Оборудование заводов по переработке пластмасс

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЛИТЬЕВОЙ МАШИНОЙ

Для нормальной работы литьевой машины система управления должна поддерживать от цикла к циклу одинаковыми темпе­ратуру и давление поступающего в форму расплава, а также обеспечивать одинаковую массу впрыскиваемого в форму ма­териала. Для этого в систему управления включаются три основных управляющих блока: шкаф тепловой автоматики, управляющий температурами нагревателей пластикатора и температурой формы; блок управления гидроприводами испол­нительных механизмов машины, в который входят регуляторы скорости и давления впрыска, регуляторы дозы впрыска, регу­ляторы усилия и скорости смыкания; реле-программатор, опре­деляющее последовательность выполнения и продолжитель­ность каждой стадии цикла.

В настоящее время различают три основных типа систем управления.

Первый тип — электромеханические системы, в которых для контроля температур используются традиционные приборы теп­ловой автоматики, программирование литьевого цикла осуще­ствляется при помощи штифтовых (кулачковых) программато­ров, а управление каждой стадией цикла — с помощью конеч­ных выключателей. Регулирование скорости перемещения рабо­чих органов, частоты вращения червяка пластикатора, скорости и давления впрыска, как и усилия смыкания, производится при помощи настройки традиционной аналоговой гидравличе­ской аппаратуры (дросселей регуляторов скорости и золотни­ковых регуляторов давления).

Второй тип — электронные системы с числовым программ­ным управлением. Системы управления этого типа состоят из серии бесконтактных электрогидравлических регуляторов, в ко­торых вместо механических контактов применены транзистор­ные вентили; копиров и датчиков перемещения червяка пласти­катора, настраиваемых дистанционно с клавишных пультов. В качестве датчиков перемещения могут применяться фотоэле­менты, шаговые устройства типа зубчатой рейки и аналоговые датчики типа ползунковых потенциометров.

Скорость и давление впрыска, как и. противодавление плас­тикации, регулируется с применением систем управления с обратной связью. Недостатком систем управления без обрат­ной связи является существование зоны нечувствительности регуляторов. Допустим, что регулятор срабатывает только в том случае, если значение регулируемого параметра (давления, расхода) изменится более чем на 1%. Это означает, что если управляющий сигнал изменяется менее чем на 1%, то испол­нительный механизм просто игнорирует это изменение. Совер­шенно иначе выглядит эта же ситуация в системе с обратной связью (рис. 7.34).

В такой системе управляющий сигнал (обычно называемый сигналом разбаланса) определяется в блоке сравнения 5 как разность между заданным и фактическим значением скорости (разность между заданным напряжением и фактическим на­пряжением, поступающим из преобразователя 4). Эта разность может быть очень мала, поэтому сигнал рассогласования, прежде чем он подается к регулятору 6, во много раз усили­вается. Таким образом, клапан реагирует на величину откло­нения гораздо большую, чем фактическая. Достижимая точ-

Рис. 7.34. Схема пропорционального регулятора скорости, работающего в замкнутом контуре управления:

1__ гидроцилиндр осевого перемещения

Червяка пластикатора; 2 — червяк; 3 — дат­чик перемещения; 4 — преобразователь сигнала перемещения в сигнал «скорость впрыска»; 5 — блок сравнения и усилитель управляющего сигнала; Є — пропорциональ­ный регулятор давления.

Ность поддержания заданного значения скорости зависит прежде всего от собственной частоты управляемой системы и величины ее коэффициента демпфирования. Собственная часто­та системы определяется в основном массой передвигающихся деталей (поршня, штока, червяка и жидкости), площадью поршня и модулем объемного сжатия гидравлической жидко­сти. Для увеличения собственной частоты системы нужно све­сти к минимуму объем жидкости в трубопроводе, соединяющем регулятор с гидроцилиндром. Поэтому регулятор следует рас - ■ полагать как можно ближе к гидроцилиндру.

Исследования последних десятилетий показывают, что рав­нопрочные изделия с гладкой поверхностью удается получать, если скорость распространения фронта потока в форме во время ее заполнения сохраняется неизменной. Поскольку на практике сечение канала, >по которому движется поток, не остается неизменным, для того чтобы удовлетворить этому требованию, в систему управления скоростью впрыска встраи­вается блок программного изменения этого параметра. Управ­ляющий сигнал поступает от того же датчика перемещения черьяка, который используется для определения скорости впрыска. Число заданных значений скорости впрыска зависит от сложности отливки, однако оно не может быть меньше трех (движение фронта в литьевой втулке, в полости формы в про­цессе заполнения и в полости формы в конце стадии заполне­ния).

Типичным примером машин такого типа являются литьевые машины KuASY серии 400/100 (ГДР). Электронно-гидравличе - ская система управления этих машин обеспечивает:

Числовое задание любого из 14 значений скорости впрыска Для каждого из четырех независимых участков хода впрыска. Эти значения получают, разделив максимальную скорость впрыска на четырнадцать интервалов, отличающихся друг от Друга на. 8 мм/с;

Числовое задание давления впрыска может осуществляться независимо на двух участках хода впрыска. Задаваемое значе­ние давления впрыска выбирается из 16 возможных значений, полученных делением максимального давления впрыска на 16 равноотстоящих уровней.

Величина противодавления может изменяться от 0,15 до 21 МПа с шагом 0,15 МПа.

Доза впрыска на этих машинах контролируется по смеще­нию червяка с помощью фотоэлектронного датчика с разре­шающей способностью по смещению червяка не менее 0,5 мм.

Третий тип — микропроцессорные системы управления. В состав микропроцессорных систем управления входит чис­ленно программируемая система управления, два микропроцес­сора, блок памяти, в котором хранится набор стандартных программ; устройства для ввода и считывания программ тех­нологического цикла с носителей информации (магнитных карт, перфокарт или перфолент); дисплей, на экран которого выво­дится по требованию вся необходимая информация о рабочих параметрах процесса; электрическое цифровое печатающее устройство (ЭЦПУ) для вывода на печать необходимой тех­нологической информации.

ЭВМ управляет всем циклом литья, осуществляя одновре­менно три вида функций: контроль всех регулируемых пара­метров технологического процесса, наблюдение за ходом дан­ного литьевого цикла, предупреждение оператора о выходе любого контролируемого параметра процесса за допустимые пределы или о неправильной работе какого-либо из агрегатои машины. Как правило, ЭВМ контролирует в процессе работы более двадцати параметров, включая температуру расплава, давление, скорость впрыска и ее программное изменение, дозу впрыска, температуру формы, усилие смыкания, длительность и заданную последовательность каждой стадии литьевого цикла.

Типичная современная микропроцессорная система управ­ления состоит из двух восьмибитных микропроцессоров, блока твердой памяти, кассетного магнитофона, блока внешней па­мяти на магнитной ленте. Для диалога оператор— машина служит пульт оператора (рис. 7.35), на котором обычно рас­положен дисплей 1 черно-белый или цветной, 20-колонная пе­чать (ЭЦПУ) 3, клавишный пульт 2 и мнемосхема 4, состоя­щая из изображения машины 4 и сигнальных ламп 5, опреде­ляющих текущее положение отдельных механизмов. Задание необходимой последовательности стадий цикла и продолжи­тельности каждой из них осуществляется с пульта оператора, Для этого на клавиатуре управления имеется 18 клавиш А, на каждой из которых изображен символ соответствующего механизма и указан его адрес. Фактическое значение вводимо­го параметра набирается на числовой клавиатуре Б. Дополни­тельные клавиши служат для переключения пульта с режима набора последовательности и продолжительности стадий цикла на режим ввода значений технологических параметров (темпе­ратур по зонам, дозы впрыска, скорости впрыска, давления и скорости впрыска). Система регулирования температур обыч­но обеспечивает поддержание заданной температуры в интер-

Вале 40—500°С с точностью ±0,5°С. При этом, если величина рассогласования между фактическим и заданным значением температуры превышает 5 °С, система управления работает как двухпозиционный регулятор. При меньшей разнице температур система регулирования работает как пропорциональный регу­лятор с интегральным и дифференциальным звеном.

Программный регулятор стадий цикла позволяет незави­симо задействовать до 128 команд-положений и обычно содер­жит не менее 16 независимых счетчиков и 8 таймеров (реле времени).

Управление технологическим циклом осуществляется по одной из трех программ.

По заданному давлению в полости формы. Работая по этой программе, ЭВМ контролирует скорость впрыска, ведя процесс заполнения по заданной технологиче­ской карте, и прекращает заполнение в тот момент, когда дав­ление в форме достигает заданного значения. С этого момента последовательно включаются программы «выдержка под дав­лением», «продолжительность охлаждения» и т. д.

Самонастраивающаяся (адаптивная) система коррекции дозы впрыска автоматически вводит поправку в заданное зна­чение дозы по положению плунжера цилиндра впрыска в мо­мент достижения максимального давления.

Разновидностью самонастраивающейся системы, ведущей процесс по заданному давлению впрыска, является ■ разрабо­танная в 1973 г. фирмой «Тошиба» (Япония) система «Инжект - мастер». Особенность этой системы состоит в отсутствии дат­чика давления. Вместо него в качестве индикатора давления используется деформация колонн механизма смыкания, опре­деляемая по величине хода раскрытия формы, замеряемой с

С

В

О. — зависимость массы отливки от величины раскрытия формы при литье шкатулки из поликарбоната; б — работа самонастраивающейся системы, выводящей машину в опти­мальный режим.

Помощью специального индуктивного датчика перемещения, устанавливаемого на неподвижной плите механизма смыка­ния.

П;ри использовании системы «Инжектмастер» усилие смы­кания подбирается таким образом, чтобы в конце стадии за­полнения, когда давление в форме достигает максимального значения, форма слегка приоткрывалась, а затем по мере снижения давления, вызванного процессом термической усадки, вновь закрывалась. Величина хода раскрытия оказывается при этом очень чувствительным индикатором фактического дав­ления в форме, которое однозначно связано с массой отЛивки (рис. 7.36). На рис. 7.36, а можно выделить три области. Об­ласть А, которой соответствует величина раскрытия 0—0,03 мм. Отлитые в этом режиме изделия оформлены не полностью. На их поверхности имеются утяжины в районе впуска. Масса этих бракованных изделий составляет от 103,85 до 106,60 г. Дальнейшее увеличение давления впрыска, проявляющееся в увеличении раскрытия формы до 0,05 мм (область В), сопро­вождается увеличением массы изделий до 107,30 г. Изделия с такой массой полностью оформлены, глубина утяжин посте­пенно уменьшается до полного исчезновения у отливок массой 107,52 г (область С).

Самонастраивающая система управления «Инжектмастер» обеспечивает автоматический вывод машины на режим формо­вания отливок с оптимальной массой (рис. 7.36,6) следующим образом. Величина раскрытия формы, определенная экспери­ментальным (или расчетным) методом, задается на пульте «Инжектмастера». Если начальная установка дозы оказывает­ся несколько заниженной, то первые 10 изделий получаются с недоливом, но одновременно регулятор дает команду на по­стоянное увеличение дозы с шагом, вначале равным 0,5 г. За­тем по мере увеличения раскрытия формы шаг увеличения объема отливки уменьшается до 0,02 г за цикл и на 20-м цикле
машина выходит на оптимальный режим, в котором отливают­ся изделия только хорошего качества.

По заданной величине дозы впрыска, опре­деляемой ходом плунжера гидроцнлиндра впрыска. Этот ме­тод применяют в том случае, если форма не имеет датчиков давления расплава. При работе по этой программе скорость впрыска контролируется на протяжении всей стадии заполне­ния. По достижении плунжером цилиндра впрыска крайнего переднего положения впрыск прекращается и включается про­грамма выдержки под давлением.

По заданной величине максимального давления в гидросистеме цилиндра впрыска, момент достижения которого определяется при помощи датчика давления, установленного в гидросистеме. При этом обязатель­но контролируется скорость впрыска, так как в противном случае из-за очень высокой скорости заданное давление может быть достигнуто до заполнения формы.

Система сбора экономических данных позволяет автомати­чески регистрировать время простоев и учитывать ряд других затрат на эксплуатацию литьевой машины. Применяемая си­стема регистрации потерь времени позволяет дифференциро­вать их по следующим категориям: потери на пересменку, на наладку, на планово-предупредительный ремонт, потери из-за отсутствия оператора, потери, связанные с заменой форм, с от­сутствием сырья. Система самодиагностики обеспечивает ав­томатическое и своевременное выявление узлов и агрегатов, которые утратили большую часть своего эксплуатационного ресурса и дальнейшая эксплуатация которых может привести к изготовлению некачественных изделий.

Наличие устройств для ввода программ на магнитных лентах позволяет при замене формы существенно упростить переход с одного технологического режима на другой, по­скольку изменение всех технологических параметров может осуществляться самим процессором после ввода в него новой программы.

Применение адаптивных систем управления существенно уменьшает продолжительность пускового периода, позволяя одновременно в два — три раза сократить число полученных на этой стадии некондиционных изделий.