“十二五”塑料機(jī)械自主創(chuàng)新的分析研究(十七)

張友根

(寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司)

(上接2014年《塑料包裝》第2期)

12 塑機(jī)智能化科學(xué)發(fā)展

智能化科技極大的改變著塑機(jī)，同時(shí)塑機(jī)正在全方位的走向智能化。塑料機(jī)械被工信部、科技部、財(cái)政部和國資委列入《重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄》，《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中明確提出，“十二五”期間，要實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)領(lǐng)域制造過程智能化水平顯著提升，智能制造裝備國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到30%。這為塑機(jī)行業(yè)指引了創(chuàng)新創(chuàng)造的發(fā)展方向，表征融入更多的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)診斷、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償功能的智能化技術(shù)的塑機(jī)將會(huì)成為未來市場(chǎng)的主角。

12.1 塑機(jī)智能化內(nèi)涵［39］

塑機(jī)智能化指以成型加工塑料制品的質(zhì)量為目標(biāo)，具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能，自動(dòng)檢測(cè)制品的質(zhì)量、自動(dòng)修正成型工藝參數(shù)、“智”適應(yīng)成型加工環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人為設(shè)定的預(yù)期目標(biāo)，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的集成和深度融合。

智能化系統(tǒng)是一種人機(jī)一體化的系統(tǒng)，它是一種混合型的智能系統(tǒng)，并不是單純的人工智能，即來自人工智能又高于人工智能。在這個(gè)系統(tǒng)中人占據(jù)了核心地位，使人在智能化設(shè)備的配合下充分的發(fā)揮出了人的潛力，也使得人的智能和設(shè)備的智能能夠充分的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)人工智能無法實(shí)現(xiàn)的智能。智能化系統(tǒng)可以根據(jù)成型加工的各種需要，自動(dòng)的生成一種最佳的制造模式，以使得設(shè)備以最優(yōu)的方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。智能化是存在虛擬性的，而智能制造系統(tǒng)的虛擬制造使得該系統(tǒng)又上升到了一個(gè)全新的界面。

智能系統(tǒng)通過技術(shù)與裝備集成，實(shí)現(xiàn)新型塑料制品及塑料制品新型加工的方法與機(jī)理、加工工藝與技術(shù)的多技術(shù)交叉融合。基于溫度、壓力、流量、體積、流速、強(qiáng)度、應(yīng)力等多工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的深度融合，并及時(shí)對(duì)外部指令作出響應(yīng)、完成指令動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備自身狀態(tài)的調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)控和診斷。

智能系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線技術(shù)將設(shè)備系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)傳遞出去，與其余設(shè)備系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、軟件遠(yuǎn)程自動(dòng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、服務(wù)的新模式。

智能化控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上?？刂葡到y(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不同。

12.2 塑機(jī)智能化規(guī)范

塑機(jī)智能化沒有統(tǒng)一的規(guī)范，而且很難制定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

塑機(jī)的應(yīng)用范圍廣和多元化，品種多型式多樣化，被成型加工的各種塑料制品對(duì)成型加工技術(shù)的要求也不同，所以各種型式的塑機(jī)實(shí)施智能化技術(shù)也各不相同。

塑機(jī)設(shè)備智能化成型加工的技術(shù)要素多而不確定性。成型加工是把塑料原料變?yōu)橹破返倪^程，設(shè)備涉及主機(jī)、輔機(jī)、模具、檢測(cè)儀器等，塑料原料有粒料、粉料、糊狀料等型式、有單一料、復(fù)合料等組成，各種塑料原料的熔融性能、收縮變形物理性能等千差萬別。

12.3 塑機(jī)智能化的開發(fā)理念及特點(diǎn)

塑機(jī)智能化的開發(fā)理念。智能化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，推動(dòng)塑機(jī)的科技進(jìn)步，創(chuàng)新創(chuàng)造新穎的成型加工技術(shù)與設(shè)備，促進(jìn)高端制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，這是塑機(jī)發(fā)展的客觀存在的必然道路，誰回避誰就走向死胡同。目前在國內(nèi)塑機(jī)制造行業(yè)對(duì)實(shí)現(xiàn)塑機(jī)設(shè)備智能化的理念，沒有緊迫感、生存感，沒有從智能化是實(shí)現(xiàn)“潛在需求”的成型加工的科技進(jìn)步、走向“中國智造”、領(lǐng)先于世界的高度來考慮，這些理念成了智能化開發(fā)和應(yīng)用的首要障礙。

塑機(jī)智能化現(xiàn)代化科技含量高。塑機(jī)智能化科技含量遠(yuǎn)比金加工設(shè)備智能化要高。例如，注塑制品終端成型過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力影響到高端的工程塑料精密制品的幾何和尺寸的精度。金加工設(shè)備是把金屬粗制件加工為精制件，加工的技術(shù)要素是實(shí)現(xiàn)幾何及尺寸精度，產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力在加工前已通過熱處理得到消除，智能化的目的是提高加工效率和加工精度、避免人為的操作誤差。

塑機(jī)智能化系統(tǒng)包括了很多的子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)集成起來成為一個(gè)全方位的智能化整體。實(shí)現(xiàn)分支的智能化，才能實(shí)現(xiàn)全方位的智能化。塑機(jī)智能化指設(shè)備裝備了某一項(xiàng)或多項(xiàng)智能化技術(shù)。塑機(jī)智能化成型加工鏈中包括智能周邊設(shè)備、智能輔佐設(shè)備等與成型加工有關(guān)的裝備。塑機(jī)設(shè)備智能化內(nèi)含的各個(gè)分支智能化，依據(jù)不同的功能可進(jìn)行獨(dú)立開發(fā)。根據(jù)塑機(jī)成型加工對(duì)象其內(nèi)涵不同，根據(jù)“現(xiàn)實(shí)需求”和“潛在需求”開發(fā)及應(yīng)用。塑機(jī)成型加工對(duì)象不同，智能化的型式及科技含量也不同，我們切不可一講智能化，塑機(jī)設(shè)備為同一模式的智能化，個(gè)性化的智能化技術(shù)更顯得重要。例如，通用化的注塑設(shè)備，所成型加工塑料制品的技術(shù)含量需求不高，可考慮開發(fā)環(huán)保、節(jié)能、綠色化等注塑外圍的智能化技術(shù)，而精密注塑設(shè)備，所成型加工塑料制品的技術(shù)含量高，為提高精密件的質(zhì)量水平，可考慮開發(fā)直接涉及注塑成型加工的智能化技術(shù)，如注塑壓力、速度、背壓、計(jì)量等高端的智能化技術(shù)。

12.4 塑機(jī)智能化3C技術(shù)

智能化核心是3C技術(shù)(計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù))。塑機(jī)使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使智能化控制成型加工的工藝過程各參數(shù)達(dá)到最佳成為可能，同時(shí)控制方式也發(fā)生了從開環(huán)到閉環(huán)的轉(zhuǎn)變。3C技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷完善和豐富。實(shí)現(xiàn)塑機(jī)智能化3C技術(shù)就是把當(dāng)今先進(jìn)的3C技術(shù)融合到成型加工中去，開發(fā)出符合成型加工的3C技術(shù)。當(dāng)今的3C技術(shù)已完全滿足塑機(jī)智能化的需要，關(guān)鍵是融合，誰走在前面，誰就能成為“智造”的高端。

12.4.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的技術(shù)變革。網(wǎng)絡(luò)化集成控制技術(shù)把現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)同現(xiàn)代控制設(shè)備(包括工業(yè)PC、可編程序控制器PLC、人機(jī)界面HMI、輸入輸出模塊、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、通信接口、伺服控制電機(jī)等)結(jié)合，形成基于通信與控制緊密融合、多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議合理組合、有線與無線相互銜接、管理與控制一體化的控制系統(tǒng)。

12.4.1.1 工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)以其開放性和兼容性，易于Internet連接，豐富的可用資源，成本低廉，通信速率高，支持多種物理介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為控制系統(tǒng)提供了更好的實(shí)時(shí)性和兼容性，使得設(shè)備更接近IT，成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的必然趨勢(shì)。

12.4.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有通信特點(diǎn)的智能化儀器儀表、PLC控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間由模擬量交換變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)交換。整個(gè)過程都由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成，控制器與控制器、控制器與上位機(jī)(操作員站或工程師站)之間建立了計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，使得操作員在上位機(jī)中能夠?qū)Ρ豢叵到y(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，某個(gè)控制回路的控制策略的設(shè)計(jì)也可以在上位機(jī)中組態(tài)完成，通過控制網(wǎng)絡(luò)下載到對(duì)應(yīng)的控制器中實(shí)時(shí)運(yùn)行，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性，并實(shí)現(xiàn)了集中管理和分散控制。其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:

1)一對(duì)傳輸線將傳感器、變送器和執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)起來，可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等方面具有突出的優(yōu)良性能，數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸使系統(tǒng)具有很高的傳輸速度和抗干擾能力，使信號(hào)傳輸更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定;

2)開放式的互聯(lián)，既可以同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備與車間甚至整個(gè)企業(yè)的控制級(jí)和信息級(jí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，共享資源，統(tǒng)一調(diào)度;

3)能處理大量數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)顯示和記錄機(jī)組所有參數(shù)的運(yùn)行狀況，監(jiān)控生產(chǎn)過程。

寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取得了很好的控制效果，處于國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)。

12.4.1.3 無線通訊技術(shù)

有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)往往穩(wěn)定性不足，特別在運(yùn)動(dòng)部位，使用一段時(shí)間后，屏蔽層發(fā)生破損，連接處易出故障。無線信號(hào)傳輸技術(shù)是一種無磨損的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸技術(shù)，具有降低維修費(fèi)用、提高可靠性。

工業(yè)化的藍(lán)牙和WLAN技術(shù)漸漸成熟。無線通訊技術(shù)不但節(jié)省了傳感器和接收器之間的大量信號(hào)線，也為靈活配置控制系統(tǒng)提供了方便，同時(shí)有利于清潔生產(chǎn)。藍(lán)牙技術(shù)為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了一種抗干擾的數(shù)據(jù)通訊方式，一種短距離無線網(wǎng)絡(luò)的連接方式。意大利Weidmuller公司基于藍(lán)牙技術(shù)的傳感器—接收器的SAI無線通訊模塊，內(nèi)部評(píng)判分析單元，可以把傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上一級(jí)主控系統(tǒng)，保證了相關(guān)的運(yùn)行工序的位置正確性，有96個(gè)無線輸入和輸出端，能夠與6個(gè)子工作組進(jìn)行無線通訊，發(fā)射功率可以無極調(diào)節(jié)，通訊距離為50m，安全變化等級(jí)達(dá)到IP67，并能實(shí)現(xiàn)即插即用、與多種不同系統(tǒng)很好的耦合，在不使用在線耦合器的條件下集成到Profibus D現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中。ROCKWELLAUTOMATION公司無線Power Monitor W250功率測(cè)量?jī)x，能夠多點(diǎn)監(jiān)測(cè)采集生產(chǎn)過程中特定耗能型應(yīng)用的數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成的無線網(wǎng)絡(luò)即可將能耗信息直接傳送到Rockwell Software RSenergyMetrix軟件，便于用戶直接查看能耗信息及采取相關(guān)技術(shù)措施降低能耗，這樣不但降低了網(wǎng)絡(luò)成本，還能夠更加方便采集數(shù)據(jù)。

藍(lán)牙無線通訊技術(shù)在注塑設(shè)備上還未得到應(yīng)用，但在比注塑設(shè)備通訊更復(fù)雜的塑機(jī)上已得到應(yīng)用，值得在注塑設(shè)備上開發(fā)。意大利Macchi公司與西門子電子產(chǎn)品公司合作推出的吹塑薄膜生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，使用一種新的無線操控面板來啟動(dòng)和控制整條生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)操作人員可根據(jù)需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的操控和特定的控制這套操控面板包含有一顯示屏系統(tǒng)，通過無線(聲頻和視頻)連接到生產(chǎn)線上，操作人員無論身處何處，都可清楚了解并且解決生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)過程存在的故障，及時(shí)解決故障，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

12.4.1.4 局域網(wǎng)

設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)群控。通過對(duì)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組成局域網(wǎng)，可在任何一臺(tái)設(shè)備上對(duì)其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)編程、設(shè)定、監(jiān)控、診斷、修改等操作，并且不同設(shè)備的畫面可以同時(shí)顯示在每一臺(tái)設(shè)備的屏幕上，及時(shí)解決故障，不但縮短了停機(jī)時(shí)間，還節(jié)約了大量時(shí)間，同時(shí)節(jié)約了設(shè)備的經(jīng)營成本。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、雙向、高效、全面系統(tǒng)地掌握所有監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況，為指揮調(diào)控管理人員提供及時(shí)、直觀的信息，從而對(duì)整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確判斷并及時(shí)響應(yīng)。深圳求卓科技有限公司自主研發(fā)的ChiefiMES系列制造執(zhí)行管理系統(tǒng)通過自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集器，該采集器采用ARM內(nèi)核進(jìn)行開發(fā)，具有高精度、高穩(wěn)定性、存儲(chǔ)空間大、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、通訊方式多、傳輸速率快、故障報(bào)警、自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程自動(dòng)升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，連接簡(jiǎn)單，無需修改注塑機(jī)自身電腦電路。采集器將采集回來的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，通過Chief-iMES前端管理軟件可以實(shí)時(shí)查看到整個(gè)注塑車間的機(jī)器運(yùn)行狀況、模具狀態(tài)、工藝成型參數(shù)、物料消耗、訂單生產(chǎn)進(jìn)度等信息，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)的透明化管理。系統(tǒng)提供強(qiáng)大的報(bào)表功能，使用戶能快速地得到生產(chǎn)車間的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

12.4.2 3G通訊技術(shù)的應(yīng)用及開發(fā)

我國注塑機(jī)產(chǎn)量世界第一，為我國開發(fā)智能化遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理提供了豐富的發(fā)展資源。3G通訊技術(shù)綜合應(yīng)用了目前均處于快速發(fā)展時(shí)期的智能圖像處理與識(shí)別技術(shù)，數(shù)字圖像傳輸技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮編解碼技術(shù)、自動(dòng)化智能控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。

海天塑機(jī)集團(tuán)聯(lián)合寧波聯(lián)通公司共同建設(shè)的國內(nèi)注塑機(jī)行業(yè)第一個(gè)智慧制造項(xiàng)目—注塑機(jī)3G定位及遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于3G通訊技術(shù)，集數(shù)據(jù)收發(fā)、海量存儲(chǔ)、智能傳感、智能分析、智能控制、多媒體通訊等功能于一體，實(shí)現(xiàn)塑機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)全過程的智能化監(jiān)管，為塑機(jī)終端用戶與機(jī)械制造商之間提供方便、快捷、直接的溝通橋梁，以及信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。促進(jìn)了企業(yè)由傳統(tǒng)的經(jīng)營模式到信息化、網(wǎng)絡(luò)化的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了企業(yè)管理，降低了運(yùn)作成本，提高了企業(yè)形象與生產(chǎn)效率，并為社會(huì)節(jié)省資源，節(jié)能減排，為國家發(fā)展高精尖工業(yè)設(shè)備打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

12.4.3 實(shí)時(shí)通訊技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)［1］

實(shí)時(shí)的含義是對(duì)一個(gè)給定的應(yīng)用，保證在確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)做出回答。隨著設(shè)備智能化的發(fā)展，對(duì)傳感器和執(zhí)行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的實(shí)時(shí)性要求更為苛刻，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線越來越表現(xiàn)出了其本身的局限性，實(shí)時(shí)通訊技術(shù)(Real Time Communication)顯得更為重要。

注塑設(shè)備智能化高速數(shù)據(jù)交換特點(diǎn)是:1數(shù)據(jù)量更大，對(duì)于數(shù)據(jù)的負(fù)載能力提出了更高的要求;2傳輸速度的要求，由于運(yùn)動(dòng)控制、多CPU數(shù)據(jù)交換需要更快的傳輸數(shù)據(jù);3復(fù)合同步運(yùn)動(dòng)中，為能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置與速度、壓力等關(guān)系的綁定，必須有高速的總線為其提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通訊;4由于與管理層的數(shù)據(jù)交換的需要，必須有能夠支撐更為開放的通訊系統(tǒng)。

12.4.4 開放式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及研發(fā)

通用型開放式閉環(huán)控制模式。采用通用計(jì)算機(jī)組成的模塊化、總線式、嵌入式、開放式的體系結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)的裁剪、擴(kuò)展與升級(jí)。由于制造過程為一個(gè)具有多變量控制與加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，所以為了實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制。同時(shí)，在過程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于把計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體。

力士樂致力于電控?cái)U(kuò)展性、一致性及開放性。IndraMotion系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)高性能的運(yùn)動(dòng)控制，IndraLogic以符合IEC規(guī)范的PLC解決方案實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化生產(chǎn)控制，并可兼容SERCOSIII、PROFIBUS、PROFINETIO、Ethernet/IP、Device Net、Ethernet TCP/IP以及備有RS232通訊接口，利于客戶整合一體化生產(chǎn)。IndraControll L控制系統(tǒng)便于分布式連接通訊及IndraControll V工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)帶操作面板功能(人機(jī)接口)，大大提高了自動(dòng)化生產(chǎn)的可塑性。PILZ安全模塊開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以通過安全網(wǎng)絡(luò)聯(lián)入設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并通過以太網(wǎng)協(xié)議與其他裝置進(jìn)行通訊，例如可通過Profibus DP接口整合到現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)中。

12.4.5 生產(chǎn)流程集成架構(gòu)的應(yīng)用及研發(fā)

采用 IEC61131、PLCopen Motion、B＆R 等已有的庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)，Automation Studio是目前為止在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)最為強(qiáng)大的工程設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠使得開發(fā)者實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全流程和全部對(duì)象的設(shè)計(jì)，從項(xiàng)目的管理、版本管理、項(xiàng)目配置、編程、仿真到調(diào)試診斷與維護(hù)。提供整個(gè)工廠的解決方案，硬件已顯得不再那么重要，設(shè)備的連線變得更加重要，需能提供整個(gè)生產(chǎn)管理與優(yōu)化系統(tǒng)軟件及解決方案。Krones的整廠管理系統(tǒng)架構(gòu)，各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)如機(jī)器狀態(tài)、批次控制數(shù)據(jù)等通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線到了上位，而設(shè)備的配置參數(shù)、配方數(shù)據(jù)、主控?cái)?shù)據(jù)等也通過標(biāo)準(zhǔn)總線下達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備級(jí)、生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、操作控制、文檔、維護(hù)、分析、優(yōu)化等在上一級(jí)來實(shí)現(xiàn)，通過用戶接口與ERP系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的數(shù)據(jù)管理。整個(gè)生產(chǎn)過程得到有效監(jiān)控，影響產(chǎn)品質(zhì)量與效率的各種因素也量化并提交給上位分析工具，以便管理人員能夠及時(shí)獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工藝存在的問題并給與及時(shí)修正，包括能夠?qū)Τ杀窘档瓦M(jìn)行有效的分析，從而提高整體生產(chǎn)率。

12.4.6 標(biāo)準(zhǔn)化軟件的應(yīng)用及研發(fā)

軟件賦予機(jī)器更為靈活的功能:在硬件不變的情況下，或硬件變化不大的情況下，軟件使得機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)更為豐富的功能，能夠充分地將硬件的潛力得到最大的發(fā)揮，賦予機(jī)器更多的功能設(shè)計(jì);軟件賦予機(jī)器更高的附加值，也賦予機(jī)器更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

標(biāo)準(zhǔn)化的軟件設(shè)計(jì)正在成為潮流。在不同的機(jī)器流程以及不同的機(jī)器功能設(shè)計(jì)里，提取具有共性的功能塊，通過這項(xiàng)工作，在未來，它的目標(biāo)在于參數(shù)化設(shè)置而無需編程，將調(diào)試時(shí)間(time to market)縮短，節(jié)省整個(gè)開發(fā)和調(diào)試的成本。

12.4.7 專用控制軟件的研發(fā)

專用控制軟件是know-how的封裝容器，它使得那些制造商對(duì)于工藝的深度封裝起來，不易被復(fù)制，而這些構(gòu)成了機(jī)器的競(jìng)爭(zhēng)力的核心。

東芝機(jī)械制造有限公司EC—SX智能化全電動(dòng)注塑機(jī)，采用了東芝機(jī)械最新型的處理控制器，能夠更精確地控制注塑機(jī)，而運(yùn)算速度提高 了40%。自行研發(fā)的智能化DST控制軟件用于控制注射和合模過程，可保持加工穩(wěn)定性，保證每個(gè)部件的重量偏差維持在非常低的水平，在使用再生料進(jìn)行加工的情況下其優(yōu)勢(shì)特別明顯。東芝機(jī)械制造有限公司為防止智能化DST控制軟件外泄，DST控制軟件僅限在日本國內(nèi)使用。

控制軟件自主化，不但有利于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，更有利于適應(yīng)市場(chǎng)多變的特點(diǎn)。寧波偉立機(jī)器人科技有限公司機(jī)械手的智能化軟件實(shí)現(xiàn)自主化，不但實(shí)現(xiàn)了我國注塑機(jī)機(jī)械手達(dá)到國際水平，而且處于國際同行的有力競(jìng)爭(zhēng)地位。

12.4.8 視覺技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

視覺技術(shù)是實(shí)現(xiàn)類似人類視覺(眼睛+視覺神經(jīng)中樞+視覺神經(jīng)細(xì)胞)的功能，機(jī)器視覺是實(shí)現(xiàn)真正意義的智能化檢測(cè)和重要的質(zhì)量控制技術(shù)。視覺系統(tǒng)由鏡頭，像機(jī)和控制器構(gòu)成的機(jī)器視覺替代人工，根據(jù)物體在一定環(huán)境下得到的畫面進(jìn)行尺寸、缺陷、種類、匹配、文字等各種參數(shù)的測(cè)量和判別，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。作為高精度、非接觸的測(cè)量系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)涉及到視覺、光學(xué)和圖像處理，機(jī)器視覺與運(yùn)動(dòng)控制、智能通信等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的面貌的提升，視覺技術(shù)與注塑成型加工相結(jié)合，成為實(shí)現(xiàn)注塑智能化不可缺少的技術(shù)。

12.4.9 標(biāo)準(zhǔn)模塊化技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

根據(jù)不同的功能需求，將C P U、存儲(chǔ)器、P L C、通訊等基本的模塊做成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式實(shí)現(xiàn)功能裁剪及模塊數(shù)量的增減，以構(gòu)成不同檔次不同功能的智能化控制系統(tǒng)。

12..4.10 PID智能化控制技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

經(jīng)典的PID控制都建立在被控對(duì)象精確模型(傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程)的基礎(chǔ)上，對(duì)多層共擠中空塑料成型機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)，特別是實(shí)現(xiàn)智能化控制系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型比較困難，有時(shí)甚至是不可能的，明顯呈現(xiàn)出控制性能的不足，也就無法實(shí)現(xiàn)期望的自動(dòng)控制。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的充分應(yīng)用的前提下，在經(jīng)典PID控制的基礎(chǔ)上，把自矯正技術(shù)、模糊控制、專家控制、智能控制等用于PID，微分信號(hào)產(chǎn)生的質(zhì)量更高，打破了經(jīng)典PID控制系統(tǒng)的局限性，實(shí)現(xiàn)PID智能化控制的科學(xué)發(fā)展。

實(shí)時(shí)性是PID智能化控制的主要技術(shù)性能指標(biāo)，包括兩個(gè)內(nèi)容:穩(wěn)態(tài)精度，即穩(wěn)態(tài)值與期望值之差;穩(wěn)態(tài)時(shí)間，即系統(tǒng)階躍快速收斂時(shí)間。

12.4.10.1 實(shí)時(shí)性溫度控制算法及應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)

塑料成型加工離不開加熱及溫度控制。溫度是一個(gè)非線性、大慣性、純滯后、相鄰段有較強(qiáng)耦合的難控對(duì)象，經(jīng)典的PID控制使系統(tǒng)的超調(diào)量變大、過渡過程時(shí)間增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差。應(yīng)用與開發(fā)實(shí)時(shí)性溫度控制軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性穩(wěn)定控制。下面舉二例實(shí)時(shí)性溫度控制算法，供參考。

12.4.10.1.1 實(shí)時(shí)性溫度控制的模糊變系數(shù)PID互聯(lián)算法

模糊控制運(yùn)用模糊集合論模擬操作人員的操作和決策，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制具有更好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，控制精度也大為提高。

將模糊控制和PID控制相結(jié)合為互聯(lián)算法，采用以模糊控制方式在線調(diào)整PID參數(shù)的控制算法，能使模糊控制器根據(jù)工藝生產(chǎn)實(shí)際情況實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)和控制作用的實(shí)時(shí)性最優(yōu)。模糊變系數(shù)PID的過渡過程時(shí)間、最大偏差，余差等調(diào)節(jié)等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性指標(biāo)均明顯優(yōu)于PID控制，具有較好的自適應(yīng)能力和魯棒性，其超調(diào)量精度為0.3℃，穩(wěn)態(tài)精度≤1℃，過渡過程的動(dòng)、靜態(tài)性能優(yōu)良。

12.4.10.1.2 提高溫度動(dòng)態(tài)波動(dòng)精度的統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)(Statistician Process Control)

統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)(Statistical Process Con-trol)是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具。SPC通過對(duì)生產(chǎn)過程中的加熱溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、繪圖以報(bào)告過程狀態(tài)，并能夠?qū)Ξ惓顟B(tài)預(yù)警、判定和給出建議的糾正措施。SPC的實(shí)施分為兩個(gè)階段，一是分析階段，二是監(jiān)控階段。SPC監(jiān)控階段的實(shí)施則可以通過可控自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的SPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將每次塑化的實(shí)際測(cè)量溫度、壓力值回傳至PC機(jī)。在自定義的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)這些實(shí)際相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采樣，可將塑化溫度的波動(dòng)控制在±1℃以內(nèi)。

12.4.10.2 電液伺服控制系統(tǒng)的算法科學(xué)發(fā)展

電液伺服系統(tǒng)在塑機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，如何提高其控制性能，一直是長(zhǎng)期研究的課題。

非線性PID算法［40］。非線性PID的設(shè)計(jì)是在經(jīng)典PID基礎(chǔ)之上，使用一種新的非線性機(jī)構(gòu)—非線性跟蹤/微分器來產(chǎn)生控制新的基本要素，并利用這些新的要素的“非線性組合”方式來改進(jìn)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器，使其適應(yīng)性和魯棒性得以大幅度提高，有效地克服了電液伺服系統(tǒng)存在的大慣性、滯后性的缺陷，保證在誤差較大時(shí)能夠快速收斂，提高了跟蹤能力，精確地實(shí)時(shí)控制要求。非線性PID控制系統(tǒng)存在著快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾，在未來的發(fā)展道路上，設(shè)計(jì)一些基于偏差的比例、積分和微分的非線性控制模塊，并由這些模塊以合適的方式組合出控制律是一個(gè)需要解決的課題。

回推非線性PID復(fù)合控制?；赝扑惴ú捎梅聪蜻f推的設(shè)計(jì)原則，把狀態(tài)坐標(biāo)的變化、不確定參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)函數(shù)和已知Lyapunov函數(shù)的虛擬控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定函數(shù)等聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局調(diào)節(jié)或跟蹤。在大誤差下利用回推控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定，同時(shí)防止出現(xiàn)溢出現(xiàn)象;誤差較小時(shí)則利用非線性PID的自調(diào)整能力;誤差設(shè)定值以外的情況，通過回推算法使得系統(tǒng)誤差快速收斂到設(shè)定值以內(nèi)，提高了跟蹤能力，保證了非線性PID的調(diào)節(jié)作用。通過非線性PID的自調(diào)整能力，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間中系統(tǒng)位置的變化，減少了控制效果對(duì)人為因素的依賴，使電機(jī)達(dá)到比較理想的位置響應(yīng)實(shí)時(shí)性能。