Masinile de Injectat

Unele dintre cele mai energofage utilaje de productie sunt masinile de injectat . Din acest
motiv, ele se afla in atentia tuturor strategiilor de dezvoltare locale, regionale, nationale si
europene.

O analiza a structurii pretului de cost a oricarui reper injectat releva faptul ca cca. 80% din
pretul de cost il reprezinta consumul de energie electrica. Este firesc, deci, ca interesul si
preocuparile firmelor din domeniu sa fie focalizate pe modalitati de reducere a acestui element
de cost.

Importanta acordata acestor preocupari este dovedita prin finantarea din fonduri nationale si
europene acordata cercetarilor derulate in cadrul proiectului "Reducerea consumurilor de
functionare la masinile de injectat de capacitate mica" (proiect inceput in 2012 si aflat inca in
derulare). Pentru testarea sistemului de incalzire dezvoltat in cadrul proiectului (obiect al cererii

de brevet de inventie A2013/000641 au trebuit realizate mai multe standuri de testare / masurare,

printre care cel mai important este standul cu care se efectueaza masuratorile si determinarile
care dovedesc superioritatea (din punct de vedere al consumului redus de energie electrica) a inventiei fata de sistemele clasice de incalzire.

Am ales aceasta tema din dorinta de a realiza o lucrare aplicata in domeniul industrial si, in
special, intr-un proiect de finantare europeana (lucrarea se aplica in cadrul firmei S. C.
VASILACHE s.n.c. care este titulara proiectului amintit deja). Incalzirea unitatilor de plastifiere
/ injectare imi este familiara, intrucat am mai avut preocupari tehnice si realizari in domeniu:
sunt co-autoare a unor articole aparute in publicatii tehnice din tara si strainatate referitoare la
unitatile de injectat, sunt co-autoare a unei carti despre masinile de injectat material plastic
aparute la Editura Universitatii Petru Maior, sunt co-autoare a inventiei "Sistem de incalzire".

Prin aplicarea cunostintelor si aptitudinilor dobandite pe parcursul angrenarii mele in cadrul
colectivului de cercetare al proiectului de finantare, ca si a celor dobandite in anii de studiu ai ingineriei IT, am reusit sa gasim o solutie eficienta pentru un stand de testare / masurare care
demonstreaza cu gradul necesar de incredere in rezultatele obtinute rezultatele cercetarilor
derulate in cadrul proiectului de finantare.

1.1. Descrierea pe scurt a procesului de injectare si a masinii de injectat

Injectarea materialelor plastice este o metoda de obtinere rapida a reperelor cu forme
complicate, ducand la importante economii materiale si de manopera fata de prelucrarile clasice
prin aschiere. Injectarea este prezenta aproape peste tot unde si-au facut simtita prezenta
materialele plastice, adica in majoritatea domeniilor vietii. Peste tot se intalnesc felurite carcase,
vase, rezervoare, unelte, component de masini si echipamente, ambalaje etc. Deja se poate vorbi chiar de o sufocare a cotidianul inconjurator sub asaltul materialelor plastice.

In principiu, injectarea este un proces simplu. Polimerul, de regula sub forma de granule, cade
dintr-o palnie intr-un cilindru unde este incalzit pana la inrnuiere. Apoi este presat, printr-o duza,
in matrita de obicei rece si inchisa cu o forta mare. Dupa trecerea unui anumit interval de timp
polimerul se raceste si se solidifica, rnatrita se deschide si produsul este evacuat – urmand ca
ciclul sa se repete. [1]

Procedeul permite obtinerea unei multitudini de forme si repere, permite obtinerea unei
productivitati marite, permite obtinerea de repere precise si cu grad foarte ridicat de
repetabilitate.

Componenta minimala a masinilor de injectat materiale plastice termoplaste reuneste cel putin
urmatoarele componente:

• Batiu

• Unitate de inchidere a matritei

• Unitate de plastifiere / injectare

• Unitate de actionare (hidraulica , electrica sau pneumatica)

• Unitate de reglare, cornanda si control

Partea esentiala a oricarei masini de injectat este Unitatea de injectare. De obicei are pozitie
orizontala (Foto 1.1), dar poate fi (in cazuri special) verticala sau inclinata.

Foto 1.1 – Masina de injeetat cu unitatea de injectat orizontala [2]

Un ciclu-masina tipic este descris astfel:

a) Melcul este impins inainte, injectand materialul plastic topit in rnatrita. Melcul ramane in
aceasta pozitie pentru mentinerea presiunii in materialul care se raceste si compensarea
astfel a contractarii materialului din matrita. Dupa solidificarea puntitelor cuiburilor
melcul incepe sa se roteasca, aducand material plastifiat in fata lui; materialul adus nu
poate iesi din unitate intrucat matrita e plina si melcul este astfel impins impotriva unei
presiuni posterioare prereglate.

b) Melcul se opreste din rotire atunci cand s-a adus in fata lui suficient material plastifiat. In
timpul fazei de dozare, piesa injectata s-a racit in matrita. Dupa solidificarea piesei
injectate, matrita se deschide si piesa este evacuata,

c) Matrita se inchide si, apoi, melcul avanseaza, injectand materialul plastic topit in matrita.

d) Melcul ramane in pozitia avansat, mentinand presiunea in masa de topitura (faza de post-
injectie) pana se solidifica puntitele cuiburilor si apoi incepe dozarea. Ciclul este reluat.

1.2. Tendinte de fabricare a masinilor de injectat-din punct de vedere al sistemelor de
incalzire

1.2. Tendințe de fabricare a mașinilor de injectat din punct de vedere al sistemelor de ȋncǎlzire

În domeniul foarte plin de concurență al mașinilor de injectat materiale plastice, reducerea costurilor de producție la beneficiar prin toate mijloacele posibile a devenit esențială. Reducerea timpilor de așteptare, procesele de automatizare, eliminarea risipirii de material plastic și reducerea consumului de energie electrică sunt toate domenii unde se mai pot face dezvoltări [1].

Sistemul de ȋncǎlzire este consumatorul principal de energie al mașinii de injectat materiale plastice. Cca. 80% din prețul de cost al unui reper injectat este reprezentat de costul energiei electrice. Cele mai rǎspȃndite sisteme de ȋncǎlzire sunt cele cu elemente rezistive; existǎ și sisteme bazate pe ȋncǎlzire prin inducție, dar acetstea sunt folosite foarte rar din cauza problemelor constructive de gabarit.

Soluția clasicǎ este ce a a manștelor de ȋncǎlzire Ȋn Foto 1 [5] este ilustratǎ o manșetǎ clasicǎ cu carcasǎ turnatǎ din aluminiu și rezistențǎ tubularǎ. Ȋn Foto 2 [5] este ilustratǎ o manșetǎ clasicǎ cu elemente ceramice și rezistențǎ spiralatǎ.

O soluție apǎrutǎ ulterior constǎ din frezarea unor degajǎri pe suprafața cilindrului de injectare și ȋngroparea unor elemente de ȋncǎlzire tubulare ȋndoite 3D ȋntr-o formǎ ondulatǎ [6].

O ultimǎ soluție este cea care are prevǎzute canale longitudinale frezate de-a lungul unitǎții de injectare și ȋn care canale se ȋngroapǎ elemente de ȋncǎlzire tubulare rectilinii [7], [8].

1.3 Protocoalele EUROMAP

Comitetul European al Producatorilor de Masini pentru Materiale Plastice si Cauciuc
(EUROMAP) a elaborat pana acum 85 protocoale (50 in vigoare) din care 39 sunt in domeniul masinilor de injectat ( 32 in vigoare), cu scopul declarant de a realiza o cat mai perfecta interschimbabilitate intre masinile diferitor producatori.

Intrucat reglajul prin computer si automatizarea continua sa domine viitorul masinilor de injectat, standardizarea patrunde rapid si in aceste domenii. Acestea defines conectica pe masinile de injectat si pe echipamentul de incalzire (incalzitoare si termocuple) [3].[4].

Foto 1.2 Panou de comanda NEGRI BOSSI

Sistemul asigura monitorizarea functionarii unei masini de injectate material plastice, principalele cerinte fiind:

O interfata grafica simpla

Generarea de rapoarte pentru urmarirea istoricului utilizarii

Eliminarea necesitatii personalului de testare in hala de productie

………………….

Descrierea instalatiei-despre masina de injectat

Descrierea procesului-despre injectare

Proiectarea sistemului

Sistemul prezentat in aceasta lucrare ajuta la monitorizarea functionarii unei masini de injectat materiale plastic, avand ca scop evidentierea diferentelor de consum energetic intre diferite tipuri de masini, astfel putand fi dovedita superioritatea din punct de vedere al consumului pentru masini cu diferite sisteme de incalzire.

Sistemul functioneaza astfel: Datele masurate sunt transmise de la masina de injectat catre o placa de achizitii de date, unde sunt convertite pentru a trece printro interfata RS232 spre un modul de comunicatie, care mai apoi le trimite prin radio la un PC pe care ruleaza aplicatia scrisa pentru monitorizarea functionarii masinii de injectat.

Resurse necesare pentru modulele hardware si software:

Despre visual studio, mplab sau proton compiler?

Implementare

Rolul sistemului este realizare comunicarii intre masina de injectat si aplicatia care ruleaza pe un PC, prin intermediul microcontrollerului.

Acest sistem este compus din modulul de masurare, modulul de achizitii de date si modulul de comunicare.

Microcontrollerul PIC18f4620

Microcontrollerele sunt circuite electronice programabile, destinate controlului unor procese. Acestea incorporeaza o unitate centrala de prelucrare (UCP), memorie si echipamente de intrare-iesire.

Microcontrollerul folosit in sistem este unul cu 40 de pini, acestia fiind organizati pe 5 porturi: A, B, C, D, E. Am ales acest microcontroller datorita faptului ca acesta corespunde cel mai bine cerintelor sistemului, avand port serial, port SPI si port I2C.

O alta componenta importanta a microcontrollerului 18f4620 sunt cele 4 timere: TMR0, TMR1, TMR2, TMR3 care se ocupa de tratarea intreruperilor. Intreruperea reprezinta semnalul transmis catre microcontroller prin care se marcheaza aparitia unui eveniment ce necesita declansarea unor actiuni pentru tratarea sa.

Comunicatia in cadrul sistemului

In cadrul sistemului avem comunicatie seriala, si comunicatie wireless.

Comunicatia seriala este procesul trimiterii datelor secvential, bit cu bit. Aceasta este opusul comunicatiei paralele, in care mai multi biti sunt transmisi simultan pe mai multe fire.

Comunicarea seriala RS-232

RS-232 este un standard pentru comunicatia seriala intre un PC si dispozitive periferice. RS232 folosește un conector serial de transport efectuat cu până la 25 de pini mici pentru conectare. Aceasta specifica nivelurile tenisiunii si semnalului, configuratia pinilor si a legaturilor si controlul informatiei intre cele doua echipamente.

Semnal standard RS-232

Modul de comunicare seriala sincrona/asincrona usart permite calculatorului sa comunice cu dispozitivele conectate serial. Controllerul USART primeste date paralel pe o magistrala de date , a carei lungime depinde de arhitectura sistemului , si le transmite serial.

Interfața UART constă din două părți:

– un receptor (receiver – Rx) care convertește un flux serial de biți în date paralele (cuvinte) pentru microprocesor;

– un transmițător (transmitter – Tx) care convertește date paralele de la microprocesor într-un flux serial de biți, pentru transmisie.

Funcționarea modulului USART este controlată prin intermediul a trei regiștri:

– TXSTA – Transmit Status and Control

– RCSTA – Receive Status and Control

– BAUDCON – Baud Rate Control

Viteza de transmisie a datelor se măsoară in BAUD , unitate care reprezintă numărul de biți transmiși într-o secundă.Această viteză trebuie să fie egală între dispozitivele care comunică serial.

Comunicarea seriala RS-485

Standardul RS-485 defineste nu doar o interfata ce ajuta la comunicarea dispozitiv-dispozitiv, dar si un bus de comunicare folosit pentru a crea retele simple formate din mai multe dispozitive. Intro singura retea pot fi mai multe dispozitive emitatoare, insa doar unul poate transmite la un moment dat. Fiecare dispozitiv primeste un ID, si in momentul receptarii datelor doar dispozitivul cu ID-ul caruia ii este destinata informatia va raspunde.

Mediul de transmisie in cadrul comunicatiei RS-485 este o pereche de fire rasucite.

O POZA

I2C

Protocolul I2C este o interfata sincrona, folosita pentru conectarea circuitelor integrate periferice cu viteze reduse la un microcontroller.

Protocolul necesita doar doua fire pentru comunicatie: SDA si SCL. Orice numar de dispozitive slave si master pot fi conectate in mod virtual la aceste doua linii de comunicatie, fiecare dispozitiv avand o adresa.

Protocolul suporta adresarea pe 7 biti sau pe 10 biti.

Dispozitivul master initiaza si incheie transferul, genereaza semnalul de ceas.

Transmiterea datelor prin protocolul I2C

SPI

SPI este o interfata folosita pentru transmisia datelor intre microcontrollere si dispozitive periferice mici. Este un mode comunicatie sincrona, utilizand 4 linii de comunicatie:

SCLK( semnal generat de master pentru a sincroniza transferul de date)

SS ( semnal generat de master pentru a selecta dispozitivul slave)

MOSI ( semnal generat de master, receptat de slave)

MISO ( semnal generat de slave, receptat de master).

SPI master conectat la 3 dispozitive slave

Comunicare wireless prin intermediul protocolului TCP/IP

Suita de protocoale TCP/IP ofera posibilitatea de a interconecta fără probleme mai multe tipuri de rețele.

Protocolul TCP/IP are patru niveluri: Aplicație, Transport, Internet, Legatura date. Nivelurile Transport și Retea ale modelului OSI sunt pastrate ca niveluri individuale și nivelurile de peste Transport(Aplicație, Prezentare, Sesiune) sunt comasate intrunul singur, nivelul Aplicatie. Nivelurile de sub nivelul Rețea (Legătură de date și Fizic) sunt si ele comasate in nivelul Retea.

Nivelul Aplicație defineste diferite protocoale utilizate frecvent, cum ar fi HTTP, FTP, SMTP, si se ocupa de transferul fisierelor si rezolvarea diferitor incompatibilitati ce apar la transferul unui fisier intre doua sisteme de fisiere diferite si verifica disponibilitatea calculatorului cu care se initiaza conexiunea.

Nivelul Transport se ocupa cu transportarea datelor in siguranta si mentinerea fluxului acestora. In acest sens, au fost definite doua protocoale: TCP , care este un protocol sigur, orientat pe conexiuni care permite ca un flux de octeti sa ajunga fara erori de pe o masina pe alta.[tannenbaum] si UDP care este un protocol nesigur, fara conexiuni,  destinat aplicațiilor care doresc să utilizeze propria lor secvențiere și control al fluxului [tannenbaum].

Nivelul Internet permite gazdelor să emită pachete în orice rețea și face ca pachetele să circule independent până la destinație. Protocolul principal folosit in cadrul acestui nivel este protocolul IP, alte protocoale folosite fiind ICMP si IGMP.

Nivelul Retea se ocupă cu toate problemele legate de transmiterea efectivă a unui pachet IP pe o legătură fizică.

Arhitectura protocolului TCP/IP

Implementare aplictie din PIC

Alocarea pinilor din microcontroller