摘要：中空吹塑成型機壁厚控制系統(tǒng)及中空吹塑成型機的發(fā)展狀況，重點對其壁厚控制器的發(fā)展進行介紹，并通過對國內外壁厚控制器現狀的比較，歸納出壁厚控制器的發(fā)展趨勢，最后提出我國壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展對策。 關鍵詞：中空吹塑成型機 壁厚控制 發(fā)展 制造塑料容器的成型方法有很多種，例如中空吹塑成型、注射成型、滾塑成型、壓縮成型、熱擠冷壓成型等。在眾多塑料容器的成型方法中，中空吹塑成型和注射成型是使用最廣泛、產量最大的兩種成型方法。據資料介紹，世界上80％～90％的中空容器是采用中空吹塑法成型的。中空吹塑成型技術是通過氣壓使塑化的型坯緊貼模具內壁成型。型坯的生產方式為擠出式，即將加熱塑化的塑料熔體從各種形狀的模芯縫隙中擠出，形成各種形狀的筒狀型坯。擠出的型坯靠自重垂直懸掛。中空容器制品因其強度要求規(guī)定了最小壁厚，而早期的中空吹塑成型設備缺少型坯壁厚控制系統(tǒng)，為使制品最薄處達到最小壁厚要求，制品的其它部位就要相應加厚，造成材料的浪費。為了節(jié)省成本、縮短制品冷卻時間、加快制品生產周期，一種比較經濟的做法就是控制型坯壁厚。如501廣口桶，用普通中空吹塑成型機生產的制品凈重為3.5kg才能達到最小壁厚要求，而使用型坯控制器，制品凈重2.4kg就可完全滿足最小壁厚要求，節(jié)約原材料20％～30％，并且生產的制品厚薄均勻。 1 壁厚控制系統(tǒng)的技術要求 壁厚控制系統(tǒng)是對模芯縫隙的開合度進行控制的系統(tǒng)，即位置伺服系統(tǒng)。在中空容器的生產過程中，為了保證制品的質量，要求被控量能夠準確地跟蹤設置值，同時還要求響應過程盡可能快速。以簡單的10點壁厚控制器為例，在連續(xù)擠出的模式下，從模頭擠出一個型坯最短時間約5s，在5s的時間內要實現一條有限長度的函數曲線，需要將其分成10個段落，在時間軸上，每個段落只有大約0.5s的時間，按照跟蹤理論，壁厚控制器的單位脈沖過渡時間應為段落時間的1/5～1/10，即0.05～0.1s，這就要求系統(tǒng)響應非常迅速。而在響應如此迅速的同時，還要保證被控的位置量能夠準確跟蹤設置值，否則，壁厚控制將失去意義。要達到上述兩種要求的控制效果，對于重載荷系統(tǒng)來說，正是壁厚控制系統(tǒng)設計的難點。另外，由于在型坯輪廓曲線上取l0個點來描繪曲線，點與點之間還須進行插值處理，盡量使輪廓曲線光滑。 2 壁厚控制系統(tǒng)的控制原理 壁厚控制系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋設計，其組成部分包括壁厚控制器、電液伺服閥、動作執(zhí)行機構和作為信號反饋裝置的電子尺。用戶在壁厚控制器的面板上設定型坯壁厚軸向變化曲線，控制器根據曲線輸出大小變化的電壓或者電流信號至電液伺服閥，由電吹瓶機、吹膜機、吸塑機、塑料包裝機械、制袋機液伺服閥驅動執(zhí)行機構控制模芯的上下移動，從而造成模芯縫隙的變化。電子尺通過測量縫隙的大小得出相應的電壓信號反饋給壁厚控制器。這就構成了閉環(huán)的壁厚控制系統(tǒng)。 3 壁厚控制器的現狀 塑料加工機械的水平在很大程度上取決于測控水平的高低。 國外先進塑料機械的控制系統(tǒng)普遍采用以可編程邏輯控制器(PLC)等為核心的可編程系統(tǒng)，并在一些高精度塑料機械上采用了模糊控制、統(tǒng)計過程控制(SPC)，以及基于網絡的遠程監(jiān)控、故障診斷和控制系統(tǒng)。美國的穆格(M00G)公司是全球電液伺服元件及伺服系統(tǒng)設計及制造領域的領導者。在吹塑控制領域，其獨立的壁厚控制系統(tǒng)中提供30點、100點的壁厚控制器(DIGIPACK)，可用于控制儲料缸式和連續(xù)式吹塑成型機的型坯壁厚。儲料缸式機器常用于制造較大的容器。DIGIPACK根據儲料缸電子尺的反饋控制口模開度，液晶顯示屏(LCD)上的縱坐標顯示儲料缸位置，橫坐標顯示口模開度。連續(xù)式機器通常有多個模頭，DIGIPACK根據工作循環(huán)時間控制口模開度，此時LCD上的縱坐標顯示循環(huán)時間，通常是以切刀動作作為一個完整循環(huán)的開始。目前在中空吹塑成型技術方面，國外的潮流是用整機控制及上位機和下位機方式控制，而壁厚控制則包括在整機控制中。仍以M00G公司為例，它提供整機控制(TMC)方案。國內使用的壁厚控制器有穆格(M00G)、貝加萊(B＆R)、西門子(SIEMENS)等公司的產品，國外品牌牢牢占據著國內市場。這種狀況和我國的塑料加工水平不高有直接關系。2003年我國的中空吹塑成型機產量已達3405臺，在這三千多臺機器中，絕大部分機器是由我國的廠家把機械部分做好，再裝上進口的控制系統(tǒng)組裝起來。這就造成產品的成本高、附加值低，效益不顯著。如果能夠配上國產的壁厚控制器，則國內中空吹塑成型機產業(yè)自然會躍上一個新臺階。 4 壁厚控制器的將來 綜觀國外塑料機械工業(yè)技術，今后主要圍繞下列幾個方向發(fā)展。(1)微型化 與大型化微型化是各類產品今后的重要發(fā)展方向，有越來越多的市場需求，在電子、信息、電器、醫(yī)療、生物等部門已表現出明顯的發(fā)展。目前雖然已有生產3mL塑料瓶的中空吹塑成型機，但是生產更小容積的應用于醫(yī)療、生物方面的中空容器設備，已經有一些國家正在研發(fā)中。大型化也是今后發(fā)展的方向之一。目前已出現生產5000L中空容器的商品化生產設備。而工業(yè)用各種大型中空容器的需求明顯，10000L甚至更大容積的塑料儲裝容器也已有需求。 (2)個性化 長期以來中空吹塑成型機的機型、功能、規(guī)格的劃一和固定不變已不能滿足市場需求。中空容器生產廠家需要靈活應變，以適應日新月異的市場需求，促使中空吹塑成型機的模塊化設計、技術集成、專業(yè)化生產、國際采購能力與水平的提高，這既要求塑料機械企業(yè)在技術人才、技術創(chuàng)新方面具有雄厚實力，也要求企業(yè)能在第一時間內準確把握客戶的個性化需求。 (3)智能化 自動控制技術在塑料機械工業(yè)中的應用已發(fā)展到相當高的水準。設備單元的自動控制、參數的死循環(huán)控制、過程聯動、在線反饋控制等都借助電子技術與計算機技術在塑料機械上得到較廣泛的應用。簡單地說，智能控制系統(tǒng)主要是指具有能理解工作人員的理念和意圖、能識別和檢測工作失誤、能回答人員提出的問題、能提出解決問題的辦法和措施并發(fā)出指令實施相應的生產等功能的控制系統(tǒng)。智能化塑料機械的發(fā)展，將會明顯提高塑料機械的運行穩(wěn)定性和可靠性，切實提高塑料機械高質量、高效率、低損耗的生產能力，并為實現無人車間、無人工廠提供堅實的技術基礎。 (4)網絡化 與虛擬化這在理念上和模式上都是全新的技術，它會使塑料機械的生產企業(yè)在質量、效率、成本、服務、銷售等方面的競爭力大幅提高，從而使企業(yè)的經濟效益顯著增大。雖然虛擬技術的發(fā)展在各個工業(yè)部門都處于初始發(fā)展階段，但是，由于虛擬技術可帶來巨大經濟效益的潛力，將為虛擬技術今后的發(fā)展提供強大的推動力。 5 國內壁厚控制器的發(fā)展對策 一個實用的控制系統(tǒng)，先進的控制理論固然重要，更重要的是實際應用中解決實際問題的經驗。鑒于國內中空吹塑成型機的生產現狀，今后壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展之路主要是從空白入手，從無到有，從簡單到復雜?？梢韵葟?0點的、應用在一些對型坯壁厚精度要求不高的機器開始，開發(fā)出適用的壁厚控制器，先占據國內的低端市場，然后進行改良，開發(fā)出精度高的控制器。再增加點數至30點或者100點以上，運用先進的控制手段，參與國際競爭，與國際同步發(fā)展。 6 結語 　國內中空吹塑成型機壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展之路充滿了機遇和挑戰(zhàn)。隨著我國加人WTO，國內在知識和技術產權方面不斷完善，加大科技創(chuàng)新的投入，吸引專業(yè)技術人才，實現規(guī)?；蛯I(yè)化生產，努力縮短國內外技術水平上的巨大差距，已成為塑料機械領域有識之士的共識。