量。
电流交流和直流。
交流电流大小、方向随时刻转变；直流电流大小、方向不随时刻转变。
（2）电压电荷之流动由于有电位差，电位差即为电压。
电压的单位为V（伏特）。
（3）电阻电路中对电流有阻碍作用，造成能耗叫做电阻。
电阻的单位为Q（欧姆）。
（4）单位换算电压、电流服从欧姆定律。
I=U/R
式中I——电流
U——电压R——电阻
（5）电源把其它形式的能转换成电能的装置称为电源，电源分直流与交流电源。
直流电流方向必然，如干电池或整流电源。
交流电源流动方向随时刻而改变。
（6）频率交流电每秒钟的峰点或谷点的数量称为频率，单位为Hz（赫）,我国电网频率（工频）为50Hz。
（7）电功率每秒钟电流做的功叫电功率。
电功率与时刻乘积就电功。
电工也用马力作为电功率单位。
1马力=735肌电功的单位用kW/h表示。
电的计量单位常称做度。
电功率用千瓦表示，符号为kW。
电气设备标称功率常采用kW。
lkW=马力。
2.注塑机电控系统要求
注塑机工作循环：
按下自动键开关1次安全门—闭模（可选用中子进）快速-》低压->高压十座台进
—射出1,2,3」4段（5,6段）-保压1,2,3,4段（5段）—射后座退（选用）十储前冷
却（选用）一储前射退（选用）一储料1,2段（3段）-
宀射退一储后座退（选用）一油压安全门幵\
\一冷却时自动安全门开/
T令后座退（选用L幵模（可选用中子退及吹气一慢亠快速二慢-脱模f若为半自动开关安全门f
注塑机液压系统控制框图，如图7-12所示。
图7-12液圧系统控制框图
注塑工艺对电控系统要求：
（1）抽、插芯动作必需依照必然的顺序平稳完成；
（2）动、定模板闭合时运动要平稳，不得有冲击，因此，其合模动作乂分为：
慢一一快一一慢合模、锁模；
（3）注塑前，合模机构必需维持足够的合模压力，避免被注入模腔的塑料从模缝中逃出；
（4）注塑后，注射器必需维持注射压力，避免充满模具型腔的塑料倒流；
（5）预塑螺杆转动，粒状塑料被推到螺杆前端，为使注射器中的塑料具有必然密度，要求螺杆后退时必需有必然的阻力；
（6）为实现粒状塑料的塑化，必需使料筒维持必然的温度；
（7）控制系统必需提供适当的人机交互界面，保证生产人员能够调整和判断机械的参数和工作情形；
（8）为方便人员的操作和保护，系统必需有必然的诊断功能；
（9）为保证安全生产，系统必需设有安全保护装置。
三、注塑机电控系统组成
1.概述
电控系统是注射机的“神经中枢”系统，控制各类程序动作，实现对时刻、位置、压力、速度和转速等控制与调节，山各类继电器组件、电子组件、检测组件及自动化仪表所组成。
电控与液压系统相结合，对注射机的工艺程序进行精准而稳固的控制与调节。
电气部份有控制电箱包括主电机（马达）、电加热、工作进程控制装置和控制电源、调模电路等。
种类也多，如继电器控制、单板机控制、微电脑PC机控制等等。
电气部份作用是：
驱动油泵电机供油；供给电加热电源并能自动控制温度；供给调模电机电源，给进程控制工作电源。
2.电控系统硕件组成
（1）检测系统电器：
行程开关、接近开关、位移及速度传感器、光电开关、热电偶、压力传感器、压力继电器、应力传感器
（2）执行系统电器：
电磁阀线圈、加热线圈、电动机、接触器、报警灯、蜂鸣器
（3）逻辑判断及指令形成系统电器：
各类通用或专用控制器、显示器、继电器、按钮、拨吗开关、电源器
（4）其它电气系统主要电器：
刀闸开关、空气开关、低压断路器、快速熔断器、变压器、导线、电阻、电容、过渡电器、冷却风扇、电流表
第二节注塑机常常利用电器
一、检测系统电器
1.行程开关
行程开关邙从位开关）是以机械动作发出控制指令的主令电器。
用于控制运动方向、行程或位置保护。
符号：
SQ（LS）
图形：
行程开关山操作机构、触头系统和外壳等组成，如图7-13所示。
图7-13旋转式行程开关示图
（1）一单轮
（2）一双轮
行程开关在用于检测活动部件，如安全门等的当前状态，并将限位信号传送给控制器，以保护机械设备。
2.接近开关
接近开关（无触点行程开关）代替有触点行程开关完成行程控制和限位保护,也可用于高频讣数、液面控制、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接等，具有稳固、靠得住、寿命长、定位重复、精度高、适应较恶劣的工作条件，在工业生产方面到普遍应用。
符号PRS
图形令PRS
接近开关按工作原理，分高频震荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频震荡型最为常常利用。
高频震荡型接近开关的电路山震荡器、晶体管放大器和输出器三部份组成。
大体工作原应当有金属物进入高频震荡器的线圈磁场（称感应头是）时，该物体内部产生涡流损耗，使震荡回路电阻增大，能耗增大，使震荡衰减至停止，开关输出控制信号。
图7-14示出晶体管接近开关原理图。
开关的振荡器为电容三点式振荡器，
Ill三极管必、振荡线圈L及电容G、G和G组成。
振荡器的输出加到三极管W的基极上，经叽放大及二极管V；、Vs整流，成为直流信号加至％的基极，使呂
图7-14高频震荡式接近开关的电器原理图
当没有金属物时，三极管£截止，也导通，V；截止开关无输出。
当金属物幕近开关感辨头时，山于在物体内产生涡流损耗，振荡回路等效电阻值增加，能耗增加，振荡减弱到终止，V；、也整流电路无输出电压，则也截止，使匕导通，也截止，V6导通并有信号输出。
在注塑机电路中，接近开关和行程开关的用途相同。
3.位移传感器
长线性电阻式位移传感器
符号：
POS
图形：
T^P=>—
原理：
电阻型线位移传感器采
接头输出电缆输出
用可变电阻分压原理，将线位移转
换成传感器的电阻转变，并变成电
°2贡色
压信号传送。
-VV
W7VW01（-）俅色
注塑机，利用模板、螺杆移动
连接端
的线位移检测对其运动速度和转
速进行控制。
4.光电开关
符号：
同接近开关
原理：
红外线光电开关（光电传感器）即光电接近开关，利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，山同步回路选通被检测物体的有无，按照检测方式，红外线光电开关有：
漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关、光纤式光电开关等。
用于注塑机移动部件的安全防护和制品落下检控。
5.热电偶
热电偶是温度检测组件，长处：
（1）测量精度高，因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响：
（2）测量范围广，从-50〜+160CTC都可持续测量，特殊热电偶最低可测到-269°C（金铁银辂），最高可达+2800°C（餌-铢）；
（3）构造简单，利用方便。
热电偶一般是曲两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来超级方便。
图!
6-15热电偶工作原理图
符号：
BTT/C
原理：
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，组成一个闭合回路，如图7-15所示。
当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，由于热电效应，二者之间产生电动势，在回路中形成电流。
热电偶的一端将A、B两种导体焊在一路,
工作端置于温度为t的被测介质中，另一自由端在t。
的恒定温度下。
当工作端的介质温度发生转变时，热电势随之发生转变，将热电势输入显示仪表指示、记录，或送入微机进行处置，取得温度值。
热电势值与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极材料的成份及两头的温度有关，因此，用不同的导体或半导体材料可做成各类用途的热电偶，知足不同温度对象测量的需要。
热电偶分标准与非标准热电偶，前者是指国家标准规定了热电势与温度的关系和允许误差、有统一标准的热电偶及其配套的显示仪表。
非标准化热电偶没有标准化热电偶，和统一分度表，用于特殊场合测量。
我国从1988年起，热电偶和热电阻全数按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准为我国统一设计型热电偶。
如表7-1所列。
注塑机的料筒温度、油温、模具热流道的温度控制，就需要用热电偶进行检测再送入运算机中。
表7T
序号
分度号
热电偶名称
热电偶丝直径（mm）
等级偏差
I
ii
III
温度范闌•c
允许偏差
温度范闌•C
允许偏差
温度范闌•c
允许偏差
1
S
钳佬iota
1°C
1.5C
（t-uoo）x]r
600^1600
土
W600
±3”C
>600
土
2
B
钳佬30-
3C
钳佬6
硅
W400
±1.6-C
W400
±3CC
-200、0
土%t
>400
±%t
>400
±%t
4
J
铁-康铜
-10^750
±1・5°C或（±%t）
-・10、750
土2・5°C或（±%t）
5
R
钳佬13-
1°C
1・59
（t-1100）
x]r
600^1600
±%t
6
E
现珞■康铜
-・10、800
土1・5°C或（±%t）
■40为00
±2.5°C或
（±%t）
-200^40
土2・5"C.哑
（±%t）
7
T
铜■康铜
-40、350
±0・5C或
（±%t）
-10"350
±1・o°c或（土〉
-200^40
±rc或
<±%t）
二、执行系统电器
执行机构有：
电磁阀、气动阀加热线圈、电动机、接触器、报警灯、蜂鸣器等。
1.电磁阀线圈、气动阀
符号：
SOL
」管上通过电流会产生定向磁场，用于驱动各类功
图形：
原理：
在螺线能的电磁阀。
2.加热线圈符号：
EHTR图形：
3.电动机符号：
MMTR图形：
（1）交流异步电器直接启动特点
1电动机自身允许全压起动。
2生产机械能经受全压起动时的冲击转矩。
3起动时电动机端电压波动符合要求。
4电网容量足够大。
长处是：
方式简单、起动设备少、起动转矩大。
缺点是：
起动电流大，对机械的冲击转矩大，起动时电压降较大。
（2）交流异步电机启动的其它方式
1三相电阻减压起动。
2电抗器减压起动。
3自耦变压器减压起动。
4星三角减压起动。
5软启动器启动
6变频器启动
（3）交流异步电动机的星三角启动
笼型异步电动机Y-△起动法，是起动时，电动机定子绕组先作Y联结，待电动机转速升高到额定转速且正常运行时，将定子绕组改换成△联结。
起动时每相定子绕组所经受的电压降低到电源电压的1/V3,起动的线电流为△联结直接起动时线电流的1/3o能够有效地限制起动电流。
但起动转矩也减小到△联结直接起动时的起动转矩的1/3。
（4）电动机噪音的原因：
1机械磨擦（包括定子、转子扫膛）。
2单相运行，可断电再合闸，如不能起动，则可能有一相断电。
3转动轴承缺油或损坏。
4电动机接线错误。
5绕线转子异步电动机转子线圈断路。
6轴伸弯曲。
7转子或传动带轮不平衡。
8联轴器松动。
9安装基础不平或有缺点
（5）电动机过热原因：
1过载：
使定子电流过大。
2单相运行：
电源断相或开关触点接触不良。
3电源电压太低或接法错误（如△误接成Y）。
4定子绕组接地或相间、匝间短路。
5绕线转子线圈接线头松脱或笼型转子断条。
6转子扫膛。
7通风不顺畅。
4.接触器
符号：
KM
图形：
图7-16接触器结构示图
1一来弧罩2—触头压力弹簧片3—主触头4一反作用弹簧
5—线圈6—静铁心8—弹簧9一动铁心10—辅助常开触头
11一辅助常闭触头
原理：
接触器是电气控制设备中的主要电器，如图7-16所示，能够完成各类自动的接通和断开，用小电流的控制电路去控制大电流的主电路，如电机的启动及停止控制。
交流接触器山电磁系统、触头系统、灭弧室等部份组成。
常采用双断点式触头和双E形铁心电磁系统。
应按负载电流和电压来选择接触器，要综合考虑电路所需要的辅助触点的组数。
交流接触器的线圈电压是一重要参数。
5.电磁机构
电磁机构是电磁感测部份，是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，接通或分断电路，如图7-17所示。
电磁机构山吸引线圈、铁心、衔铁等部份组成。
磁路结构如图7-17所示，有三种型式：
（1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图7-17
（1）所示。
较普遍应用于直流电器中。
（2）衔铁沿轴转动的拍合铁心，如图7-17
（2）所示。
其铁心形状有E形和U形两种、多用于触点容量大的交流电器中。
（3）衔铁直线运动的双E型直动式铁心，如图7-17（3）所示、多用于交流接触器、继电器中。
电磁式电器分直流、交流两大类，都是利用电磁铁的原理而制成。
直流电磁铁的铁心是用整块钢材或工程纯铁制成，而交流电磁铁的铁心则用硅钢片叠钏而成。
按输入吸引线圈的电流种类有直流线圈和交流线圈。
直流电磁铁，铁心不发烧，只有线圈发烧，所以直流电磁铁的吸引线圈做成高而薄瘦高型，且不设线圈骨架，线圈与铁心直接接触，易于散热；交流电磁铁，山于铁心存在磁滞和涡流损耗，线圈和铁心都发烧，所以交流电磁铁吸引线圈设有骨架，使铁心与线圈隔
按照交流电磁吸力公式可知,有两个分量：
一个是恒定分量尺,其值
升级会员 