電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法
2023-09-21 01:09:20 1
專利名稱：電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及熔膠背壓控制系統及方法，更具體地說，涉及一種電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法。
背景技術：
注塑螺杆在預塑時，所計算出的料筒中熔體的壓強稱為熔膠背壓。注塑機工作吋，合適的熔膠背壓使其在熔料質量與生產效率之間取得了良好的平衡，是注塑成型エ藝中控制熔料質量及產品質量的重要參數之一，合適穩定的熔膠背壓對於提高注塑產品的質量起著重要作用。現在大多數的注塑機都是以液壓油泵作為動カ源，熔膠背壓的控制對象為儲料過 程中的油路背壓，注射油缸後部都設有背壓閥，所以熔膠背壓的控制是通過調節注射油缸的背壓閥來實現的。但對電控注塑機來說，熔膠背壓的控制卻比較複雜，螺杆旋轉時熔膠背壓由熔膠電機的轉速和射膠電機的迴轉速度共同控制。在熔膠電機的旋轉速度恆定的情況下，射膠電機的迴轉速度的數值是熔膠背壓的函數，即射膠電機的迴轉速度的數值越大，熔膠背壓就越小，射膠電機的迴轉速度數值越小，熔膠背壓越大。目前針對電控注塑機的熔膠背壓的閉環實時控制的研究取得的成效不大。傳統注塑機的油路背壓控制對注射油缸的壓力進行控制，壓カ控制精度較低，不能直接實現對熔膠背壓的檢測與控制，從而不能保證對製品高精度的要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在幹，針對現有技術的上述缺陷，提供一種電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造ー種電控注塑機的熔膠背壓控制系統，所述電控注塑機包括射膠電機、熔膠電機和注塑螺杆，其中，所述射膠電機用於帶動所述注塑螺杆往復運動，所述熔膠電機用於帶動所述注塑螺杆旋轉運動，所述熔膠電機的轉速恆定，所述熔膠背壓控制系統包括嵌入式控制器和壓カ傳感器，其中，所述壓カ傳感器設置在所述電控注塑機的射膠ロ，以採集熔膠背壓信號；所述嵌入式控制器分別與射膠電機和壓カ傳感器電連接；所述嵌入式控制器用於將接收到的所述熔膠背壓信號與預設的熔膠背壓值相比較，以得到實時的偏差信號，並對所述偏差信號進行比例積分運算，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統中，在所述嵌入式控制器內設置有比例積分控制器，所述比例積分控制器用於對所述偏差信號進行比例積分運算。在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統中，所述比例積分控制器還用於在對所述偏差信號進行積分運算時，執行防飽和限定和濾波運算。在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統中，所述嵌入式控制器還用於將比例積分運算結果轉換成射出速度和射出扭矩信號，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統中，所述嵌入式控制器還與所述電控注塑機的輸入設備電連接，以接收輸入的預設熔膠背壓值及注塑各個階段的壓力、速度和位置參數值。根據本發明的另ー個方面，提供一種電控注塑機的熔膠背壓控制方法，所述電控注塑機包括射膠電機、熔膠電機和注塑螺杆，其中，所述射膠電機用於帶動所述注塑螺杆往復運動，所述熔膠電機用於帶動所述注塑螺杆旋轉運動，所述熔膠電機的轉速恆定；所述方法包括以下步驟通過設置在所述電控注塑機的射膠ロ的壓カ傳感器，採集熔膠背壓信號；嵌入式控制器將接收到的所述熔膠背壓信號與預設的熔膠背壓值相比較，以得到實時的偏差信號，並對所述偏差信號進行比例積分運算，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制方法中，在對所述偏差信號進行積分運算時，執行防飽和限定和濾波運算。在本發明所述的電控注塑機的熔膠背壓控制方法中，將比例積分運算結果轉換成射出速度和射出扭矩信號，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。實施本發明的電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法，具有以下有益效果通過壓カ傳感器直接在射膠ロ檢測熔膠背壓，避免了常規的熔膠背壓控制中間環節多，精度較低的缺點；由於採用比例積分控制，直接對壓カ傳感器採集的熔膠背壓與預設的熔膠背壓值進行閉環控制計算，根據計算結果控制射膠電機的迴轉速度，從而可維持射膠壓カ的恆定，不僅結構簡単，參數也易於調整，既保證了動態響應速度，又消除了靜態誤差，從而提高了系統的無差度，具有實時控壓、精確控壓的功能，大大提高了製品質量。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進ー步說明，附圖中圖I是本發明電控注塑機的結構示意圖；圖2是本發明電控注塑機的熔膠背壓控制系統的原理框圖；圖3是本發明電控注塑機的熔膠背壓控制方法的流程圖；圖4是熔膠背壓隨時間變化的曲線圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖I和2所示，本發明的電控注塑機的熔膠背壓控制系統主要是用於對電控注塑機的熔膠背壓進行動態實時控制。可以理解的該熔膠背壓控制系統2既可以是電控注塑機的一部分，也可以根據需要將該熔膠背壓控制系統2作為獨立於電控注塑機I的ー個裝置，在此不做進ー步限定。如圖I和2所示，該電控注塑機I包括輸入設備11、伺服驅動器12、射膠電機13、傳動部件14、變頻器15、熔膠電機16和注塑螺杆17 ;其中伺服驅動器12與射膠電機13電連接，射膠電機13與傳動部件14電連接，變頻器15與熔膠電機16電連接，熔膠電機16和傳動部件14均與注塑螺杆17傳動連接，從而由傳動部件14帶動注塑螺杆17往復運動，並且由熔膠電機16帶動注塑螺杆17旋轉運動。在具體設計吋，該傳動部件14可以由同步帶和滾珠絲槓構成，重複精度誤差可小於O. 01%。熔膠背壓控制系統2主要包括嵌入式控制器21和壓カ傳感器22，其中，嵌入式控制器21分別與輸入設備11、伺服驅動器12、變頻器15和壓カ傳感器22電連接。應當說明的是，本發明所有圖示中各設備之間的連接關係是為了清楚闡釋其信息交互及控制過程的需要，因此應當視為邏輯上的連接關係，而不應僅限於物理連接。在具體工作時，壓カ傳感器22安裝在電控注塑機I的射膠ロ直接對熔膠背壓信號進行採集，將採集到的熔膠背壓信號進行A/D轉換後與預設的熔膠背壓值進行閉環控制運算。熔膠背壓控制系統2以高速響應的嵌入式控制器21作為核心元件，並經過串井口傳輸數據，在人機界面上對數據進行實時曲線監測，縮短了整個系統的響應時間，提高了注塑過程中的位置、速度等關鍵參數的控制精度。通過電控注塑機I的輸入設備11，可以理解的，該輸入設備11可以是觸摸面板或 觸控螢幕等同時具有輸入輸出功能的裝置。當該輸入設備11是觸控螢幕時，在該觸控螢幕上設定預設熔膠背壓值及注塑各個階段的エ藝參數值，例如，注塑各個階段的壓力、速度和位置參數值。同時將相關的數值發送到熔膠背壓控制系統2的嵌入式控制器21中。另外，高精度的壓カ傳感器22檢測到的熔膠背壓信號可直接發送到嵌入式控制器21，也可再設置一信號採集裝置，從而先發送給該信號採集裝置，再進ー步發送到嵌入式控制器21。在嵌入式控制器21將獲得的熔膠背壓信號與預設熔膠背壓值進行比較，得到偏差信號，再對偏差信號執行比例積分計算和防積分飽和限定和濾波計算，最後將計算結果轉換成射出速度與射出扭矩，嵌入式控制器21將轉換後的信號發送伺服驅動器12，由伺服驅動器12控制射膠電機13的迴轉速度，以實現注塑過程中熔膠背壓的準確控制。傳統的採用PLC控制器的最大位置偏差Smax為Smax = Δ t X V = 4. 5mm其中At為檢測時間間隔，傳統PLC控制器的響應時間約為15ms ;v為注塑速度，電控注塑系統注塑機的注射速度為O. 3m/s。採用該嵌入式控制器21，它的響應時間為1ms，則最大的位置偏差s' max為s' max= At' Xv = 0.3mm。由此可見，大大降低了熔膠背壓控制系統2對電控注塑機I的位置、速度控制造成的誤差。該熔膠背壓控制系統2可實現對熔膠背壓的實時精密閉環控制，同時也保證了位置和速度控制精度，抗幹擾能力強。將該熔膠背壓控制系統2應用到電控注塑機I上，並進行大量實驗對比研究，採用壓カ傳感器直接採集射膠ロ的熔膠背壓，由於存在面積比相當於傳統注塑機通過控制注射油缸壓カ實現背壓控制的±2. Obar精度，製品的質量良好，大大提高了壓カ控制精度，是ー種針對電控注塑機的實時、高效的熔膠背壓閉環控制系統。如圖3所示的電控注塑機的熔膠背壓控制方法的流程，具體包括以下步驟S301 :壓カ傳感器22直接在電控注塑機I的射膠ロ對熔膠背壓進行數據採集；S302 :將採集到的熔膠背壓信號進行A/D模數轉換；
S303 :將經A/D模數轉換後的熔膠背壓信號進行整形濾波；S304:將整形濾波後的數據與預設的熔膠背壓值進行比較，得到實時的偏差信號，對該偏差信號進行離散比例積分運算；通過對偏差信號進行比例積分運算，由此在比例計算環節實時反映熔膠背壓控制系統2獲取的偏差信號，一旦偏差產生，該比例積分運算就產生控制作用，及時減少其對整個電控注塑機I的影響，保證其動態性能。積分環節用來提高比例積分運算反饋控制在緩慢變化期間的靜態精確度；S305 :在積分運算環節進行防積分飽和運算；S306 :對防飽和運算的結果進行限幅調整；
S307 :對限幅調整後的結果進行輸出濾波；通過步驟S305、S306和S307，對積分環節進行防積分飽和限定和濾波運算，主要是為了防止積分控制環節由於時間的增長引起的積分飽和所帯來的系統控制不及時、失控和不穩定，引入防積分飽和計算，實現了壓カ的實時控制及系統長期運行的反應靈活性。同時採用濾波運算削弱環境噪音、機臺振動、電源等幹擾信號對控制系統的影響，儘可能獲得精確的控制信號。S308:最後將經輸出濾波後的結果轉換成射出速度與射出扭矩信號，最後將轉換後的信號輸出給伺服驅動器12，從而對射膠電機的迴轉速度進行控制，由此精確地控制執行機構的運動。。在具體計算時，比例積分運算的計算公式如下
ηu(n) = Kp-e(n) + KI · > ； e(j)
J=O其中e (n)_設定背壓與第η次採集壓力信號的差值減去系統偏差；Kp-比例係數；K1-積分係數。如圖4所示，在一個注塑周期內，得到的熔膠背壓-時間曲線圖，其中，熔膠背壓的控制精度能達到±2.0bar，製品的質量良好。實驗結果表明本發明能夠實現壓カ的準確控制，是ー種針對電控注塑機的熔膠背壓控制系統的實時高效的控制方法。本發明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
權利要求
1.一種電控注塑機的熔膠背壓控制系統，所述電控注塑機包括射膠電機、熔膠電機和注塑螺杆，其中，所述射膠電機用於帶動所述注塑螺杆往復運動，所述熔膠電機用於帶動所述注塑螺杆旋轉運動，其特徵在於，所述熔膠電機的轉速恆定，所述熔膠背壓控制系統包括嵌入式控制器和壓カ傳感器，其中，所述壓カ傳感器設置在所述電控注塑機的射膠ロ，以採集熔膠背壓信號；所述嵌入式控制器分別與射膠電機和壓カ傳感器電連接；所述嵌入式控制器用於將接收到的所述熔膠背壓信號與預設的熔膠背壓值相比較，以得到實時的偏差信號，並對所述偏差信號進行比例積分運算，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
2.根據權利要求I所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統，其特徵在於，在所述嵌入式控制器內設置有比例積分控制器，所述比例積分控制器用於對所述偏差信號進行比例積分運算。
3.根據權利要求2所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統，其特徵在於，所述比例積分控制器還用於在對所述偏差信號進行積分運算時，執行防飽和限定和濾波運算。
4.根據權利要求I所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統，其特徵在於，所述嵌入式控制器還用於將比例積分運算結果轉換成射出速度和射出扭矩信號，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
5.根據權利要求I 4任一所述的電控注塑機的熔膠背壓控制系統，其特徵在於，所述嵌入式控制器還與所述電控注塑機的輸入設備電連接，以接收輸入的預設熔膠背壓值及注塑各個階段的壓力、速度和位置參數值。
6.—種電控注塑機的熔膠背壓控制方法,所述電控注塑機包括射膠電機、熔膠電機和注塑螺杆，其中，所述射膠電機用於帶動所述注塑螺杆往復運動，所述熔膠電機用於帶動所述注塑螺杆旋轉運動，其特徵在於，所述熔膠電機的轉速恆定；所述方法包括以下步驟 通過設置在所述電控注塑機的射膠ロ的壓カ傳感器，採集熔膠背壓信號； 嵌入式控制器將接收到的所述熔膠背壓信號與預設的熔膠背壓值相比較，以得到實時的偏差信號，並對所述偏差信號進行比例積分運算，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
7.根據權利要求6所述的電控注塑機的熔膠背壓控制方法，其特徵在幹，在對所述偏差信號進行積分運算時，執行防飽和限定和濾波運算。
8.根據權利要求6所述的電控注塑機的熔膠背壓控制方法，其特徵在於，將比例積分運算結果轉換成射出速度和射出扭矩信號，從而控制所述射膠電機的迴轉速度。
全文摘要
本發明涉及一種電控注塑機的熔膠背壓控制系統及方法，該系統包括嵌入式控制器和壓力傳感器，其中，壓力傳感器設置在射膠口，以採集熔膠背壓信號；嵌入式控制器用於將接收到的熔膠背壓信號與預設的熔膠背壓值相比較，以得到實時的偏差信號，並對偏差信號進行比例積分運算，從而控制射膠電機的迴轉速度，避免了常規的熔膠背壓控制中間環節多，精度較低的缺點；由於採用比例積分控制，直接對壓力傳感器採集的熔膠背壓與預設的熔膠背壓值進行閉環控制計算，從而可維持射膠壓力的恆定，不僅結構簡單，參數也易於調整，既保證了動態響應速度，又消除了靜態誤差，從而提高了系統的無差度，具有實時控壓、精確控壓的功能，大大提高了製品質量。
文檔編號B29C45/76GK102672926SQ20111005915
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者劉相尚, 尚智強, 張磊, 胡佑蘭 申請人:深圳領威科技有限公司