注塑机电气控制系统Word格式.docx

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θ

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，不画具体结构。

按照信号传递方向，用有向线段依次连接，如图7-4所示。

图7-4　自动控制框图

为了改善控制系统的动、静态性能，在系统中加上串联和并联校正装置，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）─—系统指定输入（入量）；

c（t）─—系统被控制量（输出量）；

b（t）─—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）─—系统的偏差，等于指定输入与主反馈量之差，即：

e（t）＝r（t）－b（t）。

指定环节─—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─—受控制器输出量的控制，输出是系统的被控量。

　　反馈环节─—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。

由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。

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Ug指定输入，经触发器和晶闸管整流转变成直流电压Ud，提供给直流电动机，产生一个Ug所要求的转速n。

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Ug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）

（2）

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，又称反馈控制，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。

测速发电机

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Ufn减小，偏差电压Δu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Ud增大，从而补偿了由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。

TL↑

→n↓→ufn↓→Δu=（Ug-ufn）↑→uk↑→ud↑→n↑

u～↓

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。

由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，又称自镇定系统。

　　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

二、注塑机控制系统要求

　　1．电路基础知识

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1s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Ω（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＝735W。

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。

1kW＝马力。

2．注塑机电控系统要求

注塑机工作循环：

闭

脱

注塑机液压系统控制框图，如图7-12所示。

图7-12　液压系统控制框图

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，其合模动作又分为：

慢——快——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，由各类继电器组件、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．电控系统硬件组成

（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（限位开关）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：

行程开关由操作机构、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）－单轮　　

（2）－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，也可用于高频计数、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

　　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由震荡器、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，由三极管V1、振荡线圈L及电容C1、C2和C3组成。

振荡器的输出加到三极管V2的基极上，经V2放大及二极管V7、V8整流，成为直流信号加至V3的基极，使V3导通。

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V4截止，V5导通，V6截止开关无输出。

当金属物靠近开关感辨头时，由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，V7、V8整流电路无输出电压，则V3截止，使V4导通，V5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

POS

　　原理：

电阻型线位移传感器采用可变电阻分压原理，将线位移转换成传感器的电阻转变，并变成电压信号传送。

　　注塑机，利用模板、螺杆移动的线位移检测对其运动速度和转速进行控制。

　　4．光电开关

同接近开关

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，由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～+1600℃都可持续测量，特殊热电偶最低可测到-269℃（金铁镍铬），最高可达+2800℃（钨-铼）；

　　（3）构造简单，利用方便。

热电偶一般是由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。

BTT/C

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t0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7-1

序号

分度号

热电偶名称

热电偶丝直径

（mm）

等级偏差

I

II

III

温度范围

℃

允许

偏差

1

S

铂铑10-铂

１℃

1.5℃

（t-1100）×

]℃

600~1600

±

%t

≤600

3℃

>

600

2

B

铂铑30-铂铑6

镍铬-镍硅

≤400

１.6℃

-200~0

400

4

J

铁-康铜

-40~750

１.5℃或（±

%t）

2.5℃或（±

--

5

R

铂铑13-铂

１.5℃

6

E

镍铬-康铜

-40~800

-40~900

-200~40

7

T

铜-康铜

-40~350

0.5℃或（±

１.0℃或（±

）

1℃或（±

　　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

SOL

在螺线管上通过电流会产生定向磁场，用于驱动各类功能的电磁阀。

2．加热线圈

符号：

EHTR

图形：

　　3．电动机

MMTR

（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-Δ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Δ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/√3，起动的线电流为Δ联结直接起动时线电流的1/3。

能够有效地限制起动电流。

但起动转矩也减小到Δ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Δ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

KM

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。

交流接触器由电磁系统、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。

电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等部份组成。

1－衔铁　2－铁心　3－吸引线圈

图7-17　电磁机构结构示图

磁路结构如图7-l7所示，有三种型式：

（1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图7-l7

（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-l7

（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-l7（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铆而成。

　　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，由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，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于铁心和线圈的散热。

按照交流电磁吸力公式可知，电磁吸力是一个两倍电源频率的周期性变量。

有两个分量：

一个是恒定分量F0，其值为最大吸力值的一半；

另一个是交变分量

，

，其幅值为最大吸力值的一半，并以两倍电源频率转变，总的电磁吸力

在从0到

的范围内转变，其吸力曲线如图7-18所示。

图7-18　电磁力曲线

电磁机构在工作中，衔铁始终受到弹簧、触头弹簧等反作使劲Fr的作用。

虽然电磁吸力的平均值F0大于Fr，但在某些时候Fat仍将小于Fri，如图7-18中画有斜线部份。

当Fat＜Fr时，衔铁开始释放；

当Fat＞Fr时，衔铁又吸合，如此复始，衔铁产生振动，发出噪声。

为此，必需采取有效办法：

在铁心端部开一个槽，槽内嵌入称为短路环或称分磁环的铜环，如图7-19所示，当励磁线圈通入交流电后，在短路环中有感应电流发生，该感应电流产生一个磁