CN111438905A - 一种用于注塑模具的温度控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注塑模具控制领域，具体公开了一种用于注塑模具的温度控制系统与方法，包括步骤：采集模具型腔以及室温的实际温度值；根据实际温度值，在模具型腔温度值误差超出设定误差范围时，根据自适应PID算法获得PWM波的占空比，并生成控制指令；根据控制指令调节通断时间；根据通断时间对注塑模具进行加热。本发明利用PID算法，根据模具型腔以及室温的实际温度值，精确调节主控模块的输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制加热装置的通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，从而使模具加工更加精确高效，此外为了解决热电偶非工作端室温对其检测的影响，还增设了温度补偿，从而令本发明的温度检测更加精确。

Description

一种用于注塑模具的温度控制系统与方法

技术领域

本发明涉及注塑模具控制领域，具体涉及一种用于注塑模具的温度控制系统与方法。

背景技术

模具被誉为“工业之母”，是工业制造的基石，而在现代生活中，塑胶制件更是各种生活用品及电子设备必不可少的部件，随着产品工艺的日益精巧和消费者审美眼光的提高，对所用塑胶制件的要求也越来越高，具体体现在对制品的外观、尺寸精度、变形度等方面高的要求，一副制作精良的模具对于后期的产品生产至关重要。而在注塑模具生产过程的试模环节中，模具温度因素对生产规格指标的影响极为明显，尤其是型腔温度的影响。

当型腔温度较高时，有利于塑胶流动充填，制品表面效果好，但太高的型腔温度会导致制件脱模后形变大，需更长的冷却时间加以克服，因而降低了生产效率；若型腔温度偏低，不利于塑胶流动充填，易造成制品缺胶或表面熔接痕明显；再者，型腔温度的高低变化易造成制品的一致性变差，制品的尺寸精度难以保证，模具型腔内的温度需要经历先升高然后稳定再降下来的过程，如果对温度的控制不到位，通过模具制作出的产品质量就难以保证。目前大部分应用于注塑模具生产领域的温度控制方式存在升降温过慢、温度跳变、控温不稳等问题。且在实际生产过程中，环境温度会影响温度采集器非工作端的实际测得温度，从而对整体的温度采集造成不可挽回的影响，导致现有大部分注塑模具的温控实际体验并不理想。

而在现有技术中，如公开号为CN108943594A的中国专利，公开了一种型腔温度可控制的的注塑模具，其主要公开了通过监控型腔温度是否超过阀值来对温度控制进行把控，但其并未将室内温度对生产的影响加入控制量当中，实际温度控制并不准确，且仅依靠阀值判断，实际温度控制也并不稳定，容易造成上下跳变；又如公开号为CN106180640B的中国专利，公开了一种压铸成型模具多腔室温度控制系统及方法，其通过监控多腔室的温度并加以调控，从而达到多腔室温度控制的目的，但其也并未考虑到模具外的环境温度对温度采集准确性的影响。

发明内容

为解决上述问题，使得模具能够快速升降温、控温稳定，本发明提出了一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，包括温度采集模块、主控模块、温度控制模块和加热装置，其中：

温度采集模块，用于通过热电偶采集模具型腔的温度值；

主控模块，用于在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超过设定误差范围时，根据自适应PID算法，获得PWM波的占空比，并生成控制指令给温度控制模块；

温度控制模块，用于根据控制指令调节加热装置的通断时间；

加热装置，用于对注塑模具进行加热。

进一步地，所述主控模块中还包括冷端补偿单元，用于根据冷端补偿单元中的热敏电阻以及预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

进一步地，还包括系统设置模块，用于对系统参数进行设定。

其中，系统设置模块包括：温度设置单元、参数设置单元、模式设置单元，其中：

温度设置单元，用于设置系统的设定温度值、误差精度；

参数设置单元，用于设置各模块运行时的参数代码，包括温度采集模块的热电偶类型、预设运行电流、预设运行电压、过温保护的预设警戒温度值；

模式设置单元，用于设置系统运行模式，包括手动模式和自动模式。

进一步地，还包括系统保护模块，用于保护系统，包括反接保护单元、过流保护单元、过压保护单元、过温保护单元，其中：

反接保护单元，用于在热电偶反接时反馈反接故障信息给温度控制模块；

过流保护单元，用于在系统运行电流超过预设运行电流时反馈过流故障信息给温度控制模块；

过压保护单元，用于在系统运行电压超过预设运行电压时反馈过压故障信息给温度控制模块；

过温保护单元，用于在模具的实际温度超过预设警戒温度值时反馈过温故障信息给温度控制模块。

同时，本系统还包括显示报警模块，用于显示设定温度值、实际温度值、运行模式和参数信息，当温度控制模块接收到故障信息时，温度控制模块控制系统关闭，并控制显示报警模块根据故障信息显示对应故障代码，同时进行报警。

本发明还提供了一种用于注塑模具的温度控制方法，包括步骤：

S1：采集模具型腔的温度值；

S2：根据实际温度值，在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超过设定误差范围时，根据自适应PID算法获得PWM波的占空比，并生成控制指令；

S3：根据控制指令调节通断时间；

S4：根据通断时间对注塑模具进行加热。

进一步地，所述步骤S2前，还包括步骤：

S20：根据预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

进一步地，当发生故障时，步骤S1中还包括步骤：

S15:关闭电源，并根据故障信息显示对应故障代码并报警。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种用于注塑模具的温度控制系统与方法，利用自适应PID算法，根据模具型腔和设定温度值，精确调节主控模块输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，从而使模具加工更加精确高效；

(2)通过自适应PID算法来控制温度，无需人为调节参数即可实现将温度控制在设定的误差范围内的目的，进而精简了人员操作步骤，在节省了人力的情况下还能保证模具生产的安全和质量；

(3)同时考虑到热电偶非工作端环境温度对其检测的影响，增设了温度补偿单元，令本发明所述的方法与系统更为贴近实际生产环境；同时因为该单元的增设，使得应用了本发明的模具生产系统可以大大减少因外界环境温度对生产影响的顾虑，更符合市场的需求。

附图说明

图1为一种用于注塑模具的温度控制系统与方法的系统框架图；

图2为一种用于注塑模具的温度控制系统与方法的方法流程图；

图3为系统运行流程图；

图4为温度采集流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

为解决上述问题，使得模具能够快速升降温、控温稳定，如图1和图2所示，本发明提出了一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，包括温度采集模块、主控模块、温度控制模块和加热装置，其中：

温度采集模块，用于通过热电偶采集模具型腔的温度值；

主控模块，用于在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超出设定误差范围时，根据自适应PID算法，获得变速积分的系数，从而获得PWM波的占空比，并生成控制指令给温度控制模块；

温度控制模块，用于根据控制指令调节加热装置的通断时间(连通时间和断开时间)；

加热装置，用于在连通时间内对注塑模具进行加热。

进一步地，所述主控模块中还包括冷端(非工作端)补偿单元，用于根据冷端补偿单元中的热敏电阻以及预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

热敏电阻与温度的变化关系为：

其中RT为温度TH(K)时的热敏电阻值，RN为温度TN(K)时的热敏电阻值，其阻值为1K，热敏电阻B值(材料常数)为3950K，一般TN取298.15K。所以此时热敏电阻的电压为：

结合上式，可得冷端温度表达式为：

再结合热电动势公式

EAB(T,T0)＝EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)；

式中EAB为热电动势，T0为O℃,T为热电偶温度，V0为热敏电阻的电压，根据计算得到的热电动势，82000为分压电阻的阻值，2.5为基准电压的值(分压电阻和电压可以根据需求进行更换)查对应热电阻类型的分度表获得实际的热电偶温度。

当然获得实际热电偶温度的方法并不仅限于冷端补偿法，本领域相关技术人员还可以利用补偿导线法、补偿电桥法、计算修正法等来计算获得实际的热电偶温度，实际计算方法可以根据需求进行改变。

通过加设冷端补偿单元，充分考虑到环境温度对热电偶检测的影响，通过对非工作端进行温度补偿，从而避免了该问题，增加了本系统的测量精确性，可以更好的对模具型腔温度进行控制。

利用自适应PID算法，根据模具型腔温度与设定温度，精确调节主控模块输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，从而使模具加工更加精确高效。同时，通过自适应PID算法来控制温度，无需人为调节参数即可实现将温度控制在设定的误差范围内。

当然上述所述的基于PID的控制算法并不仅仅限于自适应PID算法，其也可以用模糊自整定PID算法、内模控制PID算法和基于网络神经元的PID算法来替代，其具体使用方式可以根据使用情况进行适应性调整。

其中，如图4所示，温度采集包括如下步骤：

A1：采集热电偶工作端(热端)电压；

A2：采集热敏电阻的电压；

A3：计算非工作端(冷端)的温度；

A4：判断热电偶类型；

A5：计算非工作端温度对应的热电偶电压；

A6：用预设的温度补偿算法计算工作端实际温度值；

A7：返回温度值。

进一步地，本系统还包括系统设置模块，用于对系统参数进行设定,包括温度设置单元、参数设置单元、模式设置单元，其中：

温度设置单元，用于设置系统的设定温度值、误差精度；

参数设置单元，用于设置各模块运行时的参数代码，包括温度采集模块的热电偶类型、预设运行电流、预设运行电压、过温保护的预设警戒温度值；

模式设置单元，用于设置系统运行模式，包括手动模式(根据手动设置的参数来维持温度)和自动模式(系统根据运行情况动态调整所需的参数)，同时在系统检测完温度后，系统会自动检测运行模式，并根据该模式的预先设置进行运行。

通过对系统进行设置，可以根据实际需求以及设备数据，对系统内的各项参数进行设置，各参数均有对应的参数代码，系统初始化时有默认值，也可手动进行更改；比如温度采集模块可设置热电偶的类型，系统保护模块可设置过流保护的最大电流值、过压保护的最大电压值、过温保护的最大温度值等(最大值为需保持在系统默认安全警戒值之下的某个设定值)，从而更好的适应生产需要。

进一步地，本系统还包括系统保护模块，用于保护系统，包括反接保护单元、过流保护单元、过压保护单元、过温保护单元，其中：

反接保护单元，用于在热电偶反接时反馈反接故障信息给温度控制模块；

过流保护单元，用于在系统运行电流超过预设运行电流时反馈过流故障信息给温度控制模块；

过压保护单元，用于在系统运行电压超过预设运行电压时反馈过压故障信息给温度控制模块；

过温保护单元，用于在模具的实际温度超过预设警戒温度值时反馈过温故障信息给温度控制模块。

系统保护模块的主要作用是监测系统运行的一些环境与设备参数，当发生异常时，启动保护功能(所述保护功能是指反馈给温度控制模块，由其调动电源模块，关闭系统电源，保护系统不被破坏)，同时由其调动显示报警模块来显示故障代码与发出警报，以防系统运行的硬件环境发生烧毁或损坏的情况，若无保护功能，严重时可能发生火灾，威胁人身安全或造成财产损失。

进一步地，还包括电源模块和显示报警模块：电源模块用于供电；显示报警模块用于显示设定温度值、实际温度值、运行模式和参数信息，当温度控制模块接收到故障信息时，温度控制模块控制系统关闭，并控制显示报警模块根据故障信息显示对应的故障代码并进行声音报警。

通过显示报警模块，可以实时显示系统内的各项参数，同时当系统出现异常情况时，可显示对应的故障代码，通过对故障代码的查询，以便于快速定位问题、调试与解决。为此，本系统还提供了故障代码表如表1。

本系统还包括电源模块，通过变压器将220V市电转换成常见的电压值，如9V、5V、3.3V等，使电源模块能够根据不同模块的工作电压给各个模块提供安全的工作电压，避免了电压过低或者过高造成的机器损坏。

表1：

综上所述，本实施例所述的一种用于注塑模具的温度控制系统，利用自适应PID算法，根据模具型腔和设定温度，利用调节PWM波的占空比精确调节主控模块输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，从而使模具加工更加精确高效。

本实施例所述的系统还通过自适应PID算法来控制温度，无需人为调节参数即可实现将温度控制在设定的误差范围内的目的，进而精简了人员操作步骤，在节省了人力的情况下还能保证模具生产的安全和质量；

同时考虑到热电偶非工作端环境温度对其检测的影响，增设了温度补偿单元，令本发明所述的系统更为贴近实际生产环境；同时因为该单元的增设，使得应用了本发明的模具生产系统可以大大减少因外界环境温度对生产影响的顾虑，更符合市场的需求。

实施例二

如图2所示，本发明还提供了一种用于注塑模具的温度控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1：采集模具型腔的温度值；

S2：根据实际温度值，在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超过设定误差范围时，根据自适应PID算法，获得变速积分的系数，从而获得PWM波的占空比，并生成控制指令；

S3：根据控制指令调节通断时间；

S4：根据通断时间对注塑模具进行加热。

进一步地，所述步骤S2前，还包括步骤：

S20：根据冷端补偿单元中的热敏电阻以及预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

同时，在系统开始运行前，还包括步骤：

S01：设置系统的设定温度值、误差精度；

S02：设置各模块运行时的参数代码，包括温度采集模块的热电偶类型、预设运行电流、预设运行电压、过温保护的预设警戒温度值；

S03：设置系统运行模式，包括手动模式和自动模式。

进一步地，所述步骤S1中还包括步骤：

S11：若热电偶反接，反馈反接故障信息给温度控制模块；

S12：若系统运行电流超过预设运行电流，反馈过流故障信息给温度控制模块；

S13：若系统运行电压超过预设运行电压，反馈过压故障信息给温度控制模块；

S14：若模具的实际温度超过预设警戒温度值，反馈过温故障信息给温度控制模块。

进一步地，当发生故障时，还包括步骤：

S15：关闭电源，根据故障信息显示对应故障代码并报警。

本实施例所述的一种用于注塑模具的温度控制方法，利用自适应PID算法，根据模具型腔和设定温度，精确调节主控模块输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，从而使模具加工更加精确高效。

本实施例所述的方法通过自适应PID算法来控制温度，无需人为调节参数即可实现将温度控制在设定的误差范围内的目的，进而精简了人员操作步骤，在节省了人力的情况下还能保证模具生产的安全和质量。

同时考虑到热电偶非工作端环境温度对其检测的影响，增设了温度补偿单元，令本实施例所述的方法更为贴近实际生产环境；同时因为该单元的增设，使得应用了本发明的模具生产系统可以大大减少因外界环境温度对生产影响的顾虑，更符合市场的需求。

实施例三

为了更好的理解本发明所述的一种用于注塑模具的温度控制系统与方法，如图3和图4所示，在本实施例中列举了一个实际生产时会发生的案例对本发明做详细阐述。

设定生产一种圆碗型餐盒模具，在开始模具生产前，首先需要对电源模块进行初始化，通过变压器将220V市电转换为9V、5V、3.3V等常见的工作电压，使电源模块能够根据不同模块的工作电压给各个模块提供安全的工作电压，避免电压过低或者过高造成机器损坏。同时在完成电源模块初始化后，工作人员还需要通过温度设置单元、参数设置单元和模式设置单元等初始化系统设置模块以及其他的模块，以适应相应模具的生产需求，如对圆碗型餐盒模具的型腔的设定温度、误差范围和模式(手动或自动)等进行设置，如果未对参数进行设置，将按照出厂设置进行工作。

而在模具生产过程中，温度采集模块会不间断的采集模具型腔内的温度，而冷端补偿单元则会采集型腔外的环境温度的温度值，通过计算对温度采集模块(即热电偶)的非工作段进行温度补偿，以及对加热装置的热电偶类型进行判断，在判断完成后，将上述信息和温度数据反馈给温度控制模块。于此同时，主控模块还会不断的判断系统运行方式信息(手动或自动)，避免因为运行过程中临时改变运行模式，而系统并没有及时响应，导致的模具损坏以及可能造成的生产安全事故风险。

主控模块通过采集温度采集模块的工作端电压，并通过冷端补偿算法获得非工作端(冷端)在环境温度下对应的电压，将工作端电压与非工作端电压进行热电势累加，从而根据分度表获得该热电势下温度采集模块的实测温度。而当实测温度与设定温度的偏差值大于设定误差范围时(所述误差范围可以根据模具生产需求进行更改)，主控模块会根据自适应PID算法获得变速积分的系数，从而获得该系数下所对应的PWM波的占空比，进而生成控制指令给温度控制模块进行温度调节。

同时在型腔温度或其它模块的数据出现异常时，比如：当过温保护单元检测出温度过高，且在一定时间内温度没有得到有效降低的情况，主控模块会发送故障代码ErH(代码含义为温度过高)给显示模块进行显示并进行声音报警；此时工作人员可以通过查询故障代码表(如表1)，根据代码表中的注释、故障原因说明以及解决方法说明，根据该次故障进行针对性的、及时有效的调试与处理。当然，主控模块还会通过反接保护单元、过流保护单元、过压保护单元和过温保护单元对电源模块、温度采集模块、温度控制模块和加热装置进行状态监控，在出现其它类型的故障时，相应的保护单元会反馈故障信息给温度控制模块(具体参见表1)，温度控制模块再将故障信息反馈给主控模块。主控模块根据故障类型生成对应的故障代码并传输至显示模块进行显示和声音报警；而在未发生故障时，显示模块还承担了显示设定温度值、实际型腔温度值、当前工作模式和参数代码的作用。

而在运行正常的情况下，当温度控制模块接收到主控模块的控制指令后，温度控制模块会根据控制指令对加热装置的通断时间进行调节，从而通过调节加热装置的通断，达到升温、稳温或降温的效果，以此调节型腔温度并使之能够维持在设定温度区间中，保证模具的生产质量与安全。

综上所述本实施例所述的一种用于注塑模具的温度控制系统与方法，利用自适应PID算法，根据模具型腔和设定温度值，精确调节主控模块输出，从而使得模具型腔的温度控制稳定，同时通过控制通断时间，使得模具型腔的升降温迅速，使得模具加工更加精确高效。

同时，采用自适应PID算法来控制温度，无需人为调节参数即可实现将温度控制在设定误差范围内的目的，进而精简了人员操作步骤，在节省了人力的情况下还能保证模具生产的安全和质量。

进一步地，考虑到热电偶非工作端环境温度对其检测的影响，增设了温度补偿单元，令本发明所述的方法与系统更为贴近实际生产环境；同时因为该单元的增设，使得应用了本发明的模具生产系统可以大大减少因外界环境温度对生产影响的顾虑，更符合市场的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，包括温度采集模块、主控模块、温度控制模块和加热装置，其中：

温度采集模块，用于通过热电偶采集模具型腔的温度值；

主控模块，用于在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超过设定误差范围时，根据自适应PID算法，获得PWM波的占空比，并生成控制指令给温度控制模块；

温度控制模块，用于根据控制指令调节加热装置的通断时间；

加热装置，用于对注塑模具进行加热。

2.如权利要求1所述的一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，所述主控模块中还包括冷端补偿单元，用于根据冷端补偿单元中的热敏电阻以及预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

3.如权利要求1所述的一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，还包括系统设置模块，用于对系统参数进行设定。

4.如权利要求3所述的一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，所述系统设置模块包括：温度设置单元、参数设置单元、模式设置单元，其中：

温度设置单元，用于设置系统的设定温度值、误差精度；

参数设置单元，用于设置各模块运行时的参数代码，包括温度采集模块的热电偶类型、预设运行电流、预设运行电压、过温保护的预设警戒温度值；

模式设置单元，用于设置系统运行模式，包括手动模式和自动模式。

5.如权利要求1或4所述的任意一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，还包括系统保护模块，用于保护系统，包括反接保护单元、过流保护单元、过压保护单元、过温保护单元，其中：

反接保护单元，用于在热电偶反接时反馈反接故障信息给温度控制模块；

过流保护单元，用于在系统运行电流超过预设运行电流时反馈过流故障信息给温度控制模块；

过压保护单元，用于在系统运行电压超过预设运行电压时反馈过压故障信息给温度控制模块；

过温保护单元，用于在模具的实际温度超过预设警戒温度值时反馈过温故障信息给温度控制模块。

6.如权利要求1所述的一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，还包括显示报警模块，用于显示设定温度值、实际温度值、运行模式和参数信息。

7.如权利要求5或6所述的任意一种用于注塑模具的温度控制系统，其特征在于，当温度控制模块接收到故障信息时，温度控制模块控制系统关闭，并控制显示报警模块根据故障信息显示对应故障代码并报警。

8.一种用于注塑模具的温度控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1：采集模具型腔的温度值；

S2：根据实际温度值，在模具型腔温度值与设定温度值的偏差超过设定误差范围时，根据自适应PID算法，获得PWM波的占空比，并生成控制指令；

S3：根据控制指令调节加热装置的通断时间；

S4：根据通断时间对注塑模具进行加热。

9.如权利要求8所述的一种用于注塑模具的温度控制方法，其特征在于，所述步骤S2前，还包括步骤：

S20：根据预设的冷端补偿算法对温度采集模块采集的模具型腔温度进行补偿。

10.如权利要求8所述的一种用于注塑模具的温度控制方法，其特征在于，在步骤S1中，当发生故障时，还包括步骤：

S15:关闭电源，并根据故障信息显示对应故障代码并报警。

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