CN102672926B - 电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法，该系统包括嵌入式控制器和压力传感器，其中，压力传感器设置在射胶口，以采集熔胶背压信号；嵌入式控制器用于将接收到的熔胶背压信号与预设的熔胶背压值相比较，以得到实时的偏差信号，并对偏差信号进行比例积分运算，从而控制射胶电机的回转速度，避免了常规的熔胶背压控制中间环节多，精度较低的缺点；由于采用比例积分控制，直接对压力传感器采集的熔胶背压与预设的熔胶背压值进行闭环控制计算，从而可维持射胶压力的恒定，不仅结构简单，参数也易于调整，既保证了动态响应速度，又消除了静态误差，从而提高了系统的无差度，具有实时控压、精确控压的功能，大大提高了制品质量。

Description

电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法

技术领域

本发明涉及熔胶背压控制系统及方法，更具体地说，涉及一种电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法。

背景技术

注塑螺杆在预塑时，所计算出的料筒中熔体的压强称为熔胶背压。注塑机工作时，合适的熔胶背压使其在熔料质量与生产效率之间取得了良好的平衡，是注塑成型工艺中控制熔料质量及产品质量的重要参数之一，合适稳定的熔胶背压对于提高注塑产品的质量起着重要作用。

现在大多数的注塑机都是以液压油泵作为动力源，熔胶背压的控制对象为储料过程中的油路背压，注射油缸后部都设有背压阀，所以熔胶背压的控制是通过调节注射油缸的背压阀来实现的。但对电控注塑机来说，熔胶背压的控制却比较复杂，螺杆旋转时熔胶背压由熔胶电机的转速和射胶电机的回转速度共同控制。在熔胶电机的旋转速度恒定的情况下，射胶电机的回转速度的数值是熔胶背压的函数，即射胶电机的回转速度的数值越大，熔胶背压就越小，射胶电机的回转速度数值越小，熔胶背压越大。

目前针对电控注塑机的熔胶背压的闭环实时控制的研究取得的成效不大。传统注塑机的油路背压控制对注射油缸的压力进行控制，压力控制精度较低，不能直接实现对熔胶背压的检测与控制，从而不能保证对制品高精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电控注塑机的熔胶背压控制系统，所述电控注塑机包括射胶电机、熔胶电机和注塑螺杆，其中，所述射胶电机用于带动所述注塑螺杆往复运动，所述熔胶电机用于带动所述注塑螺杆旋转运动，所述熔胶电机的转速恒定，所述熔胶背压控制系统包括嵌入式控制器和压力传感器，其中，所述压力传感器设置在所述电控注塑机的射胶口，以采集熔胶背压信号；所述嵌入式控制器分别与射胶电机和压力传感器电连接；所述嵌入式控制器用于将接收到的所述熔胶背压信号与预设的熔胶背压值相比较，以得到实时的偏差信号，并对所述偏差信号进行比例积分运算，从而控制所述射胶电机的回转速度。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制系统中，在所述嵌入式控制器内设置有比例积分控制器，所述比例积分控制器用于对所述偏差信号进行比例积分运算。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制系统中，所述比例积分控制器还用于在对所述偏差信号进行积分运算时，执行防饱和限定和滤波运算。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制系统中，所述嵌入式控制器还用于将比例积分运算结果转换成射出速度和射出扭矩信号，从而控制所述射胶电机的回转速度。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制系统中，所述嵌入式控制器还与所述电控注塑机的输入设备电连接，以接收输入的预设熔胶背压值及注塑各个阶段的压力、速度和位置参数值。

根据本发明的另一个方面，提供一种电控注塑机的熔胶背压控制方法，所述电控注塑机包括射胶电机、熔胶电机和注塑螺杆，其中，所述射胶电机用于带动所述注塑螺杆往复运动，所述熔胶电机用于带动所述注塑螺杆旋转运动，所述熔胶电机的转速恒定；所述方法包括以下步骤：

通过设置在所述电控注塑机的射胶口的压力传感器，采集熔胶背压信号；

嵌入式控制器将接收到的所述熔胶背压信号与预设的熔胶背压值相比较，以得到实时的偏差信号，并对所述偏差信号进行比例积分运算，从而控制所述射胶电机的回转速度。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制方法中，在对所述偏差信号进行积分运算时，执行防饱和限定和滤波运算。

在本发明所述的电控注塑机的熔胶背压控制方法中，将比例积分运算结果转换成射出速度和射出扭矩信号，从而控制所述射胶电机的回转速度。

实施本发明的电控注塑机的熔胶背压控制系统及方法，具有以下有益效果：通过压力传感器直接在射胶口检测熔胶背压，避免了常规的熔胶背压控制中间环节多，精度较低的缺点；由于采用比例积分控制，直接对压力传感器采集的熔胶背压与预设的熔胶背压值进行闭环控制计算，根据计算结果控制射胶电机的回转速度，从而可维持射胶压力的恒定，不仅结构简单，参数也易于调整，既保证了动态响应速度，又消除了静态误差，从而提高了系统的无差度，具有实时控压、精确控压的功能，大大提高了制品质量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明电控注塑机的结构示意图；

图2是本发明电控注塑机的熔胶背压控制系统的原理框图；

图3是本发明电控注塑机的熔胶背压控制方法的流程图；

图4是熔胶背压随时间变化的曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和2所示，本发明的电控注塑机的熔胶背压控制系统主要是用于对电控注塑机的熔胶背压进行动态实时控制。可以理解的该熔胶背压控制系统2既可以是电控注塑机的一部分，也可以根据需要将该熔胶背压控制系统2作为独立于电控注塑机1的一个装置，在此不做进一步限定。

如图1和2所示，该电控注塑机1包括输入设备11、伺服驱动器12、射胶电机13、传动部件14、变频器15、熔胶电机16和注塑螺杆17；其中伺服驱动器12与射胶电机13电连接，射胶电机13与传动部件14电连接，变频器15与熔胶电机16电连接，熔胶电机16和传动部件14均与注塑螺杆17传动连接，从而由传动部件14带动注塑螺杆17往复运动，并且由熔胶电机16带动注塑螺杆17旋转运动。在具体设计时，该传动部件14可以由同步带和滚珠丝杠构成，重复精度误差可小于0.01％。熔胶背压控制系统2主要包括嵌入式控制器21和压力传感器22，其中，嵌入式控制器21分别与输入设备11、伺服驱动器12、变频器15和压力传感器22电连接。应当说明的是，本发明所有图示中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及控制过程的需要，因此应当视为逻辑上的连接关系，而不应仅限于物理连接。

在具体工作时，压力传感器22安装在电控注塑机1的射胶口直接对熔胶背压信号进行采集，将采集到的熔胶背压信号进行A/D转换后与预设的熔胶背压值进行闭环控制运算。熔胶背压控制系统2以高速响应的嵌入式控制器21作为核心元件，并经过串并口传输数据，在人机界面上对数据进行实时曲线监测，缩短了整个系统的响应时间，提高了注塑过程中的位置、速度等关键参数的控制精度。

通过电控注塑机1的输入设备11，可以理解的，该输入设备11可以是触摸面板或触摸屏等同时具有输入输出功能的装置。当该输入设备11是触摸屏时，在该触摸屏上设定预设熔胶背压值及注塑各个阶段的工艺参数值，例如，注塑各个阶段的压力、速度和位置参数值。同时将相关的数值发送到熔胶背压控制系统2的嵌入式控制器21中。另外，高精度的压力传感器22检测到的熔胶背压信号可直接发送到嵌入式控制器21，也可再设置一信号采集装置，从而先发送给该信号采集装置，再进一步发送到嵌入式控制器21。在嵌入式控制器21将获得的熔胶背压信号与预设熔胶背压值进行比较，得到偏差信号，再对偏差信号执行比例积分计算和防积分饱和限定和滤波计算，最后将计算结果转换成射出速度与射出扭矩，嵌入式控制器21将转换后的信号发送伺服驱动器12，由伺服驱动器12控制射胶电机13的回转速度，以实现注塑过程中熔胶背压的准确控制。

传统的采用PLC控制器的最大位置偏差s_max为：

s_max＝Δt×v＝4.5mm

其中：Δt为检测时间间隔，传统PLC控制器的响应时间约为15ms；v为注塑速度，电控注塑系统注塑机的注射速度为0.3m/s。

采用该嵌入式控制器21，它的响应时间为1ms，则最大的位置偏差s′_max为：

s′_max＝Δt′×v＝0.3mm。

由此可见，大大降低了熔胶背压控制系统2对电控注塑机1的位置、速度控制造成的误差。该熔胶背压控制系统2可实现对熔胶背压的实时精密闭环控制，同时也保证了位置和速度控制精度，抗干扰能力强。

将该熔胶背压控制系统2应用到电控注塑机1上，并进行大量实验对比研究，采用压力传感器直接采集射胶口的熔胶背压，由于存在面积比相当于传统注塑机通过控制注射油缸压力实现背压控制的±2.0bar精度，制品的质量良好，大大提高了压力控制精度，是一种针对电控注塑机的实时、高效的熔胶背压闭环控制系统。

如图3所示的电控注塑机的熔胶背压控制方法的流程，具体包括以下步骤：

S301：压力传感器22直接在电控注塑机1的射胶口对熔胶背压进行数据采集；

S302：将采集到的熔胶背压信号进行A/D模数转换；

S303：将经A/D模数转换后的熔胶背压信号进行整形滤波；

S304：将整形滤波后的数据与预设的熔胶背压值进行比较，得到实时的偏差信号，对该偏差信号进行离散比例积分运算；通过对偏差信号进行比例积分运算，由此在比例计算环节实时反映熔胶背压控制系统2获取的偏差信号，一旦偏差产生，该比例积分运算就产生控制作用，及时减少其对整个电控注塑机1的影响，保证其动态性能。积分环节用来提高比例积分运算反馈控制在缓慢变化期间的静态精确度；

S305：在积分运算环节进行防积分饱和运算；

S306：对防饱和运算的结果进行限幅调整；

S307：对限幅调整后的结果进行输出滤波；

通过步骤S305、S306和S307，对积分环节进行防积分饱和限定和滤波运算，主要是为了防止积分控制环节由于时间的增长引起的积分饱和所带来的系统控制不及时、失控和不稳定，引入防积分饱和计算，实现了压力的实时控制及系统长期运行的反应灵活性。同时采用滤波运算削弱环境噪音、机台振动、电源等干扰信号对控制系统的影响，尽可能获得精确的控制信号。

S308：最后将经输出滤波后的结果转换成射出速度与射出扭矩信号，最后将转换后的信号输出给伺服驱动器12，从而对射胶电机的回转速度进行控制，由此精确地控制执行机构的运动。。

在具体计算时，比例积分运算的计算公式如下：

$u\left(n\right)=K_P\·e\left(n\right)+K_I\·\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}e\left(j\right)$

其中：e(n)-设定背压与第n次采集压力信号的差值减去系统偏差；

K_P-比例系数；

K_I-积分系数。

如图4所示，在一个注塑周期内，得到的熔胶背压-时间曲线图，其中，熔胶背压的控制精度能达到±2.0bar，制品的质量良好。实验结果表明：本发明能够实现压力的准确控制，是一种针对电控注塑机的熔胶背压控制系统的实时高效的控制方法。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (3)

1.一种电控注塑机的熔胶背压控制系统，所述电控注塑机包括射胶电机、熔胶电机和注塑螺杆，其中，所述射胶电机用于带动所述注塑螺杆往复运动，所述熔胶电机用于带动所述注塑螺杆旋转运动，其特征在于，所述熔胶电机的转速恒定，所述熔胶背压控制系统包括嵌入式控制器和压力传感器，其中，所述压力传感器设置在所述电控注塑机的射胶口，以采集熔胶背压信号；所述嵌入式控制器分别与射胶电机和压力传感器电连接；所述嵌入式控制器用于将接收到的所述熔胶背压信号与预设的熔胶背压值相比较，以得到实时的偏差信号，并对所述偏差信号进行比例积分运算，从而控制所述射胶电机的回转速度；

在所述嵌入式控制器内设置有比例积分控制器，所述比例积分控制器用于对所述偏差信号进行比例积分运算；

所述比例积分控制器还用于在对所述偏差信号进行积分运算时，执行防饱和限定和滤波运算；

所述嵌入式控制器还用于将比例积分运算结果转换成射出速度和射出扭矩信号，从而控制所述射胶电机的回转速度。

2.根据权利要求1所述的电控注塑机的熔胶背压控制系统，其特征在于，所述嵌入式控制器还与所述电控注塑机的输入设备电连接，以接收输入的预设熔胶背压值及注塑各个阶段的压力、速度和位置参数值。

3.一种电控注塑机的熔胶背压控制方法，所述电控注塑机包括射胶电机、熔胶电机和注塑螺杆，其中，所述射胶电机用于带动所述注塑螺杆往复运动，所述熔胶电机用于带动所述注塑螺杆旋转运动，其特征在于，所述熔胶电机的转速恒定；所述方法包括以下步骤：

通过设置在所述电控注塑机的射胶口的压力传感器，采集熔胶背压信号；

嵌入式控制器将接收到的所述熔胶背压信号与预设的熔胶背压值相比较，以得到实时的偏差信号，并对所述偏差信号进行比例积分运算，从而控制所述射胶电机的回转速度；

在对所述偏差信号进行积分运算时，执行防饱和限定和滤波运算；

将比例积分运算结果转换成射出速度和射出扭矩信号，从而控制所述射胶电机的回转速度。