现代注塑机的发展重点在于提高控制水平和整机自动化程度，以及整机优化设计和加工工艺的改进方面，以满足对于注塑制品质量及节能的要求。随着微电子技术的发展，嵌入式系统芯片以集成度高，价格低，性能强大而得到广泛应用。利用32位的 ARM 处理器实现注塑生产过程的自动控制，实时显示并在线修改各阶段的过程参数，这不仅提高了注塑机自动化程度，而且大大提高了塑料制品的生产效率和产品质量。
1、注塑机的组成及其工作过程
1.1 注塑机的组成
该控制器以电动一 液压 相结合的复合式注塑机为控制对象，它是集机-电-液于一体的典型系统。它主要由液压油路系统、合模系统、注射系统、加热冷却系统、润滑系统、电气控制系统、安全保护装置、监测系统及供料等辅助系统组成。注塑机的各个部分互相牵制、互相协调地完成注塑机的循环动作。其中电气控制系统是注塑机的“中枢神经”，它控制着注塑机的各种程序及动作，对时间、位置、压力、速度和转速等进行有效的控制与调节。该控制器实现注塑机电气控制系统的控制功能。
1.2 注塑机的工作过程
现代注塑机的控制器主要由注塑机工艺流程控制、料筒温度控制、人机界面等部分组成，能够实现对注塑机整个工艺流程进行控制；对注塑过程中的流量、压力、位置以及料桶温度的控制；对注塑工作过程参数的显示与在线参数修改。注塑机的工作过程其实就是一个过程控制。当要执行某一个动作时，控制器必须输出相应的控制信号使相关的 电磁阀 通电，否则不能正常工作，而当检测到对应的 行程开关 或 接近开关 的输入信号后，就可撤除控制信号使电磁阀失电，以结束该动作，然后根据工艺要求进行下一个动作或停止工作。其工作流程如图1所示。
2、系统硬件 电路 的设计
该控制器由2个控制模块构成，采用主从式结构来控制注塑机的注塑过程、温度、人机界面、通信等工作。两个控制模块各由一个处理器来进行管理，处理器均采用ARM处理器 LPC 2138，其中一个处理器负责键盘及LCD显示管理，实现参数在线设定及显示，以提供友好的人机界面；另外一个处理器负责检测注塑机的各路输入情况，并实现对注塑的过程控制与料筒温度控制。两者之间采用 RS 232C串行 接口 进行实时通信以实现信息与数据的交换。系统硬件总体框图如图2所示。
键盘电路控制器需要实现注塑机的各种动作及控制参数的输入，因此键盘电路必不可少。键盘电路采用ZLG7290键盘管理器，它可采样64个按键或 传感器 ，并可检测每个按键的连击次数，而且具有键盘去抖动处理、双键互 锁 处理等功能，因此省去了键盘扫描及去抖等相关处理软件的编制，这样不仅节省了程序空间，而且简化了编程。每当有按键按下，ZI．G7290会产生中断信号，此时LPC2138可通过 I2C 接口从ZLG7290内部读取键值，这样就可判断出按键的具体位置。
液晶显示 LCD模块选用320×240 图形 点阵型液晶显示模块，主机设计有与LCD模块模块的接口，可以将其介入，这样就可实现对注塑机工艺参数的实时监视、各个关键参数的在线修改以及命令输入提示。
数字量输入／输出电路 数字量的输入与输出均通过 光耦 隔离电路，以将控制器与执行机构在电气上进行隔离，防止高压产生干扰破坏处理器程序的运行。输入信号经整形后送往数据总线共ARM处理器读取。输出数字量通过功率放大电路后直接驱动执行机构动作。
位移检测电路 设计有3路位移检测电路，分别实现对螺杆位置、 开关 模位置和托模机构的位置检测，检测出的位移量作为切换压力和速度的一个依据。位移检测采用的传感器是位移电子尺，位移电子尺给出的信号是模拟信号经A／D转换器ADS7844得到相应的数字量，LPC2138可以通过S PI 口读取ADS7844的转换结果。
比例阀控制电路 控制器设计有2路比例阀控制电路，以提供流量和压力的控制。比例阀的控制采用PWM技术，PWM信号直接由硬件电路产生，PWM信号经过 三极管 放大后通过达林顿管去驱动比例阀工作。
料筒温度检测和加热控制电路 此电路位于从机部分，是本控制器的设计重点，因为料筒温度对制品的质量有直接的关系。由于加温系统存在大惯量，加上电源电压波动等环境因素的影响，往往难以获得理想的品质因素，因而需要采取相应的软硬件措施，以获得稳定、可靠的温度控制效果。控制器设计有6路温度检测通道，温度检测传感器采用K型热电偶，其测温范围为0～400℃。热电偶信号经过 仪表放大器 AD620放大后，再将其进行V／F转换，以实现模／数转换。采用V／F转换电路是因为频率信号的抗干扰能力强，且实现模／数转换的性价比高。6路温度检测的切换采用 继电器 控制，以减小导通 电阻 带来的温度 测量 误差，且能够实现信号与系统的隔离。加热控制电路也采用继电器控制，继电器的输出可直接驱动 电磁继电器 或 固态继电器 以控制加热装置的电源开关。另外热电偶的冷端补偿采用集成 温度传感器 来实现。具体的温度测量电路如图3所示。
3、软件设计
控制器的软件设计采用 模块化 设计。主机部分的软件分主要包括键盘、显示、通信和 实时时钟 模块。从机部分的软件相对比较复杂，主要有通信模块、温度检测控制模块、比例阀控制模块、位移检测模块、工艺流程控制模块等。
3.1 主机软件设计
主机部分软件分2大模块，即键盘与显示模块、通信模块。其中，键盘与显示模块负责管理64键键盘和液晶 显示器 ，由于键较多，采用“状态转移法”的键控程序，根据所按下的键执行相应的程序，在液晶显示器上显示相应的操作页面，进行参数设置与显示，并实时显示注塑机当前所处的工作状态。
通讯模块负责与下位机通信，控制器中的串行通讯也采用主从式结构，即由主机发出通信要求，如参数设置、手动操作、运行状态读出等，而从机 CPU 则根据主机CPU的要求给出回应。
3.2 从机软件设计
从机软件主要是实现对注塑机工艺流程流程控制。控制器根据当前注塑机所处的工作状态（手动、半自动、全自动等）以及各个输入状态（行程开关、电子尺、键盘操作命令等）来控制注塑机的各个工艺流程的进行。在手动模式下，注塑机的各个动作可以单独执行，如开关模、射胶、座台动作以及托模动作等。在半自动模式下，注塑机在控制器的控制下动作1个循环，即生产出1件制品，如果需要进行下一个循环，则只要打开在关闭安全门1次即可。全自动模式提供2种方式：一种是时间自动方式；另一种是电眼自动方式，前者是以 计时 方式来判断制品的取出，其计时是从最后一次托模退动作终止的时刻开始，该时间可以设定，只要时间一到，注塑机立即进入下一个循环，而后者是根据电眼来检测制品是否 脱落 ，如果检测到则立即进入下一个循环，如果在规定时间内没有检测到制品落下，则进行报警。
从机软件设计的重点是温度控制模块，也是本文介绍的重点。温度控制是注塑机必要的环节，其控制性能直接影响产品的质量。它包括温度检测和加热器控制两个方面。控制器采用模糊控制和常规PID控制相结合的控制算法，并且可以根据实际需要设置成不使用模糊控制或PID控制，此时温度控制就按时间周期方式进行，即通过设定加热的时间周期和温控百分比进行温度控制。
根据模糊控制理论，当论域为离散时，经过量化后的输入量的个数是有限的。因此可以针对输入的不同组合离线计算出相应的控制量，从而组成一张控制表，实际控制时只要直接查这张控制表即可。在ARM处理器中如何实现控制规则表是整个系统的关键所在。本系统采用二维矩阵形式 存储 控制规则表，例如定义二维矩阵为fuzzyctrl。因输入量偏差E和偏差变化率DE量化后分别为x，y，且x，y={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，则在ARM中可以将其与a，b={0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}一一对应。例如，假设E量化后为x=-2，y=3，则在ARM中对应a=4，b=9，查表时只需查fuzzyctrl，这样表示无论从数据管理还是从查表方便而言，都具有极大的优势。这种离线计算、在线查表的模糊控制方法比较容易满足实时控制的要求。
另外，控制器还结合了传统的PID控制方法。软件判断偏差e的大小范围，当e》+6℃或e《-6℃时，系统将自动切换到PID控制程序段，使系统能快速响应；当-6℃《P《+6℃时，系统采用模糊控制算法，使系统达到更好的控制效果。在ARM中实现模糊控制时，模糊化采用单点模糊集合，隶属度函数采用离散方法，也就是连续隶属度简单离散化，解模糊仍然采用重心法。温度检测程序模块流程如图4所示。
4、 结语
采用双处理器对整个控制任务进行合理分割，不仅提高了系统的处理速度和稳定性，而且软件设计也相对简单。处理器结合位移传感器，并按一定的压力和速度对注塑机实施控制和动态监测，大大提高了产品的精度和质量。料筒温度控制采用模糊控制结合传统控制方法PID控制，使温度控制达到更好的控制效果。该控制器件已在实际生产中获得了应用，经过半年多的使用，系统运行情况良好、性能稳定。
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