摘 要： 介紹貝加萊可編程計算機控制器PCC 的硬件及開發(fā)編譯環(huán)境AS 軟件的特點；分析B&R PCC 應(yīng)用在大型注塑機控制系統(tǒng)的一些關(guān)鍵問題和系統(tǒng)軟硬件特性；提出了注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)的新思路。 關(guān)鍵詞： 注塑機 控制 貝加萊可編程計算機控制器 C 語言 硬件 軟件 目前國內(nèi)大型注塑機大部分采用PLC 或者基于單片機芯片的控制系統(tǒng)。雖然上述2 種方法可以完成注塑機的正常運行，但是該種控制系統(tǒng)存在以下不足：控制精度不高，開發(fā)周期長，保養(yǎng)維修升級困難。另外，注塑機正朝著高速、高效、低能耗和高自動化的方向發(fā)展，這就要求注塑機具有完善的自動化控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以確保對注射成型過程的工藝參數(shù)實行高重復度、高靈敏度的可靠性。運用B&R PCC 對意大利一品牌20 世紀80 年代后期產(chǎn)1 350t 大型注塑機的控制系統(tǒng)進行升級改造，取得良好效果，并具備了常規(guī)注塑機控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)的功能。 1 注塑機控制硬件系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)硬件由上、下位機組成。上位機包括工控機、面板及鍵盤；下位機包括PCC 控制器及擴展模塊。上位機采用帶486DX2CPU 的IPC2001 安裝了B&R Automation Runime V2.60操作系統(tǒng)，26.4cm （10.4 時）TFT 真彩屏，中英文操作界面，面板附帶注塑機專用30 鍵小鍵盤；下位機采用高性能可編程計算機控制器B&R PCC 一2003 系列CP476 ，該PCC 除了帶CPU 外還帶有獨立的TPU , 用于處理高速輸人／輸出（I／O）信號，擴展模塊DM465，DO435 ，旋人式模塊位移采集AI294 、壓力采集AI351、溫度采集AT664 和高速計數(shù)模塊AIl38 。上、下位機之間的通訊采用CAN 總線或者RS232 總線。該控制系統(tǒng)在人機界面上可對全線集中監(jiān)控，必要時可以外接moderm 實現(xiàn)遠程監(jiān)控；具備I / 0 口、加熱和壓力狀態(tài)顯示；自動故障報警與隨機幫助功能。 系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)緊湊，無論是旋人式還是擴展模塊都采用標準尺寸，利于控制柜設(shè)計和安裝。系統(tǒng)抗干擾性好，輸人／輸出模塊均帶有光偶隔離。輸入模塊可以將輸入的電流信號（0～20mA）和電壓信號（ 0～l0V ）直接轉(zhuǎn)換為0～32767 數(shù)字量信號。DO 模塊電流可以達到2A ，由于該執(zhí)行機構(gòu)電磁閥驅(qū)動電流高于2.5A ，所以DO 信號通過擴流驅(qū)動板放大驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)電磁閥。 PCC CP476 內(nèi)帶TPU ，實現(xiàn)高速信號I / （ ） ，能有效實現(xiàn)射膠7 段壓力和速度快速切換控制。為了激活TPU ，在系統(tǒng)軟件設(shè)計時需要初始化和設(shè)置LTX （ ）函數(shù)給TPU 分配通道。 2 軟件控制系統(tǒng) 2.1 B&R AS 開發(fā)環(huán)境 Windows 下編程環(huán)境Automaton Studio 支持標準C 、Basic 、梯形圖、指令表、順序結(jié)構(gòu)圖等6 種標準的開發(fā)語言。根據(jù)需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時，編程環(huán)境中除了包含豐富的常規(guī)函數(shù)庫和功能塊外，還包括注塑機專用函數(shù)庫plastliba ，利用該函數(shù)庫可以實現(xiàn)下文所述系統(tǒng)特性。 B&R 的PCC 控制器采用分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，具備大型計算機的分析能力。從注塑機控制要求出發(fā)，將鎖模、溫控等過程對實時要求不同的任務(wù)設(shè)置在循環(huán)時間不同的任務(wù)等級中（如表1） 2.2 系統(tǒng)軟件組織結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)軟件由下位機系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)和界面三部分組成，軟件采用C 語言編寫。 注塑工藝流程（見圖2）中熔膠和開模同時進行，因此軟件結(jié)構(gòu)上包含順序結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)。程序中插入掛起和喚醒功能函數(shù)，實現(xiàn)程序的順序和并行動作。組織結(jié)構(gòu)采用金字塔形由上至下4 個層次（見圖3） ，將流程圖各過程任務(wù)定義為執(zhí)行層并分布在不同標準任務(wù)層。按功能分為通訊、互鎖操作、數(shù)據(jù)操作、溫控、報警等。功能上除了可以滿足常規(guī)順序動作、多路并行動作之外，還可以實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)難以達到的幾個特性，可以顯著提高注塑機性能，更好地保護液壓系統(tǒng)。 上位機程序組織結(jié)構(gòu)和下位機相同，功能上分為通訊，數(shù)據(jù)保存和讀寫，曲線的繪制，參數(shù)輸人和輸出等。上、下位通訊以上位機為主動，下位機為被動，上位機定時讀寫下位機的相應(yīng)變量值。上位機界面設(shè)計可以在AS 下快速方便實現(xiàn)。 2.3 系統(tǒng)脫機模擬調(diào)試 為了實現(xiàn)脫機調(diào)試，在程序中添加模擬程序，主要是針對注塑工藝流程各動作的位移和行程開關(guān)閉合狀態(tài)的模擬。從而在脫機狀態(tài)就幾乎可以仿真注塑機動作，大大方便控制系統(tǒng)的調(diào)試，是一般注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)不具有的。 3 系統(tǒng)功能特點 3.1 運動控制特性 如何實現(xiàn)大型注塑機液壓系統(tǒng)的平順運行和保護是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。本系統(tǒng)從軟件設(shè)計上充分優(yōu)化液壓系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)低過沖、高精度。 活塞運動加減速段采用RAMP（ ）函數(shù)斜坡化控制或者用RAMP _ Ql（ ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線控制，每次運動減速位置點實時計算和補償，如油缸活塞行程末端緩沖減速采用RAMP _ Ql（ ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線處理。液壓系統(tǒng)電磁閥開閉進行延時補償，在人機面板上可以設(shè)定延時時長。 3.2 機鉸機構(gòu)線性化 該注塑機的合模機構(gòu)機鉸結(jié)構(gòu)為5 點肘桿式，動模板行程長達2m 。動模板運動狀態(tài)的測量是通過測量合模油缸的活塞桿來獲取，從而大大提高測量的精度和可靠性。 將機鉸結(jié)構(gòu)參數(shù)輸人到B&R togclac 軟件計算出活塞與動模板移動位置一一對應(yīng)的關(guān)系，數(shù)據(jù)保存并導入到工程生成數(shù)據(jù)模塊，再使用DA _ read（ ） 函數(shù)可以從數(shù)據(jù)模塊中讀取活塞和動模板位置的關(guān)系。 3.3 溫度控制系統(tǒng)特性 采用B&R 智能溫度PIDxh 和PIDXHOPT 功能塊可以計算出PID 參數(shù)，使溫度控制精確到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能塊可以優(yōu)化加熱程序。 3.4 熔膠背壓閉環(huán)優(yōu)化控制 該系統(tǒng)熔膠背壓采用閉環(huán)控制。背壓反饋值經(jīng)DI351 模塊輸人到CP476 的TPU 處理，比較設(shè)定值后再經(jīng)過PIDX（ ）函數(shù)優(yōu)化。 3.5 過程參數(shù)監(jiān)控 系統(tǒng)具備豐富的曲線輔助監(jiān)控和分析功能。面板可以顯示開合模等階段的速度、壓力、位置等曲線，還可以根據(jù)需要對各段溫控區(qū)和壓力進行實時曲線監(jiān)控，還可以選擇射膠、螺桿轉(zhuǎn)動、開鎖模和注射等單元的加工過程進行速度／時間、壓力／時間、速度／位置和壓力／位置的過程監(jiān)控。 3.6 系統(tǒng)通用擴展性 系統(tǒng)采用C 語言編寫，結(jié)構(gòu)完整清晰。軟件設(shè)計大量采用結(jié)構(gòu)變量體系，采用結(jié)構(gòu)變量描述各個部件的狀態(tài)和動作過程等。如頂出動作結(jié)構(gòu)變量包括了進和退過程的頂出行程，頂出各行程階段的速度和壓力；頂出動作延時、報警標志等變量。 該系統(tǒng)軟件通用性強，可以適合同系列不同噸位的注塑機。在日常維護更換零部件時，只需要在面板稍加修改參數(shù)而不需要繁瑣的調(diào)試，如更換頂出油路電磁換向閥時，倏改方向閥打開延時和關(guān)斷延時時長即可。 3.7 人機界面友好 人機界面圖文并茂，可以方便設(shè)置各結(jié)構(gòu)變量參數(shù)，如液壓電磁閥的開啟閉合延時；還可以設(shè)定動作的各方面參數(shù)，包括并行動作、抽芯組合和速度壓力設(shè)置。 4 總 結(jié) 采用貝加萊智能控制系統(tǒng)升級液壓機械式大型注塑機獲得成功，機器的整體性能超過了原有的PLC 外加溫控表的早期控制系統(tǒng)。不斷提高注塑機整體性能是永不停止的趨勢，在較少的硬件投入的基礎(chǔ)上獲得較多的產(chǎn)品附加值是產(chǎn)品競爭的關(guān)鍵。采用具有穩(wěn)定品質(zhì)的貝加萊智能控制系統(tǒng)，開發(fā)傳統(tǒng)液壓機械式注塑機的控制系統(tǒng)，一方面可以縮短開發(fā)周期和減少相應(yīng)的成本，另一方面可以提升注塑機的品質(zhì)和檔次，從而可以說是為國內(nèi)注塑機提升產(chǎn)品品質(zhì)國際競爭力開辟了一條新的道路。 參考文獻 1 劉躍軍,瞿金平，劉頂文．現(xiàn)代注塑機控制技術(shù)的現(xiàn)狀和展望．現(xiàn)代機械． 2 胡家芬，王強，汪永斌．PLC在注塑機改造中的應(yīng)用．寧波大學學報（理工版）. 3 趙先仲．ZS160 注塑機的單片計算機控制．航天工藝，1999 . 4 齊蓉．可編程計算機控制高級技術(shù)．西安：西北工業(yè)大學出版社，2000 . 5 北京化工大學，華南理工大學．塑料機械設(shè)計．北京：輕工業(yè)出版社，1995.