CN115968331A - 控制方法和高速流体注射系统 - Google Patents

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若泽·特里戈·科利亚索
恩里克·帕斯·多蒙特
米格尔·拉蒙·迪亚兹·卡乔·梅迪纳
里卡多·洛里多·桑托罗
卡洛斯·佩雷斯·贝坦索斯
爱德华多·阿隆索·莫拉
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Abstract

一种用于高速流体注射系统的控制方法和一种被配置为用于实施该控制方法的系统；一种用于被配置为用于实施该控制方法的该系统的监控系统以控制注射或应用到多个零件的流体的量。

Description

控制方法和高速流体注射系统
背景技术
发展的市场对产物的需求以及更为多产工艺的实施，为改进容器制造行业的工艺效率开辟出了新的领域。如今，在此行业有着最大改进潜力的生产工艺可能是在如本体和盖的容器部件上应用流体的工艺。大多数应用的流体是由被应用在部件的表面上的固体产物在有机或水性溶剂中的分散体所组成的粘合剂、密封剂或清漆。
在这些工艺中，在将液态的流体应用到部件出表面上后，溶剂挥发并在部件的表面上留下固体产物或干提取物，其为用于视作去除溶剂后余留的流体部分的名称。例如，在密封剂的情形之下，干提取物的体积在容器的密闭中余留的自由空间上具有着影响：过量的干提取物会妨碍适当的密闭，而不足的量可能会导致容器的内容物泄漏或被污染。因此，所应用的密封剂的干提取物体积被认为是确保容器密闭完整性的关键参数。
为了满足具体的干提取物体积要求，一方面必须考量流体本身的参数，例如密度和溶剂：固体产物的比例；但是，尤其地必须注意应用在各零件或部件的表面上的液体流体的量。
为了有效率和有利润，在例如盖的容器部件上应用流体，尤其地是应用密封剂的工艺，需要大量生产和高工艺能力。准确的应用流体的量是得到根据规格的盖的关键。
通常地，在这些应用工艺中，使用有着一个或多个注射设备的静止式或旋转式流体注射机器，所述设备将毫克数量级的密封流体应用到在生产线中高速移动的一个或多个零件上。
在静止式机器中，注射器或多个注射器是固定的，而盖子按设定的方式移动，在相应的时间余留在应用工作台中以被注射器处理。在旋转式机器中，注射器被组装成按机器的旋转轴旋转，这样它们在应用工艺期间与盖相伴。在这些旋转式机器中，零件通过输送它们的进料器进入机器，描绘为相对于机器轴线的圆。各零件在移动时被注射器处理，即几个注射器同时将流体应用到它们各自的零件上。
在静止式机器和旋转式机器两者中，在注射应用工艺期间，圆形盖必须与非圆形或异形盖区分开来。为了将所应用的流体，例如密封剂的情形，分布在盖或封闭区域的整个周边上，对于圆形盖，盖在应用工艺期间相对于注射器的轴线旋转，而对于非圆形或异形盖，注射器沿着盖子的周边移动以将密封剂沉积在封闭区域中。密封流体由此可以在盖的封闭区域中以一层或多层散布，这取决于盖或注射器在应用工艺期间作旋转的次数。
鉴于这些应用工艺是高速工艺，因零件以线性和连续的方式被应用，注射设备(或注射器)的响应速度为毫秒数量级并且对于工艺能力随时间保持不变以维持可接受的生产速率，是非常重要的。在已知的系统中，为了维持高生产速率的妥协是应用在各部件上的流体的量的不精确。事实上，由于所达到的能力指数远低于对于该工艺那些被期望或被认为可接受的能力指数以被视作受控制，这是一个可被认为是不受控制的工艺。
在应用工艺期间，有目前所不受控制的因素，并导致整个工艺中所应用的流体的量变化很大。由于磨损或错位的注射器的几何形状变化、温度变化、应用流体的粘度变化是影响注射器应用流体的流量并在工艺期间导致应用量变化的一些因素。
目前，该行业中唯一广泛使用的控制工具是手动控制方法，其需要随机称量一批次的数个样品。此方法通常在应用流体在大量零件上后每几个小时进行(可达到2000单位/分钟以上的生产速率)，且如果检测到相对于规定量的偏差，该批次必须被处理，并且进行控制的操作员必须手动调整生产参数以纠正偏差。此外，此控制方法高度依赖于各操作员称量零件和调整工艺参数的经验和技巧。
因此，工业中需要实施有效和高效的方法和系统以控制应用流体的量，以满足行业当前的需求。
发明内容
本发明通过根据权利要求1的用于流体注射系统的控制方法、根据权利要求8的高速流体注射系统和根据权利要求14的监控系统提出了对前述问题的方案。从属权利要求限定了该发明的优选实施例。
第一发明方面提供了一种用于高速流体注射系统的控制方法，包括：
多个流体注射器，各流体注射器包括在第一关闭位置和第二打开位置之间可移动的阀元件，其中，可以单独控制各阀元件的第二打开位置以调节由各流体注射器所注射的流量；
流体供给装置，被配置为用于向多个流体注射器供应加压流体；
多个流量计，其中各流量计关联到流体注射器，且其中各流量计被配置为用于测量由其关联到的流体注射器所注射的流体的流量；
第一控制设备，被配置为用于接收各流体注射器的流量的信号，并至少控制各阀元件的第二打开位置；
用于各流体注射器的第一控制回路，有着由流体注射器所注射的流量的反馈，其中，第一控制回路被配置为用于通过作用于被配置为用于至少控制各阀元件的第二打开位置的第一控制设备，来控制注射流体的流量；
其中，方法包括步骤：
提供高速流体注射系统的动态等效模型；
输入流量参考值范围；
开始流体注射工艺；
与所述流体注射器关联到的流量计，测量各流体注射器的注射流量的值，
第一控制设备将各流体注射器的流量的测量值与流量参考值范围作比较；
如果流量的值在流量参考值范围外，改变流体注射器的阀元件的第二打开位置；
如果流量的值在流量参考值范围内，不采取行动。
此整个文件中，应当理解，流体的量视作被注射系统应用的流体的体积或是其质量，这两个量值通过流体的密度相互关联；流量必须被理解为被注射器应用的流体的体积的暂时变化，且较佳地它将是被方法所控制的量值；从这个意义上说，被注射器所应用的体积的值可通过将流量乘以注射时间来计算。
在发明的技术领域中，且因此在发明的背景中，系统的动态模型将被理解为：一组传递函数、值和其他类似实体来模型的流体注射系统。更具体地说，对于特定的应用系统，且有着具体的注射器和流体配置，通过评估阀元件的第二打开位置、压力和温度在流量上的影响来得到动态等效模型，以控制因素的组合方式评估此影响。因此确定参考或控制值的范围以及控制因素的增加或减少的速度，以得到所期望的流量值，并能够以最优的方式作用于其上。流体的特性也被考虑到动态等效模型，因它们被需要来将流量转换为干提取物质量或体积的值，或者取决于各应用类型所需要的量值。
因此，对于各应用系统和具体的注射器和流体配置，系统提供有此动态等效模型，因对于某些期望的应用产物规格，各因素的应用的参考值范围以及其在流量上的影响，可能不同。
在提供动态等效模型时，还将考虑到技术、以及安全和/或能源效率限制，因为在现实中，参考值范围可在技术上，或出于安全或能源效率的原因被进一步限制。
考虑到需要等待溶剂完全挥发以获得干提取物体积的值，以不可接受的方式延迟控制工艺，所控制的量值优选地为各注射器所注射的流体的流量；因此，可以立即测量和控制所应用的体积，且如果必要，可以通过溶剂的比例和流体的密度以及干提取物的密度将此流量转换为干产物体积。
流体必须理解为在液相中物质，在一个实施例中，是一种密封产物或流体。在一个实施例中，密封产物以液体形式应用，并以加压的方式供应给注射器。
在一个实施例中，流体注射系统是旋转式的或静止式的。
在一个实施例中，高速流体注射系统是旋转式的，并具有圆柱形配置，有着多个注射器分布在它的侧面或外周。
在一个实施例中，流量计为高精度流量计，例如电磁流量计。在一个特定实施例中，如果多于一个流体注射器需要控制动作，则为流体注射系统的各循环或轮替进行单个控制动作。
优势性地，比起本领域的形势中已知的控制系统，流量反馈控制以允许以连续、更快和更精确的方式控制注射流体的量。尤其地，各注射器的独立控制以允许快速地修正其中一个注射器所注射的流量，而无需停止注射工艺或改变其它注射器的状况，获得了更优的响应速度和在应用流体的量上的更优均匀性。
在一个特定实施例中，流体供给装置进一步包括压力调节装置，其被配置为用于改变流体供应压力，
其中，流体注射系统包括第二控制设备，其被配置为用于接收各流体注射器的第二打开位置的参考值范围以及在第二打开位置的所述参考值范围内的更窄且更居中范围的信号，并用于控制压力调节装置；
且其中，如果至少一个流体注射器的第二打开位置的值在预先建立的值的范围之外，该方法进一步包括步骤：
改变流体供应压力。
优势性地，控制压力以允许调节到注射器组件或单独到各注射器的流体供给压力，从而如果一个或多个阀元件在参考值范围之外，成组地或单独地改变流体注射器所注射的流量。在一个示例中，参考值范围可以是，注射器的响应是有效的且线性的或准线性的，且进一步地在流速的参考值范围内。因此，如果第二打开位置的值是在参考值范围之外的值，则方法包括改变压力，所以实际上阀元件将永不超出范围。
在一个特定实施例中，如果所有流体注射器的第二打开位置的中间值在更窄且更居中的参考值范围之外，该方法进一步包括步骤：
改变流体供给压力。
优势性地，如果它们的打开位置的中间值高于或低于范围，该范围优选地为流体注射器线性或有效行为的范围的中间值内窄而居中的数值范围，修改供应压力以允许成组地或单独地调节注射器所注射的流体的流量；因此，阀元件的控制可以被维持在更有优势的数值范围内。
因在两个方向上都有更多的选择余地，在第二打开位置的参考值范围内使用更窄且更居中的范围以允许第二控制设备更好地控制，即用于打开至更大和更小程度。
在一个特定实施例中，流体供给方法进一步包括被配置为用于改变流体供应温度的温度调节装置，并且
其中流体注射系统包括第三控制设备；
其中第三控制设备进一步被配置为用于接收流体供应压力的信号、流体供应压力的参考值范围，以及用于控制温度调节装置；
其中，如果流体供应压力的值超在压力的参考值范围之外，该方法进一步包括步骤：
通过温度中的第一次升高来改变流体供应温度。
优势性地，如果压力高于或低于参考值范围，控制温度以允许组合地或单独地调节流体注射流量，从而将压力控制维持在更有优势的值的范围内。从这个意义上说，如果供应压力的值是一个在参考值范围之外的值，则该方法包括改变温度，因此实际上供应压力将永不超出范围。
在一个特定实施例中，如果流体供应压力的值在比压力的值的第一范围窄的第二参考值范围之外，该方法进一步包括步骤：
通过小于温度中的第一次升高的第二次升高来改变流体供应温度。
在一个特定实施例中，第二参考值范围居中在不同于第一参考值范围的值。
优势性地，建立更窄的值的范围以允许进行更精确的控制动作以将压力的值维持在参考值附近。
在一个特定实施例中，流体注射器的阀元件是被配置为用于纵向移动的针，阻挡流体注射器的管口，
且其中，控制方法进一步包括步骤：
通过步骤启动各流体注射器：
将行程端移向针的闭合位置，这样针不具有任何移动的余量，
将可调节行程端移向打开位置，直到在针打开而开始流体注射，
将行程端移向打开位置，直到达到为第二个打开位置所确定的控制范围的中点。
优势性地，以针为形式的阀元件允许以通过针在其移动或行程范围内的纵向移动的幅度来调节注射流量的范围。此移动范围被可调节行程端或止位件所固定。也优势性地，在此实施例中，该方法允许以确定针行程的终止位置，其用于确定针的行程端位置的参考值范围，而针在注射流量上具有有效的且线性的或准线性的影响。
在一个特定实施例中，第一控制设备进一步被配置为用于将打开位置维持在打开位置的参考值范围的中间值内。
因此，通过与阀元件的位置的极值相等距，因在两个方向上都有余地，提供了更好的控制能力，既是用于打开至更大程度，即较高的流量，也是用于打开至更小程度，即较低的流量。
在一个特定实施例中，该方法包括使用用于过滤流量计的测量值的低通滤波器。在一个实施例中，用于过滤流量计的测量值的低通滤波器是加权移动平均滤波器。
优势性地，低通滤波器的加入，且尤其地是加权移动平均滤波器，允许以从流量测量值中消除干扰，并改进控制方法的稳定性。
第二发明方面中，本发明提供了一种高速流体注射系统，其被配置为用于实施根据第一发明方面的控制方法，包括：
多个流体注射器，各流体注射器包括在第一关闭位置和第二打开位置之间可移动的阀元件，其中，可以单独控制各阀元件的第二打开位置以调节由各流体注射器所注射的流量；
流体供给装置，被配置为用于向多个流体注射器供应加压流体；
多个流量计，其中各流量计关联到流体注射器，且其中各流量计被配置为用于测量由其关联到的流体注射器注射的流体的流量；
第一控制设备，被配置为用于接收各流体注射器的流量的信号，并至少控制各阀元件的第二打开位置；
第一控制回路，有着被各流体注射器所注射的流量的反馈，其中第一控制回路被配置为用于通过作用于被配置为以至少控制各阀元件的第二打开位置的第一控制设备，控制被流体注射器所注射的流体的流量；
优势性地，流体注射系统包括实施第一发明方面的控制方法所需的元件。
在一个实施例中，流体注射系统(1)是旋转式的或静止式的。
在一个特定实施例中，流体供给装置包括被配置为用于改变流体供给压力的压力调节装置，其中注射系统包括被配置为用于控制流体供给压力的第二控制设备，且其中系统进一步包括第二控制回路，其中第二控制回路被配置为用于至少控制流体供给压力。
优势性地，压力调节装置将压力控制信号转换为流体供给装置中的压力的物理变化。在一个特定实施例中，压力调节装置为通过收缩阀而起作用，而在另一个实施例中为通过提供压缩流体而起作用。也优势性地，第二控制设备以允许通过调节被第一控制设备调节的参数以外的参数来调节注射流量。
在一个实施例中，第二控制设备物理上地附接到第一控制设备。
在一个特定实施例中，流体供给装置进一步包括被配置为用于改变流体供应温度的温度调节装置，其中注射系统包括被配置为通过控制流体的温度的信号来用于控制流体的温度的第三控制设备，且其中系统进一步包括第三控制回路，其中第三控制回路被配置为用于至少控制流体的温度。
优势性地，温度控制装置将温度控制信号转换成流体供给装置中流体温度的物理变化。
在一个实施例中，第三控制设备物理上地附接到第一和第二控制设备。
在一个实施例中，流量计和控制设备被布置在平台中，该平台与包含注射器的平台或支撑件分开。两个平台取决于应用系统是旋转式的或静止式的，可以一起移动或保持不动。
在一个实施例中，一个或多个控制设备被布置在包含流量计的平台外部，且高速流体注射系统中所包括的两个或多个组件无线地相互连通。
在一个特定实施例中，第一控制设备包括比例、积分和/或微分控制器。
优势性地，PID控制器以允许建立稳定且高效的反馈流量控制回路。
在一个特定实施例中，流体注射器的阀元件是针，其被配置为用于纵向移动，阻挡流体注射器的管口。
优势性地，以针为形式的阀元件以允许有着高精度地调整流体注射器的打开和关闭，并依照于它进行的移动，以有效的方式改变流量。
在一个特定实施例中，压力调节装置包括被布置在流体供给装置的入口或出口中的压力调节阀。
优势性地，压力调节阀以允许容易且有效地控制流体供给压力。
在一个特定实施例中，被配置为用于调节流体的温度的温度调节装置包括加热软管和/或恒温缸。
优势性地，加热软管以允许在流体通过导管时维持流体的温度；也优势性地，恒温缸以允许将流体的温度维持在参考值附近。
在第三发明方面中，本发明提供了一种根据第二发明方面的用于注射系统的监控系统，包括实时监控设备，其被配置为用于至少传输被注射系统所测量的量值。
优势性地，监控系统以允许向操作者显示控制系统的值和量值，这样操作者总是可以接收关于流体注射工艺的信息。
在一个特定实施例中，系统进一步包括网关，用于在实时监控设备和用于向操作者示出传输的数据的展示装置之间的双向传输，以及在实时监控设备和展示装置之间传输的数据的打包和拆包。
优势性地，网关允许建立安全的双向连通；尤其是它以允许操作员输入参考值，以及查看调整参数和结果。
在一个特定实施例中，实时监控设备还被配置为用于对注射系统记录的数据的块传输。
优势性地，被系统所测量的值的集合的传输以允许数据通过例如电脑的外部元件被用于后续分析。
本说明中描述的所有特征和/或方法步骤(包括权利要求书、说明书和说明书附图)，除了如互斥特征的组合以外，可以用任何组合而被组合。
附图说明
图1.a本图示出了有着流量反馈回路的控制方法的一个实施例。
图1.b本图示出了有着压力控制的控制方法的一个实施例。
图1.c该图示出了有着温度控制的控制方法的一个实施例。
图2本图说明了旋转式高速流体注射系统的一个实施例。
图3本图示出了监控系统的一实施例。
图4本图示出了静止式高速流体注射系统的一个实施例。
图5本图示出了有着压力和温度控制的静止式高速流体注射系统的一个实施例。
图6.a本图示出了有着压力流量反馈回路的控制方法的另一个实施例。
图6.b本图示出了前述图的控制方法的有着温度控制的一个实施例。
图7a本图说明了静止式高速流体注射系统的另一个实施例。
图7b本图示出了前述图的静止式高速流体注射系统的有着温度控制的一个实施例。
图8本图示出了用于一个实施例的基于阀元件的第二打开位置的流量演变图。
图9本图示出了有着传统系统的流体应用工艺的能力。
图10本图示出了有着本发明的最简实施例的方法和系统的流体应用工艺的能力。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
通过控制阀元件(V)的第二打开位置、压力(P)和温度(T)用于控制流量的控制方法。
本发明提供了一种精确且连续的控制方法，用于控制被高速流体注射系统(1)所注射的流体的量，使用注射流体的流量(Q)作为控制变量。
在本发明的最简实施例中，这通过像图2中所示出的旋转系统(1)被实现，包括控制设备(6)、多个可调节流体注射器(2)有着它们各自的流量计(5)，以及供应加压流体的流体供给装置(4)，其中将流量计(5)所测量的流量(Q)的值与给定的流量参考值范围(QA-QB)作比较，且如果流量(Q) 的值在参考值范围(QA-QB)之外，控制设备(6)向异常规格的流体注射器(2) 发出控制信号以改变针(3)的行程的最终位置(V)，具有注射流体的流量 (Q)上的影响。由而，配置了第一控制回路(L1)。
在图2所示出的实施例中，旋转式流体注射系统(1)包括有着针(3) 的8个流体注射器(2)作为限制流体的通过的阀元件。在一个特定示例中，流体供给装置(4)是供给加压流体的加压缸。
注射器(2)的优选类型包括针阀(3)，当其打开时将流体沉积在应用区域中；注射器(2)通过此针(3)关闭，当它向下移动时，关闭有着小直径开口(一般在0.4毫米和2.0毫米之间)的管口。一般阻挡管口开口的针(3) 在施加流体时作为执行器的结果而移动(或被提升)，执行器例如可以是电磁阀或气动阀，当在应用区域中检测到零件时，注射器接收打开信号，并在确保正确的流体应用所需的特定时间段内保持打开。
在接收到打开信号时，针(3)被提升到的最大高度是通过限制针的纵向移动的止位件的移动来改变的，从而可以调节针(3)的行程。针(3)的端和管口之间的自由距离因此取决于针的行程的长度，管口的有效截面对应地调节所注射的流体的量。
在实践中，对于各注射器配置，其针的类型和管口的类型可以不同，必须确定的是针的行程范围，由而针的提升对应用流体的流量具有有效的影响，且响应是线性的或准线性的。
在这些注射器中用于调整针的行程端的机构包含可移动的止位件，止动件可以被手动地调整或通过如马达调整，例如通过设置在注射器(2)本身中的步进马达。马达允许以对针的最大提升的调整作远程控制。
对于许多针-管口配置，针(3)行程的变化仅在0至1.50毫米范围内对注射流量(Q)具有影响；超出此行程范围，针(3)的提升在应用流体的量上不具有影响。工业中最常见的注射器具有等同于约10个节点的行程，给出了高达[25,35]的范围，该范围内可以有效地控制注射器(2)。
图8示出了流量(Q)演变图，其基于阀元件(3)的第二打开位置(V)，其情形上注射器(2)是电磁阀激活的针注射器，电磁阀本身是行程端。这种类型的注射器是工业中最常用的。
从所述图中可以看出，行程端在最下部时，没有流量(Q＝0)。然后，在针被提升到某个点(Vi)后，仍然没有获得流量(Q＝0)，因为针还没有被充分提升。
随后，超过提升点Vi后，流量(Q≠0)开始流动，即针位置(V)已经在流量(Q)上具有了影响。在该区域，流动仍然是不确定和不稳定，如图8 中所见。
通过进一步提升针(V)，达到响应有效的区域，即在流量(Q)上具有影响，且是准线性的。经验证，对应于特定应用工艺的流量规格的流量范围QA- QB在此响应区域内，选择在响应区域QA-QB内的参考值范围VA-VB。
在特定情形下，在参考值范围VA-VB内选择更窄且更居中的参考值范围 VC-VD。
针提升位置(V)在非常高的值时，流量(Q)稳定且甚至下降，因为由于电磁阀本身是行程端，当它离针非常远时，它将不再能够施加任何影响以提升针。在此区域中，系统是饱和的或不提供任何响应。
从这个意义上说，系统对于低于有效和准线性响应区域的值是不稳定的，并且对于高于相同的值，系统是饱和的。为此，在此区域内选择范围VA-VB作为有效值控制范围。包括在VA-VB区域中的曲线的斜率决定了当针位置(V) 作用其上时获得流量(Q)中所期望变化的指令或速度。得到动态等效模型后，以相同的目的，对压力(P)和温度(T)对流量(Q)的影响进行相似评估，确定参考值范围，以及增加和减少这些控制参数的指令。
密封流体通过泵或加压缸(4)供应到注射器，这样注射器(2)接收恒定且压力大于大气压的流体供应。
通常，注射流体的量可以用注射流量(Q)的形式作表达，它是注射器(2) 出口处流体输出速度的函数；在其它因素外，流体的输出速度取决于：
供给压力(P)：压力越高，输出速度越高。
管口的有效截面和内部几何形状：出口开口的有效截面越大，管口的内部体积越大，速度越高。
针的高度(V)：针或行程越高，速度越高。
流体的粘度：流体的粘度越低，输出速度越高。
对于有着固定的注射器打开时间的注射工艺，必须改变流体的输出速度以调节应用的量。在控制下的工艺中，流体粘度和管口配置是固定的参数，因此针高度(V)、压力(P)和温度(T)被调节，以调整要应用的流体的量。压力(P)和/或针高度(V)和/或温度(T)的增加将增加应用流体的量，而压力(P)的减少和/或针(V)的行程的减少和/或温度(T)的减少将导致注射流量的减少。
在实践中，粘度并不总是固定的，因为流体的组分可能在批次和产物之间有所不同，且流体的温度(T)影响着大多数流体的粘度。此外，注射器(2) 的部件，例如管口，可能会随着时间的推移而磨损并影响流体的输出速度。
图1a示出了系统(1)的第一控制回路(L1)的最简实施例的示意图；此实施例包括有着流量(Q)反馈的注射流量的第一控制回路(L1)。此回路 (L1)通过多个PID控制器实施，各流体注射器(2)对应着一个PID控制器，且被定义为第一控制设备(6)的部分。
将来自相应流量计(5)的流量(Q)的信号供给于多个PID控制器的各控制器(6)，且此信号与给定的流量参考值范围(QA-QB)作比较，且如果流量(Q)的值低于参考值范围(QA-QB)，控制器(6)发出信号以启动注射器(2) 的机构，该机构将针(3)的行程端移动所需的距离，这样它增加了针的行程。在特定情形中，注射器(2)的机构是步进马达，控制器(6)发出信号以激活注射器(2)的步进电机，该步进电机将针(3)的行程端移动等同于马达的一步的距离。
相反，如果流量测量值高于参考范围(QA-QB)，控制器(6)发出信号以关闭针(3)的行程端或将其移动到更靠近注射器(2)的管口位置，减少针的行程。
针(2)的移动(V)的逐步值不是绝对的，所以需要在针(3)允许流体流出的值以及流量不再增加的值之间建立逐步值，从而获得系统的控制带。在此控制带内，只要工艺允许如此，控制器(6)优先将针(3)的提升(V) 的值作于范围的中间位置。因此，控制动作不太可能将针(3)带到控制范围的极限。
对于图1a中和在任何所描述的实施例中都示出了的，PID控制器可以是被设置与注射器(2)的执行器连通的物理设备，或由一个或多个控制设备 (6)实施的虚拟设备，例如，通过计算机或可编程自动机，其实施有着它们各自的输入和输出的八个控制回路。
图1b示出了第一控制回路(L1)的前述实施例的改进，其中，系统(1) 包括用于调节系统(1)的压力(P)的第二控制回路(L2)。在此实施例中，系统(1)包括第二控制设备(6.1)，其被供给有所有注射器(2)的针(3) 的第二打开位置(V)的成组的值。如果第二控制设备(6.1)检测到针(3) 的第二位置(V)的一个值在参考值VA-VB的控制范围之外，控制装置(6.1) 向压力调节装置(7)发出控制信号，以改变流体供应压力(P)；此变化导致了注射器(2)的流体输出速度的变化，相当于改变了注射流量(Q)。
由此，对于无法调节注射器(2)的情形，实施了流量(Q)的控制。
第二控制回路(L2)的另一个能力是确定第二打开位置(V)的值的中值是否在打开位置(V)的值内的参考值VC–VD的更窄而居中的范围之外。如果满足此条件，第二控制设备(6.1)发出信号以改变流体供应压力(P)，并以导致中值接近范围的中间值的意义上强制修正打开位置(V)。
第二控制设备(6.1)可以通过工业计算机、可编程自动机或类似设备来实施。在一个未示出的实施例中，对应于第二控制设备(6.1)的物理设备与实施第一控制设备(6)的物理设备相同。既而，压力调节装置(7)是用于调节流体压力的常规装置，例如控制阀。
图1c示出了另一个实施例，其中第三控制回路(L3)被添加到图1b所示出的实施例中。在此实施例中，系统(1)包含第三控制设备(6.2)，其被供给有供应压力(P)的值。如果供给压力(P)在压力参考值范围(PA-PB) 之外，第三控制设备(6.2)向温度调节装置(9)发出控制信号以改变温度 (T)。温度(T)的变化会影响流体的粘度，流体的速度将既而改变；因此，第三控制回路(L3)允许了改变注射流量(Q)。
第三控制装置(6.2)可以通过工业计算机、可编程自动机或类似设备来实施。在一个未示出的实施例中，对应于第三控制设备(6.2)的物理设备与实施第一控制设备(6)和第二控制设备(6.1)的物理设备相同。既而，温度调节装置(9)是用于调节温度的常规装置，例如加热软管或恒温缸。
图3示出了监控系统(10)的一个实施例。此监控系统(10)的目的是记录来自系统(1)的控制方法的操作数据并将所述数据安全地发送给用户，这样此信息可以被处理。除开实时显示与控制变量相关的信息，如各针(3) 的位置(V)、压力(P)、供应温度(T)、故障警报等外，监控系统(10)允许用户以改变任何变量的参考值或手动取消一些或全部控制回路。在这个意义上，监控系统(10)包括一个网关，以确保一个安全的双向连通。
与图2中示出的流体注射系统(1)是旋转式的系统的实施例不同，图4 中的流体注射系统(1)是静止式的。在此实施例中，该系统包括一个或多个固定注射器(2)，且盖是以即定的方式移动的盖，在相应的时间内保持在应用站中被注射器(2)所处理。该系统包括第一控制回路(L1)，第一控制回路(L1)被配置为通过作用于第一控制设备(6)上来控制注射流体的流量，第一控制装置(6)被配置为至少控制各阀元件的第二打开位置(V)。
图5示出了相对于图4所示出的改进的实施例，其中包含的第二控制回路(L2)被配置为用于至少控制流体供应压力且第三控制回路(L3)被配置为用于控制流体供应温度。
除了那些不兼容或互斥的实施例外，以上表现的对旋转式注射系统的所有特征，都可应用于静止式注射系统。
通过控制压力(P)和温度(T)来控制流量的控制方法。
本发明还提供了一种精确且连续的控制方法，用于在不能通过流体注射器(2)远程控制注射流体的流量(Q)时，即当不能通过远程控制流体注射器(2)的阀元件(V)的第二 打开位置来控制流量(Q)时，控制被高速流体注射系统(1)所注射的流体的量。
在本发明的最简实施例中，这通过像图7a中所示出的系统(1A)来实现，该系统包括控制设备(6.1)、有着各自的流量计(5)的多个不可调节流体注射器(2)，以及供给加压流体的流体供给装置(4)，其中将由流量计(5) 所测量的流量(Q)的值与给定的流量参考值范围(QA-QB)作比较，并且如果流量(Q)的值在参考值范围(QA-QB)之外，控制装置(6.1)向压力调节装置(7)发出控制信号，以改变对流体注射器(2)的流体供应压力，影响注射流体的流量(Q)。从而，配置了第一控制回路(L1*)。
图7b示出了前述实施例的改进，其中第二控制回路(L2*)被添加到图 6a所示出的实施例中。在此实施例中，系统(1A)包含第二控制系统(6.2)，其被供给到供应压力(P)的值。如果供给压力(P)在给定的压力参考值范围(PA-PB)之外，第二控制设备(6.2)向温度调节装置(9)发出控制信号以改变温度(T)。温度(T)的变化将影响流体的粘度，流体的速度将既而改变；因此，第二个控制回路(L2*)允许了改变注射流量(Q)。第二个控制回路(L2*)的配置如图7b所示出。
类似地，除了那些不兼容或互斥的实施例外，前述实施例中所表现的通过控制阀 元件(V)的第二打开位置、压力(P)和温度(T)来控制流量的控制方法的所有特征，都可应用于通过控制压力(P)和温度(T)来控制流量的本控制方法。
实验数据的结果-通过控制阀元件(V)的第二打开位置和压力(P)来高速控制流量的控制方法。
下面解释的在图9和10中示出的实验数据的结果对应于本发明的通过旋转式系统的实施例，该旋转式系统像图5中所示出的旋转式系统(1),而没有温度控制，也就是说，仅通过控制阀元件的第二打开位置(V)和压力 (P)来控制。图1b示出了系统(1)的此实施例的控制回路。
测试是在用于金属包装盖的水基密封剂应用装备上施行的。应用装备是旋转类型机器，有着8个可调节流体注射器(点胶枪)，每分钟可将水基密封剂应用至2100个瓶盖，每个瓶盖的应用时间为50毫秒。
所应用的水基密封剂的干重规格为下限19毫克和上限29毫克。
如图5和1b所示出的，该应用装备包括一个控制设备(6)、八个有着各自流量计(5)的可调节流体注射器(2)，以及一个供应加压流体(水基密封剂)的加压缸(4),其中流量计(5)所测量的流量(Q)的值与给定的流量参考值范围(QA-QB)作比较，如果流量(Q)的值在参考值范围(QA-QB)之外，控制设备(6)向不符合规格的流体注射器(2)发出控制信号，以改变针(3)的行程的最终位置(V)，其对注射流体的流量(Q)具有着影响。从而配置第一控制回路(L1)。
除了第一控制回路(L1)，系统(1)的此实施例包括用于调节系统(1) 的压力(P)的第二控制回路(L2)。在此实施例中，系统(1)包括第二控制设备(6.1)，其被供给有所有注射器(2)的针(3)的第二打开位置(V)的成组的值。如果第二控制设备(6.1)检测到针(3)的第二位置(V)的值之一在控制参考值范围VA-VB之外，控制设备(6.1)向压力调节装置(7)发出控制信号，以改变流体供应压力(P)；这种变化导致了注射器(2)的流体输出速度的变化，相当于改变了注射流量(Q)。
此实施例有着，无法对于注射器(2)调节，也就是说，无法对针(3) 的行程的最终位置(V)调节的情况下，从而实施流量(Q)的控制。
结果示出了有着传统控制的高速应用工艺相较于使用了本发明的控制方法和系统的上述详细实施例的应用工艺的能力分析。
在图9和图10中，使用了以下参数：
■LSL＝规格下限(应用的水基密封剂的干重规格)
■USL＝规格上限(应用的水基密封胶的干重规格)
■样品N＝样品数
■PPM＝每百万件里的缺陷件
■Pp、PpL、PpU、Ppk和Cpm＝总体工艺能力指数
■Cp、CpL、CpU和Cpk＝潜在工艺能力指数。
更为具体地：
-Cp或Pp＝(USL-LSL)/6*StDev→>1表示：工艺更窄于设定的限制
-CPU或PPU＝(USL–Target)/3*StDev→<1表示：超出上限
-CPL或PPL＝(Target-LSL)/3*StDev→<1表示：超出下限
-Cpk或Ppk＝min{CPU,CPL}→<1表示：工艺至少突破了某一项限制
进一步地，遵循行业的六西格玛标准(六西格玛来自于统计学，特别是来自于统计质量控制领域，以评估工艺能力):
-Ppk<1工艺失控，未居中且在规格外
-PpK>2有着六西格玛质量的世界级流程。
因此，图9示出了有着传统控制的高速应用工艺的能力分析，图10示出了使用了所及实施例的控制方法和系统的高速应用工艺的能力分析。
如图9所示，对于应用工艺的长期能力指数Ppk为0.72。此Ppk指数表明了工艺失控，导致了PPM为23412.20的高缺陷(在规格外)率部件，这意味着，对于每应用百万个盖，超过23000个盖是缺陷的。
然而，在图10中可以看出，通过应用本发明的上述实施例的控制方法和系统，可以通过大大减少施加重量(流体)的变化，显著改进应用工艺的能力，将Ppk增加到3.28，并将缺陷件的几率降到0。

Claims (15)

1.一种用于高速流体注射系统(1)的控制方法，包括：
多个流体注射器(2)，各流体注射器(2)包括在第一关闭位置和第二打开位置(V)之间可移动的阀元件(3)，其中，可以单独控制各所述阀元件(3)的第二打开位置(V)以调节由各所述流体注射器(2)所注射的流量(Q)；
流体供给装置(4)，被配置为用于向多个所述流体注射器(2)供应加压流体；
多个流量计(5)，其中各流量计(5)关联到流体注射器(2)，且其中各流量计(5)被配置为用于测量由其关联到的所述流体注射器(2)所注射的所述流体的所述流量(Q)；
第一控制设备(6)，被配置为用于接收各所述流体注射器(2)的流量(Q)的信号，并至少控制各所述阀元件(3)的第二打开位置(V)；
用于各流体注射器(2)的第一控制回路(L1)，有着由所述流体注射器(2)所注射的所述流量(Q)的反馈，其中，所述第一控制回路(L1)被配置为用于通过作用于被配置为用于至少控制各所述阀元件(3)的第二打开位置(V)的所述第一控制设备(6)来控制所述注射流体的所述流量(Q)；
其中，所述方法包括步骤：
提供所述高速流体注射系统(1)的动态等效模型；
输入流量参考值范围(QA-QB)；
开始流体注射工艺；
与所述流体注射器(2)关联到的所述流量计(5)，测量各流体注射器(2)的所述注射流量(Q)的值，
所述第一控制设备(6)将各流体注射器(2)的所述流量(Q)的测量值与所述流量参考值范围(QA-QB)作比较；
如果所述流量(Q)的值在所述流量参考值范围(QA-QB)外，改变所述流体注射器(2)的所述阀元件(3)的所述第二打开位置(V)；
如果流量(Q)的值在所述流量参考值内(QA-QB)内，不采取行动。
2.根据权利要求1所述的流体注射系统(1)的控制方法，其特征在于，所述流体注射系统(1)是旋转式的或静止式的。
3.根据权利要求2所述的流体注射系统(1)的控制方法，
其特征在于，所述流体供给装置(4)进一步包括压力调节装置(7)，其被配置为用于改变所述流体供应压力(P)，
其中，所述流体注射系统(1)包括第二控制设备(6.1)，其被配置为用于接收所述各流体注射器(2)的第二打开位置的参考值范围(VA-VB)以及在所述第二打开位置的所述参考值范围(VA-VB)内的更窄且更居中范围(Vc-Vd)的信号，并用于控制所述压力调节装置(7)；
且其中，如果至少一个所述流体注射器(2)的所述第二打开位置(V)的值在所述第二打开位置的所述参考值范围(VA-VB)之外，所述方法进一步包括步骤：
改变所述流体供给压力(P)。
4.根据前述权利要求所述的流体注射系统(1)的控制方法，其特征在于，其中如果所有所述流体注射器(2)的所述第二打开位置(V)的所述平均值在更窄且更居中的所述参考值范围(Vc–Vd)之外，所述方法进一步包括所述步骤：
改变所述流体供给压力(P)。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的流体注射系统(1)的控制方法，其特征在于
其中所述流体供给装置(4)进一步包括被配置为用于改变所述流体供应温度(T)的温度调节装置(9)，并且
其中，所述流体注射系统(1)包括第三控制设备(6.2)；
其中所述第三控制设备(6.2)进一步被配置为用于接收所述流体供给压力(P)的信号、所述流体供给压力的参考值范围(PA-PB)，以及用于控制所述温度调节装置(9)；
其中，如果所述流体供应压力(P)的值在所述压力的所述参考值范围(PA-PB)之外，所述方法进一步包括步骤：
通过温度(T)中的第一次升高来改变所述流体供应温度(T)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的流体注射系统(1)的控制方法，其特征在于，其中所述流体注射器(2)的所述阀元件(3)是被配置为用于纵向移动的针，阻挡所述流体注射器(2)的管口，且其中所述阀元件(3)的所述第二打开位置(V)由可调节行程端所确定，且其中所述控制方法进一步包括步骤：
通过所述步骤启动各流体注射器(2)：
将所述行程端移向所述针的所述闭合位置，这样所述针不具有任何移动的余量，
将所述可调节行程端移向所述打开位置，直到在所述针打开而开始流体注射(Q≠0)，
将所述行程端移向所述打开位置，直到达到为所述第二个打开位置(V)所确定的所述控制范围的中点。
7.根据上述权利要求中任一项所述的流体注射系统(1)的控制方法，其特征在于，包括使用用于过滤所述流量计(5)的所述测量值的低通过滤器。
8.一种高速流体注射系统(1)，其被配置为用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的控制方法，包括：
多个流体注射器(2)，各流体注射器(2)包括在第一关闭位置和第二打开位置(V)之间可移动的阀元件(3)，其中，可以单独控制各所述阀元件(3)的第二打开位置(V)以调节由各所述流体注射器(2)所注射的流量(Q)；
流体供给装置(4)，被配置为用于向多个所述流体注射器(2)供应加压流体；
多个流量计(5)，其中各流量计(5)关联到流体注射器(2)，且其中各流量计(5)被配置为用于测量由其关联到的所述流体注射器(2)所注射的所述流体的所述流量(Q)；
第一控制设备(6)，被配置为用于接收各所述流体注射器(2)的流量(Q)的信号，并至少控制各所述阀元件(3)的第二打开位置(V)；
第一控制回路(L1)，有着被各所述流体注射器(2)所注射的所述流量(Q)的反馈，其中所述第一控制回路(L1)被配置为用于通过作用于被配置为至少控制各所述阀部件(3)的第二打开位置(V)的所述第一控制设备(6)，控制被所述流体注射器(2)所注射的流体的所述流量(Q)。
9.根据权利要求8所述的高速流体注射系统(1)，其特征在于，所述流体注射系统(1)是旋转式的或静止式的。
10.根据前述权利要求所述的高速流体注射系统(1)，其特征在于，其中所述流体供给装置(4)包括被配置为用于改变所述流体供给压力(P)的压力调节装置(7)，其中所述注射系统(1)包括被配置为用于控制所述流体供给压力(P)的第二控制设备(6.1)，且其中所述系统(1)进一步包括第二控制回路(L2)，其中所述第二控制回路(L2)被配置为用于至少控制所述流体供给压力(P)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的高速流体注射系统(1)，其特征在于，其中所述流体供给装置(4)进一步包括被配置为用于改变所述流体供应温度(T)的温度调节装置(9)，其中所述注射系统(1)包括被配置为通过控制所述流体的所述温度(T)的信号来控制所述流体的所述温度(T)的第三控制设备(6.2)，且其中所述系统(1)进一步包括所述第三控制回路(L3)，其中第三控制回路(L3)被配置为用于至少控制所述流体的所述温度(T)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的高速流体注射系统(1)，其中所述第一控制设备(6)包括比例控、积分和/或微分控制器。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的高速流体注射系统(1)，其特征在于，其中所述流体注射器(2)的所述阀元件(3)是针，其被配置为用于纵向移动，阻挡所述流体注射器(2)的管口。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的用于注射系统(1)的监控系统(10)，其特征在于，包括实时监控设备，其被配置为用于至少传输被所述注射系统(1)所测量的量值。
15.根据前述权利要求所述的监控系统(10)，其特征在于，进一步包括网关，用于在所述实时监控设备和用于向操作者示出传输的数据的展示装置之间的双向传输，以及在所述实时监控设备和所述展示装置之间传输的数据的打包和拆包。
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