注塑機作為注塑制品的生產機械已被廣泛使用。隨著新型塑料材料的不斷產生及對注塑制品質量要求的不斷提高,提高注塑機本身的性能與精度已勢在必行。隨著自動化和計算機控制技術在注塑機上的應用,使智能控制注塑工藝過程的各參數達到最佳已成為可能。隨著塑料工業的發展,日本和德國等國家相繼推出了注塑機群控系統。這種方式可以保證注塑制品的精度,將最優的工藝條件存在計算機中,從而保證每一批注塑制品的質量,實現由單臺注塑機控制向車間自動化管理發展。針對目前大量使用的普通注塑機的特點,使用一臺PC機作為上位機,將數臺注塑機作為下位機以實現注塑機的智能監控。該系統具有多功能人機接口,能存取數據,以各種畫面顯示注塑機參數、控制變量、不同制品的成型條件、異常情況等特點,在此基礎上進一步實現注塑工藝過程參數的自適應控制和制品質量控制,從而實現對多臺注塑機的集中監督和管理。

1    智能監控系統的組成與主要功能

        注塑機智能監控系統的結構從功能上總體分為基礎控制級、過程監控級(上、下位機)兩層。其中基礎控制層把邏輯控制、順序控制和回路控制集成在一起進行控制,它構成了整個自控系統的基礎自動化部分,主要具有數據采集、通信、溫度控制、數據存儲、順序控制等5個功能;過程監控層在基礎控制系統的基礎上實現控制量輸入、注塑工藝流程監視、工況顯示、各種參數調節、數據處理、繪制實時曲線、儲存歷史數據、報警狀態監視等功能,并提供友好的人機界面,將人與計算機結合起來,實現人對過程的干預和人與計算機的集成。本系統主要實現的是過程監控。

        智能監控系統上/下位機主要功能模塊如下:

        (1)參數設置模塊  根據不同的注塑制品要求,設置不同的初始化參數,對注塑機進行控制。

        (2)狀態顯示模塊  顯示設備的運行狀態和各檢測量的數值,虛擬注塑機的動作過程,利用智能儀表控件實時直觀地顯示各檢測變量,通過狀態指示燈顯示開關量和報警。

        (3)數據管理模塊  管理和維護系統的數據庫,包括數據記錄的增加、刪除、修改和查詢等功能。數據庫作為系統數據記錄的載體,記載的不僅是狀態檢測的重要數據,而且也是故障診斷的重要依據,要將從數據采集組件傳來的實時數據及設備運行次數、故障時間、故障現象、故障原因、故障次數等數據入庫,方便用戶進行管理。

        (4)數據庫接口組件  在注塑機監控系統中,多個功能模塊都需要對數據庫進行頻繁的操作,每個模塊對數據庫的操作都可以通過數據庫接口實現,方便對數據庫的使用和維護。

        (5)自適應控制模塊針對不同的制品缺陷修改一定的參數,如修改注塑壓力或者注射溫度等,最終提出制品缺陷和故障的優化改進措施。

        (6)制品質量控制模塊實現注塑機監控系統的案例庫和規則庫,利用已有的故障案例和缺陷分析案例找出故障點,提出診斷方案以便及時排除故障,或者修改某個成型工藝參數來達到使制品完善的目的。

        (7)實時通信模塊實現數據采集與實時監控組件的數據通信,數據的傳遞要及時、準確。

        (8)下位機模塊采集注塑機上的熱電耦、電流表、電子位置尺、液位計、液壓馬達、行程開關等模擬量和數字量,為上位機提供數據,并能及時響應上位機發出的控制命令。

2    注塑機智能監控系統的關鍵技術

2.1  監控系統人機界面的設計

2.1.1    監控系統上位機主界面的設計

        根據注塑機的工藝流程利用VC++和MFC的強大功能編制注塑機監控界面。監控界面上注塑機系統的物理量有溫度、壓力、流量、速度、位移等。這些物理量在監控界面上通過采用ActiveX技術來實現。在用于ActiveX開發的所有工具中,MFC是功能強大且應用簡便的一個,它提供了對應用程序開發大有益處的兩個向導,即AppWizard和ClassWizard。按照面向對象思想,通過對控制對象進行類的合理抽象,將其分為模擬量與數字量兩個動態元素類及模擬界面的靜態元素類。其中動態元素類需要根據現場數據實時改變其數值、外觀顯示等屬性,而靜態元素類的外觀不需要實時改變,通過定時器和儀表指示圖標的使用,顯示參數的實時變化和對注塑過程的實時監控。

2.1.2    注塑過程工藝參數自適應控制與制品質量控制本

        智能系統利用一個優化的BP神經網絡,建立一個計算質量指標的數學控制模型,通過正交實驗的現場數據和方差分析技術確定自適應控制參數的調整順序,作為自適應模型的動態規則;通過研究專家知識和經驗知識確定參數調整的變化方向,作為自適應模型的經驗規則,從而實現對注塑制品成型過程工藝參數的實時智能控制。

        注塑制品的質量與注塑過程工藝參數值的選擇密切相關。當工藝過程中的各參數可以實現精確控制后,合理選定不同塑料在不同條件下的最佳工藝參數值,是保證制品質量的重要環節。為此本系統應用大型塑料仿真計算軟件Moldflow,得到制品結構特征變化時各種塑料在注射成型過程中的最佳工藝參數的變化規律,由此建立各種注塑制品結構特征與最佳工藝參數值匹配的工藝數據庫。依此數據庫,只要輸入制品的特定材料及特定結構特征,控制系統就能自動給定相應的最佳工藝參數�？紤]到實際使用條件與工藝數據庫開發計算條件之間存在的各種差異,建立了依據制品缺陷對工藝參數自適應的模糊控制規則。系統工作時,只要配上制品缺陷檢測手段或人機對話,就可以保證系統自動修正工藝參數給定值達到最優狀態。

2.1.3    數據庫技術在監控系統的應用

        在注塑機智能監控系統中,多個功能模塊都需要對數據庫進行頻繁的操作,每個模塊對數據庫的操作都可以通過數據庫接口實現,方便對數據庫的使用和維護。為了將用戶所作的每次參數設定保存下來,需要采用數據庫技術。本系統通過監控實時數據庫來進行注塑機歷史優化數據的存儲與檢索、注塑機故障報警的處理與存儲、數據的運算處理、I/O數據連接。圖形界面系統、I/O驅動程序等以監控實時數據庫為核心,通過高效的內部協議相互通信,共享數據,達到工藝初始化參數的傳輸、調整、接收過程,實現監控系統內部模塊的關聯性。

2.2    串行通信技術

2.2.1    PLC的參數設置PLC在通信之前必須對它的系統寄存器進行設置。PLC與PC機的數據通信一般采用自由斷口通信模式,參數設置為波特率9600bps,每個字符8位數據位,無奇偶效驗,停止位為1。

2.2.2    通信協議的編制注塑機的通信協議與其要實現的功能密不可分,規定好協議要實現的功能集合可減輕協議設計的復雜程度,最大限度地降低系統成本,提高系統的可靠性�？偨Y實際用戶對注塑機控制系統設計的基本要求及分析系統的硬件結構,注塑機通信協議要實現的功能有下列幾點:

        (1)傳輸模具資料監控中心可任意跟蹤單個或多個移動目標,同時設定目標巡檢周期。

        (2)監控工序狀態遇到異常情況時可向監控中心報警,中心鎖定并跟蹤該目標直到解除報警。

        (3)監控參數監控中心可以向監控目標發送預定義的指令,指示移動目標完成特定操作。

        (4)監控系統I/O變化。

3    結語

        該智能監控系統使用一臺PC機作為上位機,多臺注塑機作為下位機,實現了注射成型過程的全閉環控制。本系統實現了整個生產過程的實時控制,通過自適應控制模塊和制品質量控制模塊,使智能控制注塑工藝過程的各參數達到最佳,性能可靠穩定,降低了成本,減輕了勞動強度,達到了比較滿意的結果。