CN114311575B - 一种基于双闭环pid调节的注塑机背压控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注塑机技术领域，具体涉及一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置及方法，包括装置本体，装置本体包括压力传感器、第一比较器、PID模块、比例调节阀；比例调节阀和压力传感器均设置于注塑机回油管路中，且压力传感器位于比例调节阀和注塑机注射控制油缸活塞杆侧之间，压力传感器的信号输出端连接第一比较器，第一比较器还连接外部信号源；PID模块的输出端连接比例调节阀、输入端连接第一比较器。本发明以安装在回油油路上的比例调节阀来控制回油开口度大小，进而控制背压，由于比例调节阀并不存在自身限制，所以可以实现较低背压甚至零背压控制。

Description

一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置及方法

技术领域

本发明涉及注塑机技术领域，具体涉及一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置及方法。

背景技术

注塑机在工作时，螺杆头部前端存料区内的熔融物在螺杆转动后退时，会受到一定压力，该压力称为塑化压力，又称背压。注塑机背压可增加熔胶密度，排空胶内空气，通过控制背压还可使注胶更均匀。因此，合理控制背压可使熔融过程温度保持均匀，有助于注塑成型。

当前液压注塑机的背压控制主要分为两类：一是将比例溢流阀安装在回油油路上，通过控制输入信号大小进而调节比例溢流阀设定压力的大小，达到控制背压的目的，但此控制方法受限于比例溢流阀自身存在的最低压力，无法调节回油更低背压；另一种是采用闭环比例换向阀，采用闭环比例换向阀与压力传感器及专用放大器组合实现闭环回油背压控制，控制精度高，但其控制回油背压通流能力受限，无法实现较大流量工况较低背压控制，且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，包括装置本体，所述装置本体包括压力传感器、第一比较器、PID模块、比例调节阀；

所述比例调节阀和所述压力传感器均设置于注塑机回油管路中，且所述压力传感器位于所述比例调节阀和注塑机注射控制油缸活塞杆侧之间，所述压力传感器的信号输出端连接所述第一比较器，通过所述压力传感器实时检测回油管路压力后反馈至所述第一比较器，所述第一比较器还连接一外部信号源，获取外部输入信号作为比较基础值，通过比较外部输入信号和实时管道压力对应的信号(该信号由压力传感器采集后生成)做差，并将差值输出给PID模块，通过PID模块生成用于调节所述比例调节阀的PID控制信号后对比例调节阀进行阀芯开度控制；

所述PID模块的输出端连接所述比例调节阀、输入端连接所述第一比较器。

所述装置本体包括第二比较器，所述第二比较器的输入端连接所述第一比较器的输出端，所述第二比较器的输出端连接所述比例调节阀，工作时，所述第二比较器先获取所述第一比较器输出给PID模块的差值信号，将该差值信号与一阈值信号进行比较后根据比较结果生成一微调节信号传给所述比例调节阀。

需要说明的是，此处的微调节信号由于和PID模块的输出信号同时传给比例调节阀，因此其结果是两个输出信号做和后叠加为对比例调节阀进行阀芯开度控制的控制信号，另外，第二比较器的阈值信号输入可采用另一外部信号源实现，实施时，将另一外部信号源连接至第二比较器的参考信号输入端。

优选的，所述第二比较器设置为过零比较器。本发明通过设置第二比较器为过零比较器，可使差值信号和0参考电压进行比较，当差值信号大于0时，输出负信号，当差值信号小于0时，输出正信号，通过设置过零比较器可使装置本体在输出PID控制信号时，同时输出一个较小的调节量对应的信号，以此和PID控制信号叠加后形成对比例调节阀进行控制的最终控制信号，可在一定程度上抑制超调量，减小调节时的震荡影响，使调节时的管道压力平缓。

优选的，本发明的比例调节阀采用电磁式比例调节阀。

本发明的另一目的在于，提供一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制方法，解决以上技术问题。所述控制方法包括第一闭环控制方法，所述第一闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测注射控制油缸活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号给比例调节阀；

4)比例调节阀根据PID控制信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。

本发明中，第一闭环控制方法主要是通过放大差值信号，快速将背压调整到设定值范围。

所述控制方法包括第二闭环控制方法，所述第二闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块和第二比较器，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号并输出给比例调节阀，第二比较器将差值信号与第三信号比较后生成微调整信号并输出给比例调节阀，其中，第三信号来自外部输入，第三信号为预先设定的阈值信号，第二比较器通过将第一比较器生成的差值信号和一阈值比较后生成微调节量，该微调节量作用到PID调节信号后形成对比例调节阀控制的最终控制信号；

4)比例调节阀根据PID控制信号和微调整信号后，根据两者的叠加信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。

本发明中，第一闭环控制方法的缺点在于调节速度过快，会产生较大的超调量，并会产生管道压力变化震荡，而第二闭环控制方法根据比较管道压力的设定值和实际值的大小来输出一个较小的正、负信号(即第二比较器的输出)，用来快速调节小范围的波动，该调节作用需基于PID控制效果上，因此可降低设置消除第一闭环控制方法的缺点。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明以安装在回油油路上的比例调节阀来控制阀口开度大小，进而控制背压，由于比例调节阀并不存在自身限制，所以可以实现较低背压甚至零背压控制。

附图说明

图1为本发明的一种系统连接示意图；

图2为本发明的一种系统部署示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，其意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列组成部件或单元的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组成部件或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它部件组成或者组成单元。

参照图1、图2，一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，包括装置本体，其包括设置于回油管路100上的压力传感器200、第一比较器301、PID模块400、比例调节阀500；

比例调节阀500也设置于回油管路100中，且压力传感器200位于比例调节阀500和注塑机注射控制油缸活塞杆侧901之间，压力传感器200的信号输出端连接第一比较器301，通过压力传感器200实时检测回油管路100的压力后反馈至第一比较器301，第一比较器301还连接一外部信号源600，获取外部输入信号作为比较基础值，通过比较外部输入信号和实时管道压力对应的信号(该信号由压力传感器采集后生成)做差，并将差值输出给PID模块400，通过PID模块400生成用于调节比例调节阀500的PID控制信号后对比例调节阀500进行阀芯开度控制；

PID模块400的输出端连接比例调节阀500、输入端连接第一比较器301。

在一些实施例中，装置本体还包括第二比较器302，第二比较器302的输入端连接第一比较器301的输出端，第二比较器302的输出端连接比例调节阀500。工作时，第二比较器302先获取第一比较器301输出给PID模块400的差值信号，将该差值信号与一阈值信号进行比较后根据比较结果生成一微调节信号传给比例调节阀(图示结构中未示出阈值信号的输入结构)。

需要说明的是，此处的微调节信号由于和PID模块400的输出信号同时传给比例调节阀500，因此其结果是两个输出信号做和后叠加为对比例调节阀500进行阀芯开度控制的控制信号，另外，第二比较器302的阈值信号输入可采用另一外部信号源(图示结构未示出该信号源)实现，实施时，将另一外部信号源连接至第二比较器302的参考信号输入端。

在其中一些优选实施例中，第二比较器302设置为过零比较器。本发明通过设置第二比较器302为过零比较器，可使差值信号和0参考电压进行比较，当差值信号大于0时，输出负信号，当差值信号小于0时，输出正信号，通过设置过零比较器可使装置本体在输出PID控制信号时，同时输出一个较小的调节量对应的信号，以此和PID控制信号叠加后形成对比例调节阀进行控制的最终控制信号，可在一定程度上抑制超调量，减小调节时的震荡影响，使调节时的管道压力平缓。

在其中一些优选实施例中，比例调节阀采用电磁式比例调节阀。

本发明进行结构布置时，按图2所示，在注塑机管路结构中，活塞杆901连接驱动机构902，驱动机构902由液压马达903驱动动作，以便将马达转速转换为注塑机蜗杆的直线运动；液压马达903连接液压泵906，液压泵906连接泵电机905，泵电机905连接信号发生器后获取第一信号801并根据该信号动作，在液压马达903和液压泵906之间还设有比例溢流阀904，以便作为安全阀使用。比例溢流阀904的控制信号802获取自信号发生器。信号端口700用于获取压力传感器200的采样信号并上传至上位机系统处理，此处上位机系统包括PID模块400、第一比较器301、第二比较器302以及生成比较器参考信号的各类信号源。

本发明通过上述实施例中的注塑机背压控制装置对注塑机背压控制，采用如下控制方式，该控制方式包括第一闭环控制方法，其包括如下步骤：

1)压力传感器200实时检测活塞杆901所在回油管路100的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器301；

2)第一比较器301接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块400，其中，第二信号来自外部信号源600，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块400对差值信号处理后生成PID控制信号给比例调节阀500；

4)比例调节阀500根据PID控制信号调节阀芯开度，从而控制回油管路100压力。

实际使用过程中，在一些情况下，第一闭环控制方法存在如调节量太大，或者调节量太小的问题，从而使调节作用过于明显而引起管道压力变化过于猛烈。为解决该问题，本发明的控制方法还包括第二闭环控制方法，第二闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器200实时检测活塞杆侧901所在回油管路100的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器301；

2)第一比较器301接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块400和第二比较器302，其中，第二信号来自外部信号源600，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块400对差值信号处理后生成PID控制信号并输出给比例调节阀500，第二比较器302将差值信号与第三信号比较后生成微调整信号并输出给比例调节阀500，其中，第三信号为预先设定的阈值信号，第二比较器302通过将第一比较器301生成的差值信号和阈值信号比较后生成微调节量，该微调节量作用到PID调节信号后形成对比例调节阀500控制的最终控制信号，第三信号可来自外部信号输入，也可直接将第二比较器302设置为过零比较器实现以0电压为比较参考电压；

4)比例调节阀500根据PID控制信号和微调整信号后，根据两者的叠加信号调节阀芯开度，从而控制回油管路100压力。

综上所述，本发明的双闭环控制结构及对应装置组成，解决了传统控制方法存在的弊端，突破了仅由比例溢流阀控制时存在的器件限制，也避免了单闭环结构下控制回油能力受限的问题，可实现较好的回油低背压控制效果，装置组成的成本投入也相较降低，具备推广普及的实用价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括压力传感器、第一比较器、PID模块、比例调节阀；

所述比例调节阀和所述压力传感器均设置于注塑机回油管路中，且所述压力传感器位于所述比例调节阀和注塑机注射控制油缸活塞杆侧之间，所述压力传感器的信号输出端连接所述第一比较器，

所述第一比较器还连接一外部信号源；

所述PID模块的输出端连接所述比例调节阀、输入端连接所述第一比较器；

注塑机管路结构中，活塞杆连接驱动机构，驱动机构由液压马达驱动动作后将马达转速转换为注塑机蜗杆的直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，其特征在于，所述装置本体包括第二比较器，所述第二比较器的输入端连接所述第一比较器的输出端，所述第二比较器的输出端连接所述比例调节阀。

3.根据权利要求2所述的一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，其特征在于，所述第二比较器设置为过零比较器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于双闭环PID调节的注塑机背压控制装置，其特征在于，所述比例调节阀采用电磁式比例调节阀。

5.一种基于如权利要求1至3任一项所述的注塑机背压控制装置的注塑机背压控制方法，其特征在于，所述注塑机背压控制方法包括第一闭环控制方法，所述第一闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号给比例调节阀；

4)比例调节阀根据PID控制信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。

6.一种基于如权利要求4所述的注塑机背压控制装置的注塑机背压控制方法，其特征在于，所述注塑机背压控制方法包括第一闭环控制方法，所述第一闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号给比例调节阀；

4)比例调节阀根据PID控制信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。

7.一种基于如权利要求2或3所述的注塑机背压控制装置的注塑机背压控制方法，其特征在于，所述注塑机背压控制方法包括第二闭环控制方法，所述第二闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块和第二比较器，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号并输出给比例调节阀，第二比较器将差值信号与第三信号比较后生成微调整信号并输出给比例调节阀，其中，第三信号来自外部输入，第三信号为预先设定的阈值信号，第二比较器通过将第一比较器生成的差值信号和一阈值比较后生成微调节量，该微调节量作用到PID调节信号后形成对比例调节阀控制的最终控制信号；

4)比例调节阀根据PID控制信号和微调整信号后，根据两者的叠加信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。

8.一种基于如权利要求4所述的注塑机背压控制装置的注塑机背压控制方法，其特征在于，所述注塑机背压控制方法包括第二闭环控制方法，所述第二闭环控制方法包括如下步骤：

1)压力传感器实时检测活塞杆侧所在回油管路的实时压力，并生成采样信号后输出至第一比较器；

2)第一比较器接收采样信号，并将其和第二信号做差后输出差值信号至PID模块和第二比较器，其中，第二信号来自外部输入，第二信号为预先设定的标准背压值对应的信号；

3)PID模块对差值信号处理后生成PID控制信号并输出给比例调节阀，第二比较器将差值信号与第三信号比较后生成微调整信号并输出给比例调节阀，其中，第三信号来自外部输入，第三信号为预先设定的阈值信号，第二比较器通过将第一比较器生成的差值信号和一阈值比较后生成微调节量，该微调节量作用到PID调节信号后形成对比例调节阀控制的最终控制信号；

4)比例调节阀根据PID控制信号和微调整信号后，根据两者的叠加信号调节阀芯开度，从而控制回油管路压力。