CN102101353B - 一种塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法，在原温度控制系统上用延时加热的方法实现塑料机械料筒及机头模具各段等时到达设定温度的控温方法，在系统PID或模糊PID等控制系统温度之前由本发明的控温方法控制，本发明主要过程是首先通过设定温度的首次加热找到首次耗时最长的加热段并记录各段到达设定温度的时间，然后用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间得到各自下次加热的延时时间，该延时时间并在以后开机过程中会越来越精确，实现延时时间的自适应性，避免设定温度低的各段等待设定温度高到达设定温度而损耗的热能，降低了在温控设备上没有意义的电能浪费，达到节能的目的。

Description

一种塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法
技术领域
本发明涉及一种塑料机械预热阶段的控温方法，属于塑料制品精密成型机温度控制领域。
背景技术
注塑机的塑化装置及挤出机的挤出装置等是把塑料原料加热熔融后注射到模具中或经机头挤出后，经冷却定型成为塑料制品的设备。其料筒和模具温度对制品性能和质量有着重要影响。如果温度过高，塑料会发生分解；如果温度过低，会使塑料塑化不良，流动性变差，制品成型不好，所以塑料熔体温度过低和过高都会影响产品的最终质量。同时不同的原料根据产品的工艺要求其最佳成型加工温度各不相同。为使料筒及模具达到符合工艺要求的温度分布，因此需要对其温度进行分段控制。而注塑机的料筒加热正向着节能和提高控制精度方向发展，控制精度的提高现在有很多算法可以实现，如模糊PID控制，自适应PID等；现在在料筒加热节能方面，已有高效节能的电磁感应加热，它的加热效率可以达到90％以上，比电阻式节能30％-50％。本发明就是一种节能的手段，提出了一种预热阶段塑化装置及模具各段等时到达设定温度控温控制策略。料筒及机头模具温度是分段控制，根据工艺要求各段设定的温度都不相同，如果各段加热功率相同，则各段到达设定温度的时间就各不相同：设定温度高的加热时间要比设定温度低的加热时间短。设定温度低的加热段到达设定温度后要等待设定温度高的加热段到达设定温度，而等待的过程中，由于与周围环境存在热传导以及热辐射，这段料筒或模具的温度必然要下降，导致该段加热器重新启动进行加热。每一段加热段都会一直重复这样的加热过程直至温度达到设定值所需时间最长的加热段完成预热，这样造成能源的浪费。所以本发明提出在PID或模糊PID等控制系统温度之前要料筒各段温度同时到达设定的温度，本发明涉及的设定温度是指系统设定的PID或模糊PID等开始控制系统温度时的温度值，这样可以避免设定温度低的各段等待设定温度高的加热段到达设定温度而造成的不必要能源浪费，从而达到节能的目的，同时缩短了设定温度低的加热段的加热时间，减少了与周围环境换热。目前国内的塑料机械仍然没有实现预热升温过程等时控温的功能；国外的塑料机械主要是通过设定温度调节各段加热时的功率实现等时控温的功能，但其也存在问题：1.不容易得到各段的加热功率，同时使温度控制更加复杂；2.节能效果有限，虽然设定温度低的各段加热功率降低了节约了电能，但其加热时间是和最高设定温度段的加热时间基本相同，而在其加热过程中，不免与周围环境存在热传导以及热辐射，造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在原温度控制系统基础上用延时加热的方法实现塑料机械料筒及机头模具各段等时到达设定温度的控温方法，实现了料筒及模具各段温度同时到达设定温度和控制量(延时时间)的自适应，并可以减少料筒及机头模具加热时的能耗。本发明的温度控制过程是在系统PID或模糊PID等控制系统温度之前起作用，当各加热段同时达到系统设定的PID或模糊PID等开始控制系统温度时的温度值之后，系统的温度将由PID或模糊PID等控制算法控制。
本发明涉及的设定温度都是指系统设定的PID或模糊PID等开始控制系统温度时的温度值。
本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法，其中实时比较温度传感器采集的温度值与设定温度值，并在每个加热段采用时钟计算延时时间和加热时间，最后用存储器保存温度值、延时时间和加热时间，该方法的主要步骤包括：
a比较本次开机设定温度与上次开机设定温度；
b根据比较结果来设置料筒及机头模具各段的延时时间；
c料筒及机头模具各段按各自的延时时间开始延时加热；
d记录存储各段到达设定温度所经历的时间；
e比较首次耗时最长加热段到达设定温度时间与其它各段到达设定温度时间，即用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间。
其中所述步骤a与步骤b之间还包括如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，说明是此温度设置首次加热，则把各段延时时间都设为零；如果比较结果是各段温度与上次设定完全一样，则把上次延时时间和自修正寄存器中的修正延时时间相加得到本次延时时间，这里的修正延时时间是分正负的，如果首次耗时最长加热段的到达时间大于其它各段的到达时间，则其为正；否则为负，并且首次耗时最长加热段的延时时间始终为零。
其中所述自修正寄存器中的修正延时时间是由首次耗时最长加热段到达设定温度的时间减去其它各段到达设定温度的时间得到的。
其中如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，应用本次开机设定温度值代替上次开机设定温度值，以便下次开机比较。
其中所述步骤c中还包括时钟计时，用来计算各段延时时间和到达时间。
其中所述步骤d还包括一个判断，判断各段是否到达设定温度，如果到达则记录该时间点。
其中所述步骤e还包括把比较得到的修正延时时间存到自修正寄存器内。
其中所述步骤d与步骤e之间还包括如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，需要通过比较各段到达时间找到首次耗时最长的加热段，并使系统以此段的到达时间作为以后计算各段延时时间的基准(被减数)。
本发明温度控制方法首先通过设定温度的首次加热找到首次耗时最长的加热段并记录各段到达设定温度的时间，然后用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间得到各自下次加热的延时时间，该延时时间并在以后开机过程中会越来越精确，实现延时时间的自适应性，同时，不必让设定温度低的各段等待设定温度高到达设定温度，降低了在温控设备上没有意义的电能浪费，达到了节能的目的。
附图说明
图1是本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法的主要实现过程流程图；
图2是本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法的具体实施过程流程图；
图3是采用本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法实验得到的温度升高曲线示意图；
图4是采用本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法实验得到的能耗对比示意图。
具体实施方式
下面结合各个附图对本发明以注塑机料筒为例的预热阶段等时到达设定温度控温方法的具体实施过程进行详细的阐述。
参照图1，该图是本发明塑料机械料筒及机头模具预热阶段的等时到达设定温度控温方法的主要实现过程流程图。利用本发明对塑料机械料筒及机头模具温度进行控制的主要过程如下：
步骤S10，系统开机时，比较本次开机设定温度Tnow与上次开机设定 温度Tlast，判断两次的设定温度是否完全相同
步骤S20，根据步骤S10的比较结果，预先配置不同情况下的各段延时时间进行设置。其中对不同情况下的各段延时时间进行设置，包括温度相同时对延时时间进行修正和温度不同时的零延时时间。
步骤S30，根据步骤S20得到的延时时间，料筒各段按各自的延时时间开始延时加热。其中如果步骤S10比较结果为本次开机设定温度Tnow与上次开机设定温度Tlast不相同，则各段以零延时时间开始加热。
步骤S40，在步骤S30中，无论哪一段开始加热，系统时钟就开始计时，并记录各段温度首次到达设定温度的加热时间。
步骤S50，根据步骤S40得到的各段本次加热时间，对各段本次加热时间进行比较，即用首次耗时最长加热段的到达时间tmax分别减去其它各段的到达时间ti，差值Δti为下次加热延时时间的修正数值。用式子表达为tmax-ti＝Δti。其中如果步骤S10比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，首先需要通过比较各段到达时间找到首次耗时最长的加热段，并使系统以此段的到达时间作为以后计算各段延时时间的基准(被减数)，然后再用首次耗时最长加热段的到达时间tmax分别减去其它各段的到达时间ti，差值Δti为下次加热延时时间的修正数值。
参照图2，该图是用本发明塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法实现注射机机筒各段等时到达设定定温度控温加热的具体实施过程流程图。具体处理过程如下：
步骤S101，系统开机时，比较本次开机设定温度Tnow与上次开机设定 温度Tlast，判断两次的设定温度是否完全相同如果比较结果是 本次各段设定温度与上次设定温度不完全一样Tlast≠Tnow，执行步骤S102； 否则执行步骤S103。
步骤S102，在步骤S101比较结果为各段温度不完全相同的条件下，执行该步。首先用本次设定温度的寄存器中的温度值代替上次设定温度的寄存器中的温度值，然后把各段延时时间都设为零tNdi＝0。
步骤S103，在步骤S101比较结果为各段温度完全相同的条件下，执行该步。如果比较结果是本次各段设定温度与上次设定温度完全一样，则把上次延时时间和自修正寄存器中的修正延时时间相加，从而得到本次各段的延时时间，并把延时时间存到延时时间寄存器中替换上次延时时间。此处的自修正数值是由上次步骤S107计算得到的，并且此数值是带正负号的，如果首次耗时最长加热段的到达时间大于其它各段的到达时间，则其为正；否则为负。用式子表达为tdi+Δtdi＝tNdi，tdi＝tNdi。
步骤S104，根据步骤S102或S103得到的延时时间，料筒各段按各自的延时时间开始延时加热。其中首次耗时最长加热段的延时时间始终为零。如果各段温度不完全相同，则此步的延时时间由步骤S102得到；否则由步骤S103得到。
步骤S105，在步骤S104中，无论哪一段开始加热，系统时钟就开始计时，并记录各段温度首次到达设定温度的加热时间。
步骤S106，根据步骤S105得到的各段到达设定温度的时间，通过比较各段到达时间找到首次耗时最长的加热段，并使系统以此段的到达时间作为步骤S107计算各段延时时间的被减数tmax。此步骤只有在步骤S102成立的条件下才被执行，否则不执行，直接执行步骤S107。
步骤S107，根据步骤S105和步骤S106的结果，对各段本次加热时间进行比较，即用首次耗时最长加热段的到达时间tmax分别减去其它各段的到达时间ti，差值Δtdi为下次加热延时时间的修正数值。用式子表达为tmax-ti＝Δtdi。此数值只有当在下次开机时各段设定温度不变，才会在步骤S103中用到。
本发明温度控制方法首先通过设定温度的首次加热找到首次耗时最长的加热段并记录各段到达设定温度的时间，然后用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间得到各自下次加热的延时时间，该延时时间并在以后开机过程中会越来越精确，实现延时时间的自适应性，同时，不必让设定温度低的各段等待设定温度高到达设定温度，降低了在温控设备上没有意义的电能浪费，达到了节能的目的，如参照图4，可以看出用本发明等时控温方法的注射机料筒比不用本发明方法的注射机料筒每次预热节省约200W的电能。
参照图3，是利用本发明以注塑机料筒为例预热阶段的等时到达设定温度控温方法得到的注射机料筒四段温区的温度升高曲线。从图中可以看出，料筒的各段温度几乎同时到达设定温度，误差在5秒左右，完全能够满足精度要求。
本方法适用于工作前需要分段预热的所有设备。例如，挤出机及其机头模具。挤出机料筒有5个加热段，机头模具有3个加热段，根据工艺要求，各加热段的设定温度不尽相同，因此预热时各段到达设定温度的时间也不尽相同，所以存在能源的浪费。采用本发明可以实现预热时料筒与机头模具同时达到设定的温度值，避免能源的浪费。

Claims (1)

1.一种塑料机械预热阶段等时到达设定温度的控温方法，首先通过设定温度的首次加热找到首次耗时最长的加热段并记录各段到达设定温度的时间，然后用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间得到各自下次加热的延时时间，其中实时比较温度传感器采集的温度值与设定温度值，并在每个加热段采用时钟计算延时时间和加热时间，最后由存储器保存温度值、延时时间和加热时间，其特征在于：
a 比较本次开机设定温度与上次开机设定温度，如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，应用本次开机设定温度值代替上次开机设定温度值；
b 根据比较结果来设置料筒及机头模具各段的延时时间，如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，说明是此温度设置首次加热，则把各段延时时间都设为零；如果比较结果是各段温度与上次设定完全一样，则把上次延时时间和自修正寄存器中的修正延时时间相加得到本次延时时间，自修正寄存器中的修正延时时间是由首次耗时最长加热段到达设定温度的时间减去其它各段到达设定温度的时间得到的；
c 料筒及机头模具各段按各自的延时时间开始延时加热，需要时钟从开始加热开始计时，当各段延时时间结束各段分别闭合相应的继电器开始加热；
d 记录存储各段到达设定温度所经历的时间，在步骤c中当延时时间结束时时钟重新计时，并判断各段是否到达设定温度，如果到达则记录该时间点；
e 比较首次耗时最长加热段到达设定温度时间与其它各段到达设定温度时间，即用首次耗时最长加热段的到达时间分别减去其它各段的到达时间，把比较得到的修正延时时间存到自修正寄存器内；
其中所述步骤d与步骤e之间还包括如果比较结果是本次设定温度与上次设定温度不完全一样，需要通过比较各段到达时间找到首次耗时最长的加热段，并使系统以此段的到达时间作为以后计算各段延时时间的被减数。
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