塑料注射成型機(jī)，簡(jiǎn)稱注塑機(jī)，是我國(guó)產(chǎn)量和應(yīng)用量最大的塑料機(jī)品種。我國(guó)自行生產(chǎn)的第一臺(tái)注塑機(jī)誕生于20世紀(jì)50年代后期，經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，目前已能生產(chǎn)大部分機(jī)種。盡管如此，我們的技術(shù)水平與世界先進(jìn)國(guó)家相比還是有著不小的差距。正如我國(guó)著名的塑機(jī)專家王興天（北京化工大學(xué)教授）所說(shuō)，塑機(jī)是整個(gè)塑料產(chǎn)業(yè)中最能體現(xiàn)核心技術(shù)價(jià)值的領(lǐng)域，但在這個(gè)領(lǐng)域，我們幾乎不擁有重要的核心技術(shù)。

注塑機(jī)的控制技術(shù)是提升注塑機(jī)整體技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)之一。注塑機(jī)的控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過(guò)程。注塑機(jī)由于使用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使智能控制注塑工藝過(guò)程各參數(shù)達(dá)到最佳成為可能，同時(shí)控制方式也發(fā)生了從開(kāi)環(huán)到閉環(huán)的轉(zhuǎn)變。

一、注塑過(guò)程的控制變量

從目前的技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，注塑機(jī)的過(guò)程控制主要是通過(guò)對(duì)注塑過(guò)程的可控工藝參數(shù)進(jìn)行控制。

注塑機(jī)的可控變量有兩種，一類是基本以模擬量形式的輸入變量，如料筒各段溫度、聚合物熔體溫度、螺桿溫度、模具溫度、注射系統(tǒng)壓力、螺桿轉(zhuǎn)速等；另一類是數(shù)字量形式的輸入變量，如螺桿后退停止位置、注射座前后位置、模板向前和向后運(yùn)動(dòng)以及超行程等。根據(jù)這些輸入變量，我們可以進(jìn)行對(duì)注塑參數(shù)和溫度的控制。

1、注塑參數(shù)的控制

注塑參數(shù)的控制主要有對(duì)注射速度與注射壓力的控制、PVT保壓過(guò)程控制、緩沖量控制、背壓控制等。注射速度是指螺桿向前推進(jìn)的速度，其速度快慢會(huì)影響到注射壓力、熔體流率等參數(shù)，并直接影響到制品質(zhì)量。對(duì)注射速度的控制包含兩種含義：一個(gè)是對(duì)螺桿（或柱塞）推進(jìn)物料的速度進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制。另一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)速度同時(shí)進(jìn)行位置和速度值的多級(jí)切換，稱為多級(jí)注射速度切換或控制。

對(duì)于注射壓力的控制，傳統(tǒng)注塑機(jī)一般基于行程和時(shí)間來(lái)進(jìn)行壓力切換，其控制也包含兩層含義：一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)物料的壓力進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制。另一個(gè)是對(duì)螺桿推進(jìn)壓力同時(shí)進(jìn)行位置和壓力值的多級(jí)切換，稱為多級(jí)注射壓力切換或控制。傳統(tǒng)注塑機(jī)的這種從注射壓力到保壓壓力采用位置切換，而到保壓階段就從位置切換轉(zhuǎn)入用時(shí)間切換多級(jí)保壓壓力的控制方法，其精度和穩(wěn)定性都較差。先進(jìn)注塑機(jī)的注射壓力控制是依靠檢測(cè)模腔壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力切換的，即通過(guò)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的程序來(lái)控制。也就是切換點(diǎn)的壓力值先存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，其后轉(zhuǎn)換成邏輯控制信號(hào)，如果模腔中的壓力與設(shè)定值相同，則立即切換到保壓控制。

現(xiàn)代注塑機(jī)的保壓控制采用精度和穩(wěn)定性較高的PVT保壓控制，即先用壓力和溫度傳感器對(duì)模腔壓力和模腔溫度及噴嘴處的物料溫度進(jìn)行檢測(cè)，并作為反饋信號(hào)輸入給控制裝置進(jìn)行“PVT”（T—模腔中物料的溫度，V—比容，P—模腔壓力）邏輯運(yùn)算，再發(fā)出指令對(duì)比例壓力電磁閥進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，從而使注射與保壓時(shí)的系統(tǒng)油壓能按PVT特性曲線的指令變化。模內(nèi)熔體的溫度是時(shí)間的函數(shù)，該溫度是通過(guò)傳感器進(jìn)行連續(xù)地檢測(cè)來(lái)獲得的。

緩沖量控制是對(duì)螺桿頭部余料的控制，它起著緩沖與控制注塑量精度的作用。它是通過(guò)位移傳感器對(duì)螺桿位置的檢測(cè)，并根據(jù)前次螺桿位置檢測(cè)的記憶信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后而獲得下次螺桿位置的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。

螺桿在預(yù)塑時(shí)，計(jì)量室中熔體的壓強(qiáng)稱為背壓。背壓控制是為了減少軸向溫差，有利于熔體壓實(shí)。它是通過(guò)預(yù)選油壓的多級(jí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)螺桿預(yù)塑時(shí)，其在物料的作用下要后退，這就會(huì)使注射油缸腔的回油經(jīng)過(guò)背壓閥流回油箱，因此通過(guò)調(diào)整背壓閥在螺桿不同位置時(shí)的泄油壓力可調(diào)節(jié)螺桿頭部熔體的壓力（剪切熱），從而使其軸向溫差得到調(diào)節(jié)。

2、溫度控制

溫度控制主要包括對(duì)料筒溫度、料口處溫度、噴嘴溫度、模具溫度、油溫進(jìn)行控制。

料筒溫度就是料筒表面的加熱溫度。料筒的溫度控制是注塑工藝的重要參數(shù)，溫度控制不好將直接影響到制品的質(zhì)量。注射料筒的加熱段一般分3~4段，通過(guò)一次儀表（熱電偶）和二次儀表對(duì)加熱電阻圈的控制與調(diào)節(jié)而形成閉環(huán)控制回路。

料口處的溫度控制直接影響到固體料的摩擦系數(shù)和輸送效率，良好的溫控能使料筒其他部分物料的溫度得到更加穩(wěn)定地控制。此溫度是用熱電偶檢測(cè)并通過(guò)PDPI控制循環(huán)冷卻水流實(shí)現(xiàn)控制的。

噴嘴溫度控制的好壞不僅會(huì)影響到注塑過(guò)程能否穩(wěn)定工作，而且直接影響著高溫熔體通過(guò)噴嘴時(shí)的剪切熱和剪切流動(dòng)。噴嘴溫度的控制是通過(guò)熱電偶來(lái)完成的。

模具溫度是指與制品相接觸的模腔表面溫度，它會(huì)影響充模、冷卻和保壓過(guò)程。模具溫度的控制也是通過(guò)熱電偶來(lái)完成的。

注塑機(jī)的油溫是指液壓系統(tǒng)工作油的溫度，它對(duì)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性及注塑制品質(zhì)量有著重要的影響，因而在注塑機(jī)系統(tǒng)中必須配有油溫控制裝置，通過(guò)溫度傳感器的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)油溫的加熱和冷卻控制。

二、我國(guó)注塑機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)展

1、傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡(jiǎn)單的繼電器、接觸器控制，控制方式多為開(kāi)環(huán)控制，即按照預(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行控制（預(yù)先設(shè)定好各參數(shù)值，由機(jī)器在生產(chǎn)過(guò)程中加以保持）。這種控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差，控制精度低。

2、可編程序控制器控制方式

20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的可編程序控制器(PLC)是一種較好的控制裝置，它由中央處理單元(CPU)、輸入輸出(I/O)、存貯器、編程器等組成。控制程序由用戶輸入到存貯器中，CPU以掃描工作方式按照程序判斷輸出狀態(tài)，來(lái)實(shí)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。

我國(guó)對(duì)PLC控制裝置來(lái)實(shí)施在注塑機(jī)中的應(yīng)用大多是從對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的改造開(kāi)始，目前國(guó)內(nèi)的注塑機(jī)大部分采用PLC控制系統(tǒng)。采用PLC控制可以實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)，注射成型過(guò)程的工藝參數(shù)控制也能夠得到基本保證。PLC控制主要是利用位移傳感器等進(jìn)行動(dòng)作程序和過(guò)程程序的切換，并能夠?qū)崿F(xiàn)比例壓力和比例流量控制。同時(shí)可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯控制，也可以兼有模擬量(如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)的閉環(huán)控制。借助鍵盤(pán)和液晶或數(shù)碼顯示，可設(shè)定或修改工藝過(guò)程參數(shù)，并設(shè)有預(yù)警系統(tǒng)和故障顯示指示燈以監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程，從而大大提高了整機(jī)性能。

由于PLC控制方式可使注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，即按照在線測(cè)量值與設(shè)定值的偏差通過(guò)負(fù)反饋回路進(jìn)行控制，因此當(dāng)注射速度、注射壓力、模腔溫度、模腔壓力、熔體溫度和油壓等參數(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中因干擾出現(xiàn)偏差時(shí)，機(jī)器可通過(guò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)針對(duì)干擾自動(dòng)進(jìn)行修正。從而使PLC控制方式較傳統(tǒng)方式的抗干擾能力及控制精度有了很大程度的提高。
然而PLC控制方式也有其不足的地方，如它的抗干擾性、可靠性和溫度控制精度在有些時(shí)候還顯得不夠理想。對(duì)此，華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心瞿金平教授等人采用了新型的PLC裝置，即貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)，使液壓機(jī)械式大型注塑機(jī)得到成功的升級(jí)。這是我國(guó)注塑機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一種新思路。

3、計(jì)算機(jī)控制方式

采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制是更為高級(jí)的控制方法，這是注塑機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前微機(jī)控制系統(tǒng)主要有單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)兩大類型。單機(jī)系統(tǒng)采用單板結(jié)構(gòu)可將信息的采集、轉(zhuǎn)換和處理融為一體，其結(jié)構(gòu)由A/D、D/A、數(shù)字1/0以及比例放大器或外加比例放大器構(gòu)成。北京科技大學(xué)潘誠(chéng)等人開(kāi)發(fā)的一款結(jié)合了實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)油壓系統(tǒng)的閉環(huán)控制卡和與之配套的上位機(jī)監(jiān)控軟件的系統(tǒng)就屬于這種單機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在震雄集團(tuán)(深圳)有限公司已投入試用，效果良好；多機(jī)系統(tǒng)則采用多處理機(jī)結(jié)構(gòu)和大板式設(shè)計(jì)，可將功能進(jìn)行分配，由若干CPU獨(dú)立完成相應(yīng)的工作，如其中的一個(gè)CPU專門(mén)用于協(xié)調(diào)和傳輸有關(guān)指令，并經(jīng)過(guò)并行口和串行口傳輸數(shù)據(jù)。這兩類控制器的結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，基本能夠滿足不同層次的需求。

值得一提的是，陜西科技大學(xué)徐元昌等人開(kāi)發(fā)出了一個(gè)用于多臺(tái)注塑機(jī)控制的群控系統(tǒng)方案，用PC機(jī)作為上位機(jī)并用其串行通訊口與下位機(jī)8098通訊控制注塑機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了主機(jī)指揮監(jiān)督從屬機(jī)的功能。為便于操作，該系統(tǒng)還使用了PC機(jī)操作界面作為人機(jī)接口，從而實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)的順序動(dòng)作和溫度、速度、壓力等工藝參數(shù)的自動(dòng)化控制。

三、注塑機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前世界發(fā)達(dá)國(guó)家的注塑機(jī)控制技術(shù)比較先進(jìn)、成熟，其特點(diǎn)是普遍采用實(shí)時(shí)閉環(huán)控制和CRT或LCD顯示屏的過(guò)程監(jiān)控，并通過(guò)多重處理將盡可能多的處理工作分配給外圍裝置完成，以提高注塑機(jī)內(nèi)的通訊能力，減輕主控部分負(fù)荷。這在一定程度上代表了注塑機(jī)控制技術(shù)的未來(lái)走向。

展望未來(lái)，相信隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，將使注塑機(jī)朝著自動(dòng)化、節(jié)能化、智能化、無(wú)人化等方向發(fā)展。如采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制和程序化控制，使注塑機(jī)具有自動(dòng)控制、自動(dòng)診斷、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償功能；控制系統(tǒng)實(shí)行模塊化、集成化；采用成組技術(shù)，實(shí)施多臺(tái)注塑機(jī)的群控。