DE4127553C2

DE4127553C2 - Temperaturregelverfahren für eine Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE4127553C2
Application number: DE4127553A
Authority: DE
Inventors: Masashi Suganuma
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: CN1059307A; FR2666043A1; CN1034640C; CA2049724C; GB9117867D0; FR2666043B1; CA2049724A1; IT1251243B; JPH04105915A; JPH0549452B2; ITMI912288A1; ITMI912288A0; GB2247428B; DE4127553A1; US5149472A; GB2247428A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Temperaturregelverfahren für eine Spritzgießmaschine. Ein derartiges Verfahren dient zum Steuern der Temperatur von thermogesteuerten Komponenten, zum Beispiel eines Spritzzylinders der Spritzgießmaschine derart, daß sie dem unmittelbaren Betriebszustand davon entspricht.

Herkömmlicherweise wird ein PID-(Proportional/Integral/Diffe rential) Regelverfahren üblicherweise zum Steuern bzw. Regeln der Temperatur von temperaturgesteuerten Komponenten, zum Beispiel eines Einspritzzylinders der Spritzgießmaschine verwendet.

Das PID-Steuerverfahren beruht auf einer Proportionalwirkung (P), die proportional zu einer Steuerabweichung ist; einer Integralwirkung (E), die auf einem integrierten Wert der Steuerabweichung beruht; und einer Differentialwirkung (D), die auf Differentialkoeffizienten der thermogesteuerten Komponenten beruht. Unter Benutzung des PID-Regelverfahrens kann die Ziel- bzw. Solltemperatur aufrechterhalten werden, wenn die temperaturgeregelten Komponenten sich unter gewissen stabilen Bedingungen befinden.

Die Spritzgießmaschine hat jedoch verschiedene Betriebsbedingun gen, wie Halt, Temperaturerhöhung, Spritzen, Pause usw. Weiterhin sind die Heizelemente und Kühlelemente unter schiedliche Vorrichtungen in jedem Zustand. Zum Beispiel ist im Temperaturerhöhungszustand die Strahlungswärme das Hauptkühlelement. Dagegen sind während des Spritzens oder Gießens Wärme von dem Heizer, Wärme von Reibung, die durch die auf das Harz wirkende Injektionsschraube verursacht wird, usw. die Heizelemente; dagegen sind die natürliche Strahlungswärme, die endothermische Reaktion durch das zugeführte Harz usw. die Kühlelemente dabei.

Daher kann bei der herkömmlichen PID-Steuerung die Temperatur des Spritzzylinders zum Beispiel höher (Überschießen, Po) oder niedriger (Unterschießen, Pu) als die Soll- bzw. Zieltemperatur sein, wie es in Fig. 5 gezeigt ist: Ein Temperaturdiagramm des Einspritzzylinders. Das Überschießen Po und Unterschießen Pu des Einspritzzylinders haben eine große Wirkung auf die Viskosität des geschmolzenen Harzes, so daß sie Faktoren bei der verschlechterten Produktionsqualität werden können. Weiterhin verursacht das Überschießen Po Harzverschlechterung, wenn die Ziel- bzw. Solltemperatur überschritten wird und die Harzver schlechterungstemperatur erreicht wird, wodurch schlechtere Produkte erzielt werden. Zum Verhindern minderer Produktquali tät ist eine manuelle Steuerung der Temperatur des Spritz zylinders auf der Grundlage der Erfahrung einer geübten Bedienungsperson nötig.

Daher ist es die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Temperaturregelverfahren für eine Spritzgießmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der das Überschießen und Unterschießen in Bezug auf die Ziel- bzw. Solltemperatur von temperaturgeregelten Komponenten, zum Beispiel des Spritzzylinders, soweit wie möglich verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Mehrwertsteuer theorie (fuzzy control theory unscharfe Logik) zum Steuern der Temperatur der temperaturgeregelten Komponenten wie der Spritzzylinder so benutzt, daß das Ändern des Steuerwertes für die Einrichtung zum Heizen und Kühlen, die in dem Einspritzzylinder und der Spritzgießform usw. vorhanden sind, automatisch wie durch eine geübte Bedienungsperson ausgeführt werden. Unter Benutzung der Mehrwertsteuertheorie kann die tatsächliche Temperatur der temperaturgeregelten Komponenten schnell die Zieltemperatur erreichen, wobei während dieses Zeitraumes das Überschießen bzw. Überschwingen und Unterschießen bzw. Unterschwingen praktisch vollständig verhindert werden kann.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung für die Mitgliedsfunktionen;

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung für den Mehrwert schluß;

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung der Schritte zum Berechnen der Steuerwerte und

Fig. 5 ein die Temperaturregelung des Spritzzylinders zeigendes Diagramm.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Spritzgießmaschine M einen Spritzzylinder 1 auf. Der Spritzzylinder 1 weist einen Thermosensor 5 zum Erfassen der Temperatur des Spritzzylinders 1 und einen elektrischen Heizer zum Heizen des Spritzzylinders 1 auf. Die Nennspannung des Heizers 7 ist 200 Volt.

Der Zustand der Spritzgießmaschine M wird durch eine program mierbare Steuerung/controller 3 so gesteuert, daß jeder Zustand z. B. Stop, Temperaturanstieg, Gießen, Pause usw. der Einspritzmaschine durch Daten von der programmierbaren Steuerung 3 initiiert wird. Der Sensor 5 und der Heizer 7 können die gleichen sein, wie sie herkömmlicherweise bei Spritzgießmaschinen verwendet werden. Der Spritzzylinder 1 weist keinen Düsenabschnitt auf, der in Kontakt mit der Gußform kommt.

Signale von der Steuerung 3 werden zu einem Mikroprozessor (MPU) 9 zum Anzeigen des gegenwärtigen Betriebszustandes der Spritzgießmaschine M gesendet: Temperaturanstieg, Gießen, Pause usw.

Die Zieltemperatur des Spritzzylinders 1, die dem gegen wärtigen Betriebszustand (A) der Spritzgießmaschine M entspricht, der der MPU 9 bekannt ist, wird auf der Grundlage von Temperaturen definiert, die in einer Fläche (1) eines Computerspeichers (13) gespeichert sind.

Signale, die die von dem Sensor 5 des Spritzzylinders 1 erfaßte Temperatur anzeigen, werden ebenfalls zu der MPU 9 gesendet und in eine Fläche (2) des Speichers 13 geschrieben. Eine Tempe raturabweichung (B) zwischen der Zieltemperatur, die auf der Basis der Signale von der Steuerung 3 definiert sind, und der erfaßten Temperatur, die von dem Sensor 5 erfaßt ist, wird durch eine arithmetische Logikeinheit (ALU) 11 in der MPU 9 berechnet und in eine Fläche (3) des Speichers 13 geschrieben.

Zusätzlich berechnet die ALU 11 die Rate der Abweichungs änderung (C), die die Änderungsrate zwischen der gegenwärtigen Temperaturabweichung - die letzten Daten - und der vorigen Temperaturabweichung darstellt, die in der Fläche (3) des Speichers 13 gespeichert worden ist. Der den Zustand der Spritzgießmaschine M anzeigende Wert (A), die Temperatur abweichung (B) und die Rate der Abweichungsänderung (C) sind Daten für den Mehrwertschluß, der auf Mitgliedsfunktionen und Regeln beruht, wie später beschrieben wird.

Dann wird der Steuerwert des Heizers 7 auf der Grundlage des Mehrwertschlusses von der ALU 11 berechnet. Der berechnete Steuerwert wird zu dem Heizer 7 als Steuersignale durch die MPU gesendet. Die oben angeführte Reihenfolge vom Lesen der Daten zum Senden der Steuersignale wird kontinuierlich wiederholt. Der Inhalt des Speichers 13 kann auf eine Anzeigeeinheit 15, z. B. einer CRT dargestellt und über eine Eingabeeinheit 14, z. B. eine Tastatur korrigiert werden.

Die Mitgliedsfunktionen für jede Mehrwertvariable sind in einer Fläche (4) des Speichers 13 gespeichert (siehe Fig. 2). Die Mehrwertvariablen sind: Der den Zustand der Spritzgießmaschine anzeigende Wert (A); die Temperaturabweichung (B); die Rate der Abweichungsänderung (C) und der Grad der Ausgabe für den Betrieb (E), d. h. die Steuerspannung des Heizers 7.

Jede Mitgliedsfunktion ist in eine Mehrzahl von Gruppen unter teilt, die entweder gegenseitig überlappende Sektoren aufweisen oder ausschließen. Jeder Gruppe ist eine Stufe bzw. ein Grad bzw. ein Wert zwischen 0 und 1 zugewiesen.

Die Mitgliedsfunktion für die erste Mehrwertvariable (A) ist in fünf disjunkte Gruppen unterteilt (vergleiche Fig. 2 (A)). Die Gruppen der Mehrwertvariablen (A) können nur die Werte "0" oder "1" annehmen. (Es kann also jeweils nur eine der in Fig. 2 (A) gezeigten Gruppen realisiert sein.). Die Mitgliedsfunktion der Mehrwertvariablen (B) ist in sieben Gruppen unterteilt, die überlappende Abschnitte aufweisen (vergleiche Fig. 2(B)). Fünf der sieben Gruppen sind graphisch als Dreiecke dargestellt. In dem Diagramm ist die Temperaturänderung entlang der horizont alen Achse dargestellt - die Basisseite der überlappenden Dreiecke - und sie ist in 10^oC-Stufen definiert, die jeweils der Länge der Basisseite der Dreiecke entspricht.

Die Mitgliedsfunktion für die Mehrwertvariable (C) ist in fünf Gruppen unterteilt mit überlappenden Sektoren (Fig. 2(C)). Drei der fünf Gruppen sind ebenfalls graphisch als Dreiecke darge stellt. In den Dreiecksgruppen ist die Rate der Abweichungs änderung an der Basisseite in 5^oC-Schritten definiert, die jeweils der Länge einer jeden Basisseite des Dreieckes entspricht.

Der Heizer 7, dessen Nennspannung 200 Volt ist, wird gesteuert, indem 100 Volt plus oder minus der Steuerspannung eingegeben werden. Damit wird die Mitgliedsfunktion, deren Mehrwert variable die Stärke der Ausgabe für den Betrieb (E), d. h. die Steuerspannung ist, graphisch in fünf überlappende Sektoren unterteilt, dessen Schnittpunkte jeweils 50-Volt-Stufen abstecken (cf Fig. 2(E)). Drei der fünf Gruppen sind graphisch als Dreiecke dargestellt.

Die Beziehungen zwischen den Gruppen von jeder Mitglieds funktion wird durch eine Regel oder eine Funktion definiert, die zuvor in eine Fläche (5) des Speichers 13 gespeichert worden ist. Als Beispiel wird die Regel für den Zustand des Temperaturanstieges in der folgenden Tabelle gezeigt, in der die Bezeichnungen NB, NS, NM, NS usw. willkürliche Namen sind, die verschiedenen Betriebszuständen gegeben sind (die gleichen wie in Fig. 2): Dabei bedeutet "if" "wenn", "then" "dann", "input" "Eingabe", "output" "Ausgabe" und "temp. rise" "Temperaturerhöhung".

Tabelle

In der Tabelle bezeichnen die INPUTs A, B, und C in der "if"- Spalte die entsprechenden Mehrwertvariablen (A), (B) und (C). In der Spalte "then" bezeichnet OUTPUT (E) die Mehrwert variablen (E). In der horizontalen Richtung der Tabelle, zum Beispiel in Zeile 1, ist die Beziehung zwischen den INPUTs A, B, und C logisches "UND". In der vertikalen Richtung der Tabelle, zum Beispiel die Beziehung zwischen Zeile 1 und 2 ist ein logisches "ODER". In der Tabelle sind alle Kombinationen aller Gruppen der Mitgliedsfunktionen gezeigt, es können jedoch unmögliche oder sehr selten auftretende Kombinationen aus der Tabelle weggelassen werden.

Als Nächstes wird der Mehrwertschluß zum Definieren der Eingangsspannung für den Heizer 7 erläutert (vergleiche Fig. 3). Als Beispiel werden die folgenden Bedingungen gewählt: Die Variable (A), der Betriebszustand, wird durch X festgelegt (Temperaturanstieg in Fig. 2); die Variable (B), die letzte Temperaturänderung, wird durch Y festgelegt (Gruppen PS und PM in Fig. 2) und die Variable (C), letzte Rate der Änderung, wird durch Z festgelegt (ZERO und PS in Fig. 2).

An der Stelle Y der Variablen (B) überlappen die Gruppen "PS" und "PM"; an der Stelle Z der Variablen (C) überlappen die Gruppen "ZERO" und "PS". Daher ergeben die Kombinationen der INPUTs A, B und C vier Regeln oder Vorschriften, die in Fig. 3 als Regel Nr. 23, 24, 28 und 29 gezeigt sind (diese Nummern entstammen der Tabelle). Die Beziehung zwischen den INPUTs A, B und C in jeder Regel ist das logische "UND", so daß der OUTPUT E einen Bereich umfassen wird, der die INPUTs A, B und C umfaßt. Der Bereich des OUTPUT E ist als Fläche gezeigt, der durch die minimalen Eingangswerte der INPUTs A, B und C zusammengesetzt ist, die jeweils in Fig. 3 als schraffierte Fläche dargestellt sind.

Die tatsächliche Steuerspannung für den Heizer 7 wird durch die ALU 11 auf der Grundlage der erschlossenen OUTPUTs E der Regeln berechnet.

Die Schritte der Berechnung werden im Folgenden erläutert.

Zuerst wird der erschlossene Bereich, der durch die Schraffur markiert ist (siehe Fig. 3) von jedem OUTPUT E zusammengesetzt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Als nächstes wird der Schwerpunkt des erschlossenen Bereiches in Fig. 4 bestimmt und daraus die Steuerspannung für den Heizer 7 berechnet.

Durch Benutzen der oben beschriebenen Mehrwertregeltheorie kann das Temperaturüberschwingen Po und -unterschwingen Pu (siehe Diagramm F in Fig. 5) in dem Spritzzylinder 1 verhindert werden, und die Temperatur des Spritzzylinders 1 wird automatisch so eingestellt, daß sie der Zieltemperatur des gegenwärtigen Betriebszustandes der Spritzgießmaschine M entspricht. Weiterhin kann eine schlechte Produktion verhindert werden. Selbst im Falle der Benutzung eines Harzes mit geringer Thermostabilität ist keine manuelle Steuerung durch eine erfahrene Betriebsperson nötig.

Bei dieser Ausführungsform können zusätzliche Mitgliedsfunk tionen, z. B. eine Abweichung zwischen der laufenden Rate der Änderung und der vorherigen Rate davon zu den in Fig. 2 gezeigten Mitgliedsfunktionen hinzugefügt werden.

Bei dieser Ausführungsform kann eine Einspritzdüse, die an dem vorderen Ende des Spritzzylinders vorgesehen sein kann, ebenfalls unter Benutzung der Mehrwertregeltheorie, wie sie für den Spritzzylinder angewendet ist, gesteuert werden.

Weiterhin können der Spritzzylinder und die Düse eine Mehrzahl von Heizern aufweisen, die in Längsrichtung angeordnet sind, und jeder der Heizer kann auf der Grundlage des Mehrwertschlusses geregelt werden. In diesem Fall kann die Temperatur sehr genau geregelt werden.

Die Temperatur der Formen bedarf ebenfalls der präzisen Regelung bzw. Steuerung, so daß diese ebenfalls auf der Grundlage des Mehrwertschlusses gesteuert werden kann.

Es ist eine Einrichtung zum Heizen, z. B. ein elektrischer Heizer und eine Einrichtung zum Kühlen, z. B. eine Wasserumlaufleitung in einigen Maschinen vorgesehen. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Heizen und Kühlen auf der Grundlage der Mehrwerttheorie so gesteuert werden, daß ein Überschwingen und Unterschwingen soweit wie möglich verhindert werden kann. Somit kann eine ungeübte Bedienungsperson unter Benutzung eines programmierten Mehrwertsystemes die Temperatur der Formen so steuern, als ob sie eine geübte Bedienungsperson wäre.

Die Temperatur der temperaturgeregelten Komponenten kann automa tisch an die Zieltemperatur angepaßt werden, die dem Betriebszustand der Spritzgießmaschine entspricht. Während der oben beschriebenen automatisierten Temperaturregelung werden Überschwingen und Unterschwingen soweit wie möglich verhindert. Daher wird zu der effektiven Tätigkeit der Spritzgießmaschine beigetragen, und eine Verringerung von schlechten Gußprodukten wird erzielt.

Claims

1. Temperaturregelverfahren für eine Spritzgießmaschine, bei dem temperaturgeregelte Komponenten so gesteuert werden, daß eine dem Betriebszustand der Spritzgießmaschine M entsprechende Solltemperatur aufrechterhalten wird, mit den Schritten:

- Erfassen des Betriebszustandes (A) der Spritzgießmaschine (M) und der Temperatur ihrer Komponenten;
- Berechnen der Abweichung (B) zwischen der dem gegenwärtigen Betriebszustand (A) der Spritzgießmaschine (M) entsprechenden Solltemperatur der Komponenten und der erfaßten Ist-Temperatur,
- Berechnen der Rate der Abweichungsänderungen (C) zwischen der gegenwärtigen Abweichung und der vorherigen Abweichung;
- Ausführen einer Fuzzy-Schlußfolgerung zum Bestimmen eines unscharfen Steuerwertes (E) einer Einrichtung zum Erwärmen oder zum Kühlen der Komponenten auf der Basis des Zustandes (A) der Spritzgießmaschine (M), der berechneten Abweichung (B) und der Rate der Abweichungsänderungen (C);
wobei der Zustand (A) der Spritzgießmaschine (M), die Temperaturabweichung (B), die Rate der Abweichungsänderungen (C) und der Steuerwert (E) als unscharfe Variable definiert sind;
wobei die Fuzzy-Schlußfolgerung auf Regeln beruht, die jeder unscharfen Variablen zugeordnete Mitgliedsfunktionen miteinander verknüpfen, und wobei jede Mitgliedsfunktion einen unscharfen Zusammenhang zwischen der betreffenden Variablen und Gruppen des Steuerwerts definiert,
- Berechnen eines tatsächlichen Steuerwertes für die Einrichtung zum Heizen oder zum Kühlen auf der Grundlage der Fuzzy-Schlußfolgerung.

2. Temperaturregelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermogesteuerten Komponenten ein Spritzzylinder (1) oder Gießformen sind.

3. Temperaturregelverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzzylinder (1) eine an einem Ende davon vorgesehene Einspritzdüse aufweist.

4. Temperaturregelverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Schlußfolgerung entsprechend auf jede temperaturgeregelte Komponente angewandt wird.

5. Temperaturregelverfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mitgliedsfunktion in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt ist, die gegenseitig überlappende Sektoren aufweisen, wenn die Mitgliedsfunktionen graphisch aufgezeichnet werden.

6. Temperaturregelverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die überlappenden Sektoren Dreiecke sind, wenn sie graphisch aufgezeichnet werden.

7. Temperaturregelverfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand (A) der Spritzgießmaschine (M) durch eine programmierbare Steuerung (3) gesteuert wird.

8. Temperaturregelverfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitgliedsfunktionen und Regeln zuvor in einer Speichereinheit (13) eines Computers gespeichert werden.