专利名称：用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于注塑机的控制系统，尤其涉及用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统。
背景技术：
从20世纪50年代开发出油压驱动的塑料加工机械以来，塑料加工机械的驱动系统一直使用油压至今，尽管随着微电子技术的发展，塑料加工机械的控制部分已采用微电脑，但驱动部分一直没有重大改进。传统的注塑机，其注射，预塑，合模，顶出等用液压油缸驱动，比如注射用液压油缸驱动，传统液压式注塑机由电动机驱动液压油泵，采用液压油作为传动介质，通过液压油缸实现与其相连的螺杆前进和后退，推动料筒内塑料射出至模具，其速度调节依靠流量阀开口大小，或液压油泵的排量变化来改变液压油缸的流量，其螺杆作用力大小依靠液压系统中的溢流阀设定压力来实现。这种以油压为驱动源的塑料机械存在着以下缺陷一是温度的变化，长时间的连续动作使油温发生变化，从而影响机械的动作特性，使成型机的精度保持发生困难，同时，影响模具开合速度及停止位置精度；二是油的粘弹性和管路系统的弹性不能忽视，使实际的射出速度和压力间产生了非线性，这样使控制性能变坏，这种现象对高速精密成型影响更大，同时油缸内摩擦的影响易产生爬行现象；三是油压动作油的伺服阀，比例控制阀的工作恶化，使性能的保持产生困难；四是复杂的油压系统的故障，使维修时间和费用大大增加。
环境保护和能源的节省受到人们普遍的关注，而油压式塑料机械对环境造成如渗漏和噪音类的污染，且其又是大量消耗电能的机械，油压驱动从结构上看其节省能源的能力受到很大局限，而电动伺服马达驱动方式才能很好地解决以上问题。但对其控制要求却非常高；现在，电气产品(如精密连接器)的小型化，OA(办公自动化)机器使用的光学部件的精密化以及下一代DVD对塑料材料及其成型技术提出了更高的要求，家电、电子、汽车、通信、医疗器械和OA等行业对注塑机在精密性重现性方面性能的要求也越来越严格。塑料制品的轻薄小型化已是市场竟争的焦点，射出成型对高精度的要求超过了现有油压注塑机的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术现状，提供一种用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，该系统使塑料注射成型机能实现高速度，高精度，低噪声，无油污染加工的控制。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，包括用于连接并控制注塑机本体的主控制器，该主控制器分别通过信号电缆连接人机交互装置，接有加热器的温度控制器，压力传感器以及经对应的伺服单元连接的注射、预塑、合模、顶出的4轴伺服马达，采取的措施还包括a.所述的伺服马达作为动力源用于驱动塑料注射成型机的注射、加料、开模、合模、顶出、顶退动作；b.所述的主控制器具有主控制模块，并具有通过该主控制模块控制的通讯模块、温度控制模块、伺服控制模块、开关量输入\输出模块和压力反馈模块，所述的通讯模块用于控制所述的人机交互装置，所述的温度控制模块用于控制所述的加热器，所述的伺服控制模块用于分别控制所述的注射、预塑、合模、顶出伺服马达，所述的开关量输入\输出模块用于检测注塑机的状态和控制注塑机的动作，所述的压力控制模块用于接收并处理压力传感器的反馈信号。
为优化上述技术方案，所采取的措施还包括上述的主控制模块具有经预先编制的计算机程序，通过所述的伺服单元经所述的伺服马达，对注射速度、注射位置、注射压力的闭环控制，对加料背压的闭环控制，对加料时螺杆转速的闭环控制，对动模板开模时的位置、速度闭环控制，对动模板开摸时的扭矩限制，对动模板合模时的位置、速度的闭环控制，对动模板合模时的扭矩限制，对顶针顶出时的位置、速度的闭环控制，对顶针顶出时的扭矩限制，对顶针回退时的位置、速度的闭环控制，对顶针回退时的扭矩限制。
上述的主控制模块具有控制塑料制品品质的特性；所述的主控制模块还具有对注射条件实时跟踪统计和综合统计。主控制模块还具有精确控制锁模力的作用。
上述的对动模板合模时的扭矩限制具有低压模具保护作用。
上述的跟踪统计包括有5项品质控制数据射胶起点，射胶终点，峰值压力，V→P位置，V→P压力，所述的综合统计具有所述的5项品质控制数据成组最大值、最小值和平均值。
上述的人机交互装置可分别为带有触摸屏的液晶显示器和手动操作面板，其相互配合用于工艺参数的输入，数据/图形显示，可实时显示各轴位置，速度，压力，时间，温度，注射压力-注射速度曲线，预塑压力-预塑速度曲线，注射终点曲线，温度-时间曲线。
上述的该液晶显示器的操作画面有7个主页面、20个子页面、177个可设定参数和68个软件选择开关。
与现有技术相比，本发明采用伺服马达作为动力源用于驱动塑料注射成型机的注射、加料、开模、合模、顶出、顶退动作；采用主控制器具有主控制模块，并具有通过其控制的通讯模块、温度控制模块、伺服控制模块、开关量输入\输出模块和压力反馈模块，并通过对应的模块控制人机交互装置、加热器、伺服马达，以及检测注塑机的状态和控制注塑机的动作和接收并处理压力传感器的反馈信号。其人机界面友好，带触摸屏的彩色液晶显示器，显示清晰，操作方便；注射过程采用限压速度控制，有效地抑制压力峰值的产生，同时，具有注射压力和速度曲线的实时显示；采用外部存储，可存储所选定制品的工艺参数。从而使塑料注射成型机能实现高速度，高精度，低噪声，无油污染加工的控制。
图1为本发明硬件结构方框示意图；图2为图1中软件结构方框示意图。
具体实施例以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
图1、图2所示，用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，包括用于连接并控制注塑机本体5的主控制器1，该主控制器1分别通过信号电缆连接人机交互装置2，接有加热器4的温度控制器3，压力传感器6以及经对应的伺服单元连接的注射、预塑、合模、顶出的4轴伺服马达7，伺服马达7由注射马达71、预塑马达72、合模马达73、顶出马达74组成。
伺服马达7作为动力源用于驱动塑料注射成型机的注射、加料、开模、合模、顶出、顶退动作；主控制器1具有主控制模块11，并具有通过该主控制模块11控制的通讯模块12、温度控制模块、伺服控制模块、开关量输入\输出模块和压力反馈模块。
主控制模块11包含有中央处理器(CPU)，动态存储器(RAM)，电子盘(DOM)，串行通讯接口，备有注塑件工艺数据存取用的大容量存储器，供用户存取加工工艺数据用。在主控制模块11中运行的软件驱动主控制器中其它模块的运行；主控制模块11通过内部总线与主控制器中其它模块相连接。主控制模块11具有经预先编制的计算机程序，通过所述的伺服单元经所述的伺服马达，对注射速度、注射位置、注射压力的闭环控制，对加料背压的闭环控制，对加料时螺杆转速的闭环控制，对动模板开模时的位置、速度闭环控制，对动模板开摸时的扭矩限制，对动模板合模时的位置、速度的闭环控制，对动模板合模时的扭矩限制，对顶针顶出时的位置、速度的闭环控制，对顶针顶出时的扭矩限制，对顶针回退时的位置、速度的闭环控制，对顶针回退时的扭矩限制。优化的方案中，主控制模块11具有控制塑料制品品质的特性；主控制模块11还具有对注射条件实时跟踪统计和综合统计，跟踪统计包括有5项品质控制数据射胶起点，射胶终点，峰值压力，V→P位置，V→P压力，所述的综合统计具有所述的5项品质控制数据成组最大值、最小值和平均值。主控制模块11还可具有精确控制锁模力的作用；对动模板合模时的扭矩限制还具有低压模具保护作用。
通讯模块12用于控制人机交互装置，人机交互装置由液晶显示器(LCD)触摸屏和手动操作面板组成，用于实现工艺参数的输入，数据/图形显示，页面转换，和对机器的手动操作；液晶显示器及触摸屏通过信号电缆与主控制器相连接；手动操作面板通过信号电缆与主控制器相连接，主控制模块11通过信号电缆与液晶显示器(LCD)及触摸屏相连接，实现工艺参数的输入，数据/图形显示，页面转换控制，可实时显示各轴位置，速度，压力，时间，温度，注射压力-注射速度曲线，预塑压力-预塑速度曲线，注射终点曲线，温度-时间曲线。该液晶显示器的操作画面有7个主页面、20个子页面、177个可设定参数和68个软件选择开关。主画面为功能设置与监视、注射与预塑、模具开合控制、温度控制、生产统计与品质管理、维修和警报等七个画面。
温度控制模块用于控制加热器，通过信号电缆与温度控制器相连接，用于设置各段加热器的温度参数和读出各加热段的当前温度；温度控制可设定为六段，每段均可分别设定温度值。加热选择有五种方式一为不加热，二为加热，三为自动加热，四为保温，五为自动保温；且备有高、低温超差报警；温度控制显示精度为0.1℃。
伺服控制模块包括注射轴控制模块，预塑轴控制模块，动模控制模块，顶针控制模块分别用于控制所述的注射、预塑、合模、顶出伺服马达。
注射轴控制模块通过信号电缆与注射轴伺服单元相连接，输出对注射伺服马达的控制命令，同时控制注射伺服马达的速度，扭矩；闭环输入来自安装在注射伺服马达上的光电编码器的位置反馈和来自压力传感器的压力反馈从而构成对注射轴的位置，速度，压力的闭环控制。注射轴控制模块包含有脉冲编码器接收电路，模拟量电压输出电路，光电偶合式开关量输入输出电路。注射控制方式采用五速三压控制的定速定压充填控制和可分别对注射速度、保压、背压和螺杆转速进行折线控制的折线控制，并带有速度压力曲线的图形显示。
预塑轴控制模块通过信号电缆与轴预塑伺服单元相连接，输出对预塑伺服马达的控制命令，同时控制预塑伺服马达的速度，扭矩；闭环输入来自安装在注射伺服马达上的脉冲编码器的位置反馈，从而构成对注射轴速度的闭环控制。
在控制程序的作用下，注射轴控制模块和预塑轴控制模块同时动作，实现由背压反馈控制的加料过程。预塑轴控制模块包含有脉冲编码器接收电路，模拟量电压输出电路，光电偶合式开关量输入输出电路。预塑设定为三级，可分别对三级的转速、背压、位置、时间进行设定和控制。加料方式有三种一是前加料注射结束后转入预塑加料，加料结束后注射座整体后退，使喷嘴与模具分离；二是固定加料注射结束后转入预塑加料，加料结束后注射座整体原地不动，喷嘴始终与模具接触三是后加料注射结束后，注射座整体往后退，使喷嘴与模具分离，然后转入预塑加料，直至加料结束。
动模轴控制模块通过信号电缆与动模轴伺服单元相连接，输出对动模伺服马达的控制命令，同时控制动模伺服马达的速度，扭矩；闭环输入来自安装在动模伺服马达上的脉冲编码器的位置反馈，从而构成对动模轴的位置，速度的闭环控制。动模轴控制模块包含有脉冲编码器接收电路，模拟量电压输出电路，光电偶合式开关量输入输出电路。模具开合控制开为四级，闭为三级可分别对速度、扭矩(压力)、位置、时间进行设定和控制。模具调整设有手动和自动两种方式，具有手动和自动调模功能。
顶针轴控制模块通过信号电缆与顶针轴伺服单元相连接，输出对顶针伺服马达的控制命令，同时控制顶针伺服马达的速度，扭矩；闭环输入来自安装在顶针伺服马达上的脉冲编码器的位置反馈，从而构成对顶针轴的位置，速度的闭环控制。顶针轴控制模块包含有脉冲编码器接收电路，模拟量电压输出电路，光电偶合式开关量输入输出电路。顶出控制为三级，可分别对速度、压力、位置、时间进行设定和控制。顶出有三种方式顶针功能不起作用，重复顶出及震动顶出三种。
开关量输入/输出模块用于输入安装在被控目标(注射成型机)上的各种检测装置的直流开关量反馈信号，用于检测注塑机的状态和控制注塑机的动作，同时用于输出对安装在被控目标(注射成型机)上的各种执行部件的直流开关量控制信号。
压力控制模块用于接收并处理压力传感器的反馈信号。
本发明人机界面友好，带触摸屏的10.4英寸的TFT彩色液晶显示器，有7个主画面，20个子画面，显示清晰，操作方便；注射过程采用限压速度控制，有效地抑制压力峰值的产生，同时，具有注射压力和速度曲线的实时显示；采用CF卡作外部存储，可存储64000个制品的工艺参数。并实现生产管理和品质管理，可对加工件的原料名称、模具号、成型条件、开机时间、累计时间进行统计、存取；可对加工件总数、合格品数、不合格数进行统计，当连续出现三模不合格品时将报警；判断合格品与不合格品由射出终点曲线判断，凡射胶终点在设定公差内者为合格品，否则为不合格品。还具有插芯功能，用于加工具有中空、绞牙等形状的注塑件，可有两种插芯，又名中子一和中子二，并可分别对两个中子的插、抽芯的速度、压力、位置进行设定和控制。从而使塑料注射成型机能实现高速度，高精度，低噪声，无油污染加工的控制。
本发明通过GP 2500可将多台全电动注塑机连接成局域网(LAN)，进行工厂级的实时监控与管理。还可通过GP 2500和主PC机可将多台全电动注塑机与企业的Intranet相连接，实现对全球任何地方的全电动注塑机进行远程诊断。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
权利要求
1.用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，包括用于连接并控制注塑机本体(5)的主控制器(1)，该主控制器分别通过信号电缆连接人机交互装置(2)，接有加热器(4)的温度控制器(3)，压力传感器(6)以及经对应的伺服单元(7)连接的注射、预塑、合模、顶出的4轴伺服马达(71、72、73、74)，其特征是a.所述的伺服马达作为动力源用于驱动塑料注射成型机的注射、加料、开模、合模、顶出、顶退动作；b.所述的主控制器(1)具有主控制模块(11)，并具有通过该主控制模块(11)控制的通讯模块(12)、温度控制模块(13)、伺服控制模块(14)、开关量输入\输出模块(15)和压力反馈模块(16)，所述的通讯模块(12)用于控制所述的人机交互装置(2)，所述的温度控制模块(13)用于控制所述的加热器(4)，所述的伺服控制模块(14)用于分别控制所述的注射、预塑、合模、顶出伺服马达(71、72、73、74)，所述的开关量输入\输出模块(15)用于检测注塑机的状态和控制注塑机的动作，所述的压力控制模块(16)用于接收并处理压力传感器的反馈信号。
2.根据权利要求1所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的主控制模块(11)具有经预先编制的计算机程序，通过所述的伺服单元经所述的伺服马达，对注射速度、注射位置、注射压力的闭环控制，对加料背压的闭环控制，对加料时螺杆转速的闭环控制，对动模板开模时的位置、速度闭环控制，对动模板开摸时的扭矩限制，对动模板合模时的位置、速度的闭环控制，对动模板合模时的扭矩限制，对顶针顶出时的位置、速度的闭环控制，对顶针顶出时的扭矩限制，对顶针回退时的位置、速度的闭环控制，对顶针回退时的扭矩限制。
3.根据权利要求1所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的主控制模块(11)具有控制塑料制品品质的特性；所述的主控制模块(11)还具有对注射条件实时跟踪统计和综合统计。
4.根据权利要求1所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的主控制模块(11)具有精确控制锁模力的作用。
5.根据权利要求2所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的对动模板合模时的扭矩限制具有低压模具保护作用。
6.根据权利要求3所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的跟踪统计包括有5项品质控制数据射胶起点，射胶终点，峰值压力，V→P位置，V→P压力，所述的综合统计具有所述的5项品质控制数据成组最大值、最小值和平均值。
7.根据权利要求1所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的人机交互装置(2)可分别为带有触摸屏的液晶显示器(21)和手动操作面板(22)，其相互配合用于工艺参数的输入，数据/图形显示，可实时显示各轴位置，速度，压力，时间，温度，注射压力-注射速度曲线，预塑压力-预塑速度曲线，注射终点曲线，温度-时间曲线。
8.根据权利要求7所述的用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，其特征是所述的该液晶显示器的操作画面有7个主页面、20个子页面、177个可设定参数和68个软件选择开关。
全文摘要
用于塑料注射成型机的全电子伺服控制系统，包括主控制器，其分别通过信号电缆连接人机交互装置，温度控制器，压力传感器以及经对应的伺服单元连接的注射、预塑、合模、顶出的4轴伺服马达，伺服马达作为动力源用于驱动塑料注射成型机的注射、加料、开模、合模、顶出、顶退动作；主控制器具有主控制模块，并具有其控制的通讯模块、温度控制模块、伺服控制模块、开关量输入\输出模块和压力反馈模块。其人机界面友好，注射过程采用限压速度控制，具有注射压力和速度曲线的实时显示；可存储所选定制品的工艺参数。从而使塑料注射成型机能实现高速度，高精度，低噪声，无油污染加工的控制。
文档编号B29C45/76GK1539618SQ20031010837
公开日2004年10月27日 申请日期2003年11月3日 优先权日2003年11月3日
发明者郑重阳, 庞建中, 李高林 申请人:北京诚信昌科贸公司