專利名稱：注塑機料桶溫度同步控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及注塑機的控制裝置及控制方法，更具體地說，本發明涉及注塑 機中各段料桶溫度同步系統及其控制方法。
背景技術：
注塑機是將高分子原材料經過注塑機的料桶加熱到生產需要的溫度，變成 熔融態，然后將加熱到熔融態的高分子流體，通過螺桿注射到模具^冷卻成型 的加工機械。塑料注射成型可對形狀復雜的制品實現一次成型，具有效率高、 尺寸精確、適合大批量生產等特點，是塑料制品最具優勢也是最主要的加工方 式，在國民經濟和國防工業等領域有著廣泛的應用。
注塑成型最重要的工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、注射精度、壓 力以及流量控制等。其中注塑機的料桶溫度控制是注塑加工工藝中的關鍵控制 工藝參數，直接關系到注塑機的性能和加工產品的質量。所以其控制非常重要。 注塑機料桶的溫度控制一般是采用分段進行控制的，將整個注塑機的料桶，從 注射口到加料口，連續的劃分為幾段，并分別進行控制。各段溫度一般根據需 要設置為不同的值。 一般中間溫度最高，兩邊溫度稍低。由于注塑機的段料桶 實際上是一個連續的整體，只是人為的劃分為幾段進行分段控制，這樣各段料 桶溫度之間是相互耦合的，相鄰段之間的溫度控制相互影響，這種各段溫度之 間的強耦合作用使其無法實現獨立的控制。
另外注塑機料桶溫度控制對象具有很大的延遲滯后特性，溫度控制輸出以 后延遲從幾秒到幾分鐘才會有溫度變化，所以具有滯后特性。
注塑機料桶的溫度控制對象還具有不確定性。首先其模型無法或者很難精 確辨識，另外不同機型的注塑機，其料桶容積大小和形狀不一樣，其溫度控制 對象也不一樣，所以注塑機料桶溫度控制對象又是一個不確定性的對象。綜上 所述可知，注塑機料桶溫度控制對象是一個強耦合、大滯后和不確定性控制對 象，其精確控制非常困難。
另一個方面，根據實際注塑工藝的需要，各段料桶溫度的設定值是不一樣
3的，而注塑機開機以前各段料桶溫度一致，都等于室溫，這樣各段的控制誤差 就不一致，常規的控制方法各段料桶溫度達到設定值的時間是不一樣的，而注 塑機必須等待各段溫度都達到設定值以后才可以工作，所以先達到設定溫度的 料桶段，必須等待后達到設定溫度的料桶段，使所有的料桶段都達到設定溫度 以后才可進行工作，這樣大大的浪費了時間，而且由于各段溫度之間存在著強 耦合作用，先達到設定值的段和還未達到的段之間的相互作用會嚴重影響到各 自的控制精度和響應時間，所以精密注塑要求各段溫度能夠實現同步控制，即 使各段設定值不一致也要求同時達到設定值，而且響應速度要求快。
常規的注塑機料桶溫度控制算法都沒有考慮到同步控制的要求，所以無法 實現各段溫度之間的同步控制。另外各段料桶溫度的散熱條件不一樣，達到設 定溫度以后，由于不斷連續生產，原料的不斷加入以及散熱不一致，造成的溫 度誤差也不一樣，所以也存在一個同步控制的問題。本發明就是為了解決這個 問題，使各段料桶溫度同時、快速的達到設定的溫度。
發明內容
本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提出一種注塑機中各段料桶 溫度同步系統。本發明更進一步的目的是提供一種基于該注塑機料桶溫度同步 控制系統的注塑機料桶溫度同步控制方法。
本發明解決技術問題采用的技術方案如下-
本發明提供了一種注塑機料桶溫度同步控制系統，包括位于料桶各段位置 處的若干電加熱器和具有對應安裝位置的溫度傳感器，各溫度傳感器通過信號
線連接至溫度設定模塊，溫度設定模塊、溫度同步控制模塊和PID控制模塊通 過信號線依次連接，PID控制模塊通過信號線連接至前述各電加熱器。
作為一種改進，所述PID控制模塊與電加熱器的數量是相對應的，并分別 通過信號線連接。
本發明還提供了一種基于前述注塑機料桶溫度同步控制系統的溫度同步控 制方法，包括以下步驟
(1) 由溫度傳感器實時采集各段料桶當前實際溫度值，傳送至溫度設定模
塊；
(2) 溫度設定模塊內置計算程序，根據公式(a)得到各段相鄰料桶之間 的溫度控制誤差值《，并傳送至溫度同步控制模塊；五,.=5,-7; (a)
其中i為第i段料桶的標號，《為第i段料桶當前溫度控制誤差值，S為 第i段料桶的設定溫度，7;為第i段料桶當前實際采樣溫度；
(3) 溫度同步控制模塊內置計算程序，根據公式(b)得到當前各段料桶 電加熱器的PID混合控制輸入值《，并傳送至PID控制模塊
五;二yi(五,，厶五"-i,厶五"+i)=五,+j^'厶五"+i (b)
其中為第i段的PID混合控制輸入值；a《，,—，=《,，為第i段料桶溫 度當前控制誤差值和第i-l段料桶當前控制誤差值之差；^&+1=￡,-￡,+1為第i 段料桶溫度當前控制誤差值和第i+l段料桶當前控制誤差值之差；
對于第一段料桶而言，沒有《,一項；對于最后一段料桶而言，沒有a^+,項； 式中，"，"為正系數，稱為相鄰段之間的耦合同步比例系數，根據第i 段料桶溫度和第i-l段、i+l段料桶溫度之間的耦合強度確定，其范圍為[O， l];相鄰段料桶溫度之間耦合強度越高，"，/ 數值越大，耦合強度越小，"， A數值越小；"，^數值的確定可在實際應用中根據如下實驗獲得打開第i-l 段料桶的加熱器使其工作， 一直到使其溫度上升10'C為止，其他段的加熱器都 關閉，記錄下在這個過程中第i段料桶溫度上升數值，假如為x'C，則參數 "二x/10;參數"的確定也類似，關閉其他段料桶溫度的加熱器，打開第i+l段 料桶的加熱器使其工作，直到使第i+l段料桶溫度上升10'C為止，記錄下這個 過程中第i段料桶溫度上升的數值，假設為y'C，則/^y/10;
(4) PID控制模塊內置計算程序，根據公式(c)得到各段料桶電加熱器 的控制輸出值，并傳送至對應的電加熱器
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中R為第i段料桶溫度控制輸出值，&，《，i^為PID控制參數，在 實際控制過程中采用通用的Ziegler-Nichols方法進行整定。Ziegler-Nichols 方法是基于系統穩定性分析的PID整定方法.在設計過程中無需考慮任何特性 要求，整定方法非常簡單，但控制效果卻比較理想，具體整定方法如下
首先，置《=&=0，然后增加比例系數一直到系統開始振蕩(閉環系統的 極點在Jco軸上)；再將該比例系數乘以0.6,其他參數按照以下公式計算&=0. 6*Km，〖j尺Z:ir/4氺"，n 。其中Km為系統開始振蕩時的 比例值；co為振蕩時的頻率；
(5)重復前述步驟(1)至步驟(4)的過程。
與現有的技術相比，本發明的有益效果是在注塑機各段料桶溫度設置不 一致或者散熱情況不一致的情況下，快速地進行控制使各段溫度同時達到設定 值。在實時的檢測到各段料桶溫度設定值和實際值之間的誤差后，獲得各段的 控制輸出，去控制各段的加熱器的工作，實現各段的溫度精確控制。采用本發 明，可以達到使注塑機各段料桶溫度同步、快速達到設定溫度的效果。
圖1是本發明控制方法實現的流程示意圖； 圖2是本發明中溫度同步控制流程示意圖； 圖3是本發明實施例的結構框圖。
具體實施例方式
本實施例以一個三段的注塑機料桶溫度控制為例子說明本發明中注塑機料 桶溫度同步控制系統極其控制方法的實現，其他多段的注塑機料桶溫度同步控 制與此類似，都被認為在本發明的范圍之內。
本實施例中的注塑機料桶溫度同步控制系統結構如圖3所示，料桶319分 為I、 II 、 III三段。料桶319中的第一段和第二段直接相鄰，第三段和第二段
直接相鄰，第二同時和第一、第三段相鄰。本發明只考慮直接相鄰的段之間的 耦合作用，忽略非直接相鄰的段之間的耦合作用，這樣通過計算各段的混合輸 入量時，第一、第三段只有兩項，第二段有三項。
同步控制系統包括位于料桶319各段位置處的電加熱器318和具有對應安 裝位置的溫度傳感器，溫度傳感器采用K型熱電偶。各溫度傳感器通過信號線 連接至對應的溫度設定模塊301、 302、 303,溫度設定模塊301、 302、 303分 別通過信號線與溫度同步控制模塊316和PID控制模塊317依次連接，PID控 制模塊317通過信號線連接至前述電加熱器318。
本發明中塑機料桶溫度同步控制方法，包括以下步驟 (1)由溫度傳感器實時采集料桶319各段的當前實際采樣溫度值，分別傳 送至溫度設定模塊301、 302、 303;(2) 溫度設定模塊301、 302、 303均內置計算程序，根據公式(a)得到 溫度控制誤差值A,并傳送至溫度同步控制模塊316;
g=S-7; (a)
其中i為第i段料桶的標號，五,為第i段料桶當前溫度控制誤差值，S為 第i段料桶的設定溫度，7;為第i段料桶當前實際采樣溫度；
本實施例中，料桶319各段的溫度經過K型熱電偶檢測，經過AD轉化獲得 的實際溫度分別為313為第一段實際溫度7), 314為第二段實際溫度72， 315 為第三段實際溫度乃。料桶319三段溫度的設定值分別為溫度設定模塊301 為第一段溫度設定值&，溫度設定模塊302為第二段溫度設定值&溫度設定 模塊303為第三段溫度設定值&。
第一段設定值S減去第一段實際值7)得到第一段的控制誤差304，為￡1; 第二段設定值&減去第二段實際值7^得第二段的控制誤差到305，為￡2，第三 段設定值S減去第三段實際值K得到第三段的控制誤差306，為￡3 。
(3) 溫度同步控制模塊316內置計算程序，根據公式(b)得到當前料桶 319各段電加熱器318的PID混合控制輸入值《，并傳送至PID控制模塊317:
￡; = , (￡, ，厶，厶五,、w) = A + "*厶 —,+ 〃'厶五,,,+1(b )
其中￡;為第i段的PID混合控制輸入值；為第i段料桶溫 度當前控制誤差值和第i-l段料桶當前控制誤差值之差；^^+1=￡,-《+1為第i 段料桶溫度當前控制誤差值和第i+l段料桶當前控制誤差值之差；
對于第一段料桶而言，沒有a^—,項；對于最后一段料桶而言，沒有^￡,,,+1項；
式中，《，々為正系數，稱為相鄰段之間的耦合同步比例系數，根據第i 段料桶溫度和第i-l段、i+l段料桶溫度之間的耦合強度確定；其范圍為[O， l]，相鄰段料桶溫度之間耦合強度越高，數值越大，耦合強度越小，數值越小。 其數值的確定可在實際應用中根據如下實驗獲得打開第i-1段料桶的加熱器 使其工作， 一直到使其溫度上升1(TC為止，其他段的加熱器都關閉，記錄下在 這個過程中第i段料桶溫度上升數值，假如為x°C，則參數"二x/10;參數/ 的確 定也類似，關閉其他段料桶溫度的加熱器，打開第i+l段料桶的加熱器使其工 作，直到使第i+l段料桶溫度上升l(TC為止，記錄下這個過程中第i段料桶溫 度上升的數值，假設為y'C，則"，/10。
本實施例中，料桶319三段本身的控制誤差^， ￡2， ￡3傳送至溫度同步控 制模塊316后由模塊內置程序計算各段料桶溫度控制誤差之間的差值。對于第 一段來說，aA，2-^-五2;對于第二段來說，a￡21=￡2-A， ^E:23=￡2-￡3;對于第三段來說，^32=￡3-￡2。
根據公式(b)，對于第一 段，S=￡1+/5^EU ;對于第二段，
其中"、；S的數值根據各
段之間的耦合強度確定，對于本實施的三段料桶溫度控制而言，采用上述方法 進行試驗，獲得數據計算得到"=-=0.5。由該步驟得到混合輸入對應附圖3中 的說明為307為混合輸入￡;, 308為混合輸入《，309為混合輸入五;。
(4) PID控制模塊內置計算程序，根據公式(c)得到各段料桶電加熱器 的的控制輸出值，并傳送至對應的電加熱器
t/, = / (￡■;)=w+《,f《:W+& M (c)
其中M為第i段料桶溫度控制輸出值，~，《，^為PID控制參數。根 據獲得的混合輸入《，《，《，利用PID控制算法分別計算三段的控制輸出，
PID控制器的^，尺,，A參數根據實際情況，采用上述發明內容中介紹的 Ziegler-Nichols方法進行整定。獲得如附圖3中310為第一段料桶溫度控制 輸出f/,, 311為第二段料桶溫度控制輸出[/2， 312為第三段料桶溫度控制輸出 "3，根據M、 f/2、 [/3控制對應的加熱器318的工作，進而控制料桶319的三段 料桶溫度。
(5)下一個控制周期達到時重復前述步驟(1)至步驟(4)的過程，實現 持續控制。
需要說明的是其中實際溫度是不斷連續采樣數據的，各項誤差及控制輸出 以及控制都是根據設定的控制周期不斷實現計算和控制輸出的，本實施例中的 控制周期為10秒。
應該理解的是，本發明并不限于如上圖示和描述的確切構造，在不背離的 權利要求所定義的本發明的精神和范圍，可以對發明進行各種不同的改變和修 改，都被認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種注塑機料桶溫度同步控制系統，包括位于料桶各段位置處的若干電加熱器和具有對應安裝位置的溫度傳感器，其特征在于，各溫度傳感器通過信號線連接至溫度設定模塊，溫度設定模塊、溫度同步控制模塊和PID控制模塊通過信號線依次連接，PID控制模塊通過信號線連接至前述各電加熱器。
2、 根據權利要求1所述的注塑機料桶溫度同步控制系統，其特征在于，所 述PID控制模塊與電加熱器的數量是相對應的，并分別通過信號線連接。
3、 一種基于權利要求1所述注塑機料桶溫度同步控制系統的注塑機料桶溫 度同步控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1) 由溫度傳感器實時采集各段料桶當前實際采樣溫度值，傳送至溫度設 定模塊；(2) 溫度設定模塊內置計算程序，根據公式(a)得到各段相鄰料桶之間的 溫度控制誤差值g，并傳送至溫度同步控制模塊；五,S,-7; (a)其中i為第i段料桶的標號，《為第i段料桶當前溫度控制誤差值，S,為第 i段料桶的設定溫度，T]為第i段料桶當前實際采樣溫度；(3) 溫度同步控制模塊內置計算程序，根據公式(b)得到當前各段料桶電 加熱器的PID混合控制輸入值《，并傳送至PID控制模塊二 ,(五,，厶J^，,—p厶《，w)=《+0>厶_￡^一1 + Z .厶^川 (b)其中《為第i段的PID混合控制輸入值；為第i段料桶溫度當前控制誤差值和第i-1段料桶當前控制誤差值之差；=《-A+,為第i段 料桶溫度當前控制誤差值和第i+l段料桶當前控制誤差值之差；對于第一段料桶而言，沒有4w項；對于最后一段料桶而言，沒有^,,+1項；式中，"，》為正系數，稱為相鄰段之間的耦合同步比例系數，根據第i段料桶溫度和第i-l段、i+l段料桶溫度之間的耦合強度確定，其范圍為[O， 1];(4) PID控制模塊內置計算程序，根據公式(c)得到各段料桶電加熱器的的控制輸出值，并傳送至對應的電加熱器",=/2 (五;)=^五;+《+& ， ( c)其中f/,為第i段料桶溫度控制輸出值，、，《，^為PID控制參數；(5) 重復前述步驟(1)至步驟(4)的過程。
全文摘要
本發明涉及注塑機的控制裝置及控制方法，旨在提供一種注塑機中各段料桶溫度同步系統及其控制方法。該系統包括位于料桶各段位置處的若干電加熱器和具有對應安裝位置的溫度傳感器，各溫度傳感器通過信號線連接至溫度設定模塊，溫度設定模塊、溫度同步控制模塊和PID控制模塊通過信號線依次連接，PID控制模塊通過信號線連接至前述各電加熱器。本發明在注塑機各段料桶溫度設置不一致或者散熱情況不一致的情況下，快速地進行控制使各段溫度同時達到設定值。在實時的檢測到各段料桶溫度設定值和實際值之間的誤差后，獲得各段的控制輸出去控制各段的加熱器的工作，實現各段的溫度精確控制，可以達到使注塑機各段料桶溫度同步、快速達到設定溫度的效果。
文檔編號B29C45/78GK101491935SQ200910095350
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月8日 優先權日2009年1月8日
發明者彭勇剛, 巍 韋 申請人:浙江大學