1 引 言
隨著自動化和單片機技術的發展，以單片機為核心的閉環控制系統成為新一代自動控制塑料機械主要控制系統。利用單片機自動控制注塑生產過程，實時顯示并在線修改各階段的參數，這不僅提高了注塑機自動化程度，而且大大提高了塑料制品的生產效率和產品質量。
2 現代注塑機對控制器的要求
現代注塑機集機、電、液于一體，對控制器主要有以下幾點基本要求：
①可以實現對注塑機整個工藝流程的控制；
②能滿足注塑過程中的流量、壓力、位置等的控制要求；
③能夠自動控制料筒溫度，并達到所需精度；
④有良好的人機界面，能方便地在線修改參數并實時顯示注塑機的工作過程。
因此，現代注塑機的控制器主要由注塑機工藝流程控制、料桶溫度控制、人機界面等部分組成，能夠實現對注塑機整個工藝流程進行控制；對注塑過程中的流量、壓力、位置以及料桶溫度的控制；對注塑工作過程參數的顯示與在線參數修改。
3 注塑機主從式單片機控制器的設計
該單片機控制器設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。
3.1 控制器的硬件設計
根據注塑機的工藝流程與控制要求，以INbbb公司生產的80C196KC單片機為核心設計主從式控制器，其結構原理圖，如圖1所示。
整個控制器由2個控制模塊構成（主機控制模塊與從機控制模塊），采用主從式結構來控制注塑機的注塑過程、溫度、人機界面、通訊等工作。其中主機控制模塊負責鍵盤及LCD顯示管理，實現參數在線設定及顯示，以提供友好的人機界面；從機控制模塊負責檢測注塑機的各路輸入情況，并實現對注塑的過程控制與料筒溫度控制。主、從機CPU之間采用RS-232串口通訊實現信息與數據的交換。
3.1.1 主機控制模塊的硬件設計
主機控制模塊的結構框圖，如圖2所示。
主機控制模塊的CPU采用INbbb公司生產的16位高性能的CHMOS單片機80C196KC，該單片機具有功耗低、運算速度快等特點。80C196KC內部自帶有8/10位可選的A/D轉換器、PWM波型發生器、定時/計數器、串行通訊接口等豐富的資源，外圍電路接口靈活，通用性強，主機控制模塊的主要功能由它完成。主機控制模塊的外圍接口器件主要包括：存儲器、鍵盤、液晶顯示器、地址譯碼器。
存儲器：采用1片6264提供8KB RAM，2片27256提供32KB的程序存貯空間，由于需要在控制過程中顯示參數、輸入提示等，所以以1片E\+2PROM28C256用于存貯多組模具數據及自制漢字字庫。
鍵盤管理：采用8279進行管理及驅動。鍵盤共計64個鍵，包括數字鍵、功能鍵和選擇鍵，可以完成參數的在線設定、功能切換、手動執行等注塑機應有的功能。為了方便操作人員的察看注塑機的工作狀態，采用7個LED燈指示注塑機的工作狀態。
液晶顯示器：采用自帶驅動模塊的240×128大屏幕液晶顯示器，可以將其直接掛于單片機的外部總線上，對其操作非常簡單?？梢詫崿F對注塑機工藝參數的實時監視、各個關鍵參數的在線修改以及命令輸入提示。
地址譯碼器：由于控制器的外圍電路眾多，采用可編程集成芯片GAL16V8實現對各個外部芯片的地址譯碼，提供靈活多變的譯碼方式，在實際中可以根據需要進行進一步的調整和修改。
3.1.2 從機控制模塊的硬件設計
從機控制模塊的結構框圖，如圖3所示。
從機控制模塊也采用INbbb公司的80C196KC單片機，作為模塊的***處理器（CPU），主要完成從機控制模塊的開關量、模擬量的輸入/輸出，實現對注塑過程與料筒溫度的控制。
其基本外圍硬件電路如下：
存儲器：采用6264提供8K RAM，2片27256作為程序存儲空間，由于從機CPU可以從主機CPU中獲得數據，所以它不需要E2PROM貯存信息。
開關量：采用TTL芯片74HC373對80C196KC輸入/輸出開關量的I/O口進行擴展。32點開關量輸入，經過光電隔離，將開關量的24V電平與CPU的5V相隔離，采集各執行器的位置與狀態。32點的開關量輸出，光電隔離后經達林頓管進行功率放大，用于控制各個開關型液壓閥。
模擬量輸入：在新型的注塑機中，采用了位置尺對各液壓缸的位置進行檢測，這些模擬量經過濾波放大后送入80C196KC自身所帶有8/10位的A/D輸入口，由單片機進行檢測。
溫度檢測：溫度檢測主要采用熱電隅。熱電隅的輸出特點為微電壓且非線性很強，所以本控制器在溫度檢測時，采用繼電器采樣的方式，盡量減少采樣損失，采樣信號經過低通濾波及放大后，直接由單片機的A/D端口輸入。同時在硬件上設置溫度檢測芯片，對熱電隅冷端溫度進行檢測，并在軟件中實現其溫度的冷端補償及非線性校正。
加熱器的控制：由于注塑機料筒所采用的加熱器功率較大，本控制器采用的是用繼電器帶交流接觸器的方式實現對加熱器的控制。本控制器共有7個繼電器輸出，每個繼電器的過流能力為10A。
比例閥的控制：注塑機通常采用比例壓力/流量復合閥，它有2個比例電磁鐵，需要模擬量對其進行控制。對80C196KC而言，它沒有專門的D/A口，但是它有3路PWM輸出，經過對PWM輸出進行濾波后，可以實現8位精度的模擬量輸出。此模擬量經過比例放大器對比例電磁鐵進行驅動。
3.2 注塑機控制器的軟件設計
相對于主從式的硬件結構，注塑機軟件設計分兩個部分，即主機部分軟件設計和從機部分軟件設計。
3.2.1主機軟件設計
主機部分軟件分兩大模塊，即鍵盤與顯示模塊、通信模塊。
其中，鍵盤與顯示模塊負責管理64鍵鍵盤和液晶顯示器，由于鍵較多，采用了“狀態轉移法”的鍵控程序[2]，根據所按下的鍵執行相應的程序，在液晶顯示器上顯示相應的操作頁面，進行參數設置與顯示，并實時顯示注塑機當前所處的工作狀態。
通訊模塊負責與下位機通訊，控制器中的串行通訊也采用主從式結構，即由主機發出通訊要求，如參數設置、手動操作、運行狀態讀出等，而從機CPU則根據主機CPU的要求給出回應。
3.2.2從機軟件設計
從機部分軟件相對來說比較復雜，如圖4所示。
其中各模塊功能如下：
（1）定時模塊。利用80C196KC單片機的軟件定時器為核心構成，為整個控制系統提供時鐘基準。同時包含兩類定時器，即10ms定時器與100ms定時器，其中10ms的定時器負責對各個加熱器進行PWM控制，使開關式的加熱器能實現準連續加熱的控制，從而提高料筒的溫度控制精度。而100ms定時器則用于各個需要時間控制的場合。定時器的個數最大可以達到128個。
（2）通訊模塊。處理與上位機的通訊，包括參數的設定，手動命令的執行以及將運行參數傳送給上位機進行顯示；
（3）控制模塊。完成對整個注塑機系統的控制，它又能分為4個子模塊。
①A/D模塊。完成對各模擬量的A/D轉換及數字濾波，主要為熱電隅信號，冷端溫度信號與各個位置電子尺的信號。
②溫度控制模塊。根據熱電隅輸出與冷端溫度進行冷端補償與非線性校正后得出當前料筒某段的溫度，經過PID控制運算后得出當前的加熱量，通過PWM加熱器控制程序對料筒進行加熱控制。
③比例閥控制模塊。根據當前的控制要求獲得比例閥的輸出，并經過軟件斜坡控制得到相應的PWM輸出值，從而實現對比例閥的控制。
④流程控制模塊。根據當前注塑機所處的工作狀態（手動、半自動、全自動等）以及各個輸入狀態（行程開關、位置尺、鍵盤操作命令等）來控制注塑機的各個工藝流程的進行，如開合模、注射、預塑、射臺動作以及頂針動作等。
（5） 主程序。協調各個程序模塊的運行，并管理各個中斷。
4 結論
討論了以80C196KC單片機為核心的主從式結構的注塑機微機控制器方案；給出了單片機注塑機控制系統的主、從機控制模塊的硬件組成；介紹了注塑機控制系統主、從部分的軟件設計。該控制系統已在實際生產中投入使用，效果良好。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
