全球化的注塑機(jī)提供商 Husky 公司的控制系統(tǒng)，采用了 Beckhoff 提供的基于工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線組件和軟件的技術(shù)。Beckhoff 解決方案所遇到的挑戰(zhàn)是采用軟 PLC 進(jìn)行機(jī)械控制、軟件 NC 用于電子軸和集成的液壓軸驅(qū)動(dòng)和溫度控制。 我們對(duì)塑膠產(chǎn)品已成為十分熟悉并司空見(jiàn)慣，以至于很少關(guān)注所使用的塑料產(chǎn)品。事實(shí)上，許多塑料制品都是由注塑機(jī)制成的。這些最終產(chǎn)品種類繁多且看似微不足道：酸奶杯、圓珠筆桿、飲料瓶、汽車后視鏡片、保險(xiǎn)杠、洗衣籃、桶 、醫(yī)學(xué)容器等，這些只是我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫降母鞣N塑料產(chǎn)品的一小部分。但是，這些產(chǎn)品的尺寸大小有明顯的不同，小到如模型制作組件，大如汽車引擎蓋，因此也要求各種不同型號(hào)的注塑機(jī)來(lái)生產(chǎn)不同尺寸的塑料制品。這對(duì)于注塑機(jī)來(lái)說(shuō)就是模具的噸位不同。 采用 TwinCAT 控制核心的注塑機(jī) 為了提供模具所需的夾緊力，注塑機(jī)廠商一般采用的液壓元件或機(jī)械、 電動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)夾具。但是，各種大小的注塑機(jī)的工藝基本是一樣的：塑料粒通過(guò)一個(gè)料斗進(jìn)入料筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)和料筒溫度的作用下融化。模具通過(guò)一個(gè)固定的壓力鎖緊。為了保證融化了的塑料在高壓下不會(huì)泄漏，必須要高精度保持和控制鎖模力。當(dāng)螺桿前端有足夠的融化好的塑料后，螺桿被用作注射工具將塑料液從噴嘴注射到模腔內(nèi)并且保證塑料液維持在一定的壓力下。經(jīng)過(guò)一定的冷卻時(shí)間，螺桿位置退后，模具打開(kāi)，成型的塑料制品通過(guò)頂出裝置或機(jī)械手臂從模腔內(nèi)取出。然后機(jī)器開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。這個(gè)過(guò)程中機(jī)器必須滿足一系列要求： 1. 零件品質(zhì)高：優(yōu)化工藝及其參數(shù)，必須確保能夠連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)零件，也就是零件具有良好的物理特性（大小、重量、密度、顏色、甚至氣味）。此處機(jī)器的機(jī)械裝置和控制是關(guān)鍵。 2. 循環(huán)周期短：由于機(jī)器常常運(yùn)行在無(wú)人值守狀態(tài)且 24小時(shí)運(yùn)作，節(jié)省 0.1 秒的制造周期都將增加產(chǎn)出。 3. 便于參數(shù)調(diào)整和維修：在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)操作者必須能夠盡快地解決問(wèn)題，出錯(cuò)信息提示和附加的在線工具（例如維修視頻幫助）都將有助于此。為滿足這個(gè)要求，機(jī)器可視化軟件 HMI（人機(jī)界面）扮演了重要角色。 4. 有效的作業(yè)保護(hù)：熱熔塑料及高壓具有潛在的傷害危險(xiǎn)，它必須在設(shè)計(jì)和工程中得到控制。 5. 有效的系統(tǒng)保護(hù)：卡住、粘連或部分移動(dòng)模具可能會(huì)損害最昂貴的注塑機(jī)部件——模具。模腔或芯的輕微擦傷極易顯現(xiàn)在產(chǎn)品上，并可導(dǎo)致模具無(wú)法使用。 6. 有效利用資源：這包括通過(guò)減少機(jī)器啟動(dòng)次數(shù)和廢料以及在生產(chǎn)過(guò)程中電力和水的消費(fèi)量來(lái)減少對(duì)環(huán)境影響。 Husky 的機(jī)器擁有流體力學(xué)夾具。注射單元螺桿由液壓或電子伺服驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同樣用在取出塑料制品的機(jī)械手上。 一臺(tái)工業(yè) PC 取代 4 個(gè)傳統(tǒng)控制器 多年前，注塑機(jī)市場(chǎng)上對(duì)機(jī)械的要求不斷提升，Husky 決定引進(jìn)新一代基于 PC 的控制系統(tǒng)。相對(duì)于注塑行業(yè)傳統(tǒng)的控制架構(gòu)，先進(jìn)的 PC 控制展現(xiàn)出許多不同之處：在該行業(yè)中傳統(tǒng)概念是基于許多不同的專用控制器和硬件PLC。在液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器中，PLC 控制整個(gè)機(jī)器過(guò)程，并要與注射控制器、夾具控制器、溫度控制器進(jìn)行通訊。電動(dòng)注塑機(jī)中，獨(dú)立的伺服控制器控制各個(gè)軸。傳統(tǒng)的 HMI是基于一個(gè)工業(yè) PC，該工業(yè) PC 并沒(méi)有任何控制功能。所有的組件都通過(guò)并行電纜鏈接到控制柜。 [ALIGN=CENTER] 控制面板具有 TFT 觸摸、軟鍵盤(pán)和用戶 ID 系統(tǒng)。[/ALIGN] Husky 公司新的控制理念是將所有的功能集成到控制柜內(nèi)的一個(gè)工業(yè) PC 中，它取代了原先的各種控制器和 PLC。機(jī)器信號(hào)通過(guò) Profibus 主站接口卡和連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上的Beckhoff 總線端子模塊采集并傳送。分布式連接到 Profibus的非接觸式傳感器傳遞單獨(dú)的液壓軸位置信息。操作單元是 Beckhoff 的另一類標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品——控制面板。該產(chǎn)品本身沒(méi)有任何智能功能，通過(guò)兩根同軸電纜鏈接到工業(yè) PC，控制面板具有 TFT 觸摸、軟鍵盤(pán)和用戶 ID 系統(tǒng)。工業(yè) PC，現(xiàn)場(chǎng)總線，電子端子模塊——僅此而已，硬件設(shè)備縮減至精華。無(wú)需再用獨(dú)立的電力控制柜放置伺服電機(jī)動(dòng)力組件，這些組件可以被靈活地安裝在電氣柜的任何地方。同樣，軟件平臺(tái) TwinCAT 是基于 IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，并且 TwinCAT 已設(shè)計(jì)集成一個(gè)軟 PLC。TwinCAT 軟件 NC 可用于數(shù)字機(jī)器人控制，它可以閉環(huán)控制全液壓設(shè)備，并控制機(jī)械手臂。控制 Huksy 機(jī)械的主要軟件組件可以被歸為4 個(gè)任務(wù)領(lǐng)域： ● 液壓 ● 溫度 ● 機(jī)械手 ● 可視化 Husky 在液壓軸的閉環(huán)控制上（典型的應(yīng)用是一臺(tái)機(jī)器 8個(gè)液壓軸）有多年的經(jīng)驗(yàn)。與過(guò)去相比，現(xiàn)在各個(gè)液壓軸不再需要“黑匣子”，Husky 控制專家通過(guò) IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制各個(gè)液壓軸。對(duì)液壓位置軸的控制是重要環(huán)節(jié)，它的控制路徑是非線性的并且受制于注射工藝。例如，在注射過(guò)程中，注射活塞根據(jù)速度輪廓前進(jìn)，同時(shí)需要限制注射壓力。這樣根據(jù)注射活塞的位置、料筒壓力、模腔壓力，控制器必須提供由注射到保壓的平滑轉(zhuǎn)換。當(dāng)活塞后退的時(shí)候系統(tǒng)又要從速度控制轉(zhuǎn)換到位置控制，使活塞退回到起始位置以準(zhǔn)備下一個(gè)注射過(guò)程。IPC 的強(qiáng)大 CPU 能力保證系統(tǒng)可將響應(yīng)時(shí)間降低到幾個(gè)毫秒，以控制活塞在注射期間的高速運(yùn)動(dòng)。 IEC 61131-3 功能塊的溫度控制 溫度控制也是通過(guò) IEC 61131-3 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)注塑機(jī)系統(tǒng)可能有 100 多個(gè)溫度控制區(qū)控制機(jī)械、模具、熱流道和噴嘴的加熱。溫度控制功能塊由 Husky 和 Beckhoff 合作開(kāi)發(fā)，該功能塊可提供便捷的控制功能，例如，自整定、開(kāi)機(jī)自適應(yīng)、手動(dòng)自動(dòng)模式的平滑切換、硬件故障響應(yīng)預(yù)定義（如熱電偶損壞、加熱器斷開(kāi)等）。功能塊可被用作示例，也就是說(shuō)，增加溫度控制區(qū)就像增加一個(gè)變量一樣簡(jiǎn)單。對(duì)電子機(jī)器人的軸的控制通過(guò)預(yù)定義的軸運(yùn)動(dòng)控制功能塊完成，該功能塊已集成在 TwinCAT NC 的功能庫(kù)中。因?yàn)?TwinCAT 支持多種不同的現(xiàn)場(chǎng)總線，Husky 選擇了Sercos用于控制螺桿馬達(dá)。 第四個(gè)軟件組件是可視化組件，它由 Husky 設(shè)計(jì)，運(yùn)行在Windows NT 系統(tǒng)下。該系統(tǒng)的操作理念集中表現(xiàn)在將控制面板的軟鍵盤(pán)集成在觸摸屏的操作上。關(guān)鍵的機(jī)器功能，如涉及到各種機(jī)器運(yùn)動(dòng)的控制都通過(guò)觸摸屏的 PLC 按鍵來(lái)啟動(dòng)（如，用于執(zhí)行要求功能前的 PLC 檢測(cè)）。通過(guò)TwinCAT 的軟件接口可訪問(wèn)各種控制參數(shù)、報(bào)警信息、時(shí)間記錄和統(tǒng)計(jì)功能等。 用戶通過(guò)記憶鑰匙卡來(lái)獲得控制訪問(wèn)授權(quán)。該鑰匙卡插在控制面板下部，它可以存儲(chǔ) 32K 的用戶數(shù)據(jù)。 綜述 顯然，采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)重要的好處是節(jié)省成本，且無(wú)需使用專門(mén)控制硬件。選擇合適性能的 IPC 可以使控制方案滿足要求。對(duì)于 Husky 來(lái)說(shuō)，整體控制的配置變得更加透明和標(biāo)準(zhǔn),例如: 采用 Windows XP 和 IEC61131-3.這意味著Husky 擁有對(duì)注塑機(jī)的完全控制以及所有的控制技術(shù)訣竅。當(dāng)這對(duì)于普遍的機(jī)器操作者還難以達(dá)到時(shí)，TwinCAT總是為每臺(tái)機(jī)器提供運(yùn)行版和編程環(huán)境。這打開(kāi)了 PC 控制大門(mén)，例如大容量的硬盤(pán)、通過(guò)調(diào)制解調(diào)器和以太網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、通過(guò)串口和以太網(wǎng)路連接到其他機(jī)器，與SCADA 系統(tǒng)通訊，使用外部的、Windows 兼容的最優(yōu)過(guò)程軟件。Husky 已經(jīng)意識(shí)到，在未來(lái)他們需要進(jìn)一步聚焦于模塊化機(jī)械設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化編程的“零工程”工具，和對(duì)客戶市場(chǎng)的靈活響應(yīng)上。TwinCAT 則是這個(gè)架構(gòu)的核心。 Husky 注塑系統(tǒng)有限公司 Husky 建立于 1953 年，是世界上最大的單一注塑機(jī)品牌。Husky生產(chǎn)部門(mén)位于加拿大安大略省的Bolton（Milton （Vermont, U.S.A.） 和盧森堡的 Dudelange。Husky 全球擁有 3000 多名雇員，上個(gè)財(cái)政年的年銷售額達(dá) 8 億多美元。其產(chǎn)品包括鎖模力從 50 到 8000 噸的液壓注塑機(jī)、模具、熱流道和產(chǎn)品取出機(jī)械手。