技术领域
[0001] 本
发明涉及注塑控制系统技术领域，更具体为一种全闭环高精度高节能注塑机控制系统。
背景技术
[0002] 注塑机控制系统在过去很长一段时间里，通常使用伺服
阀实现对注塑机动作的闭环控制。其控制原理是，通过
伺服阀(如合模伺服阀)的阀芯位移的实时返馈，动态调整伺服伺伺芯的
位置，使伺服阀的阀芯趋向某一稳
定位置，从而保证伺服阀的输出流量恒定。
[0003] 根据公式：Q＝Cd×W×Xv×SQR(ΔP/ρ)
[0004] 式中，Q为流量，Cd是流量系数，W是阀芯的面积梯度，Xv是阀芯的位移，SQR为开平方，ΔP是伺服阀的进出口压
力差，ρ是液压油的
密度。
[0005] 假设油温恒定，
滑阀阀芯(通常伺服阀是滑阀阀芯)的内
泄漏量为零，则根据公式(1)，阀芯位移控制得越精准，则其输出的流量也越精准，进而假设油缸及液压管路回路的泄漏量为零，则可以得到稳定的油缸速度，即使注塑机的动作精度得以提高。
[0006] 然而，在实际生产中，油温是不断地变化的，而且阀、油缸及液压管路的泄漏量也大于零，这种闭环控制在实际应用中受到油温及泄漏量的影响；由于这种伺服控制是由
控制阀芯的位移代替了控制机构的位移，从控制阀芯的位移精度从而得到较高的机构位移的精度，是一种间接控制，不可避免地会有局限性。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种全闭环高精度高节能注塑机控制系统，解决了背景技术中所提出的问题，满足实际使用需求。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全闭环高精度高节能注塑机控制系统，包括：射胶
电子尺、合模电子尺、顶出电子尺、熔胶接近
开关、注塑机
控制器、伺服动力源
驱动器及伺服动力源，所述射胶电子尺、合模电子尺、顶出电子尺、熔胶
接近开关均与注塑机连接，所述射胶电子尺、合模电子尺、顶出电子尺、熔胶接近开关的
电缆与所述注塑机控制器连接，所述注塑机控制器与所述伺服动力源驱动器通讯链连接，所述伺服动力源包含伺服
电机、油
泵及压力
传感器，所述
伺服电机尾部装有旋转
编码器，所述
压力传感器及伺服电机
旋转编码器的电缆与伺服动力源驱动器相连；所述射胶电子尺、合模电子尺、顶出电子尺均可实时检测和返馈注塑机机构的位置、速度，所述熔胶接近开关能实时检测和返馈熔胶螺杆转速，以上各单元构成全闭环高精度高节能注塑机控制系统
硬件部分；所述全闭环高精度高节能注塑机控制系统包含以下程序模
块：设有全闭环高精度程序控
制模块，具体包含注射速度控制单元、开模位置控制单元、熔胶转速控制单元、顶出位置控制单元、顶出力控制单元、用电量显示模块和注射计量模块。
[0009] 作为本发明的一种优选实施方式，所述射胶电子尺与注塑机注射机构连接，所述射胶电子尺前端连接有射胶电子尺拉板、后端设置有射胶电子尺电缆，所述射胶电子尺电缆与注塑机控制器连接，所述注塑机控制器与伺服动力源的驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，所述射胶电子尺、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，射胶电子尺实时采集注射速度，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有注射速度设定值。
[0010] 作为本发明的一种优选实施方式，所述合模电子尺与注塑机合模机构连接，所述合模电子尺前端连接有合模电子尺拉板、后端连接有合模电子尺电缆，所述合模电子尺电缆与注塑机控制器连接，所述注塑机控制器与伺服动力源的驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，所述合模电子尺、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，合模电子尺实时采集开模位置，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有开模位置设定值。
[0011] 作为本发明的一种优选实施方式，所述熔胶接近开关与注塑机熔胶机构连接，熔胶接近开关电缆与注塑机控制器连接，所述注塑机控制器与伺服动力源驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，所述熔胶接近开关、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，熔胶接近开关实时采集熔胶转速，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有熔胶转速设定值。
[0012] 作为本发明的一种优选实施方式，所述顶出电子尺与注塑机顶出机构连接，所述顶出电子尺后端连接有顶出电子尺电缆，所述顶出电子尺电缆与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，顶出电子尺、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组硬件构成，顶出电子尺实时采集顶出位置，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有顶出位置设定值。
[0013] 作为本发明的一种优选实施方式，所述伺服动力源驱动器实时检测顶出
电流值，并由伺服动力源驱动器通过通讯链传输至注塑机控制器，注塑机控制器内设定有顶出力设定值。
[0014] 作为本发明的一种优选实施方式，所述用电量显示模块包含实时功率采集单元、功率积分单元、通讯链、用电量计算单元及输出显示，实时功率采集单元采集功率，功率积分单元实现对用电量的积分运算，并把积分值通过通讯链传至注塑机控制器，注塑机控制器设有用电量。
[0015] 作为本发明的一种优选实施方式，所述注射计量模块内设有螺杆直径，各类塑胶的溶熔状态下的密度数据，并有螺杆行程累加器，通过公式来对注射量进行计算并将结果输出在显示屏上，方便用户成本统计。
[0016] 与
现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0017] 本发明通过数据链把注塑机控制器(主站)和伺服动力源控制器(从站) 相连接，传感器与注塑机相连接，并通过程序
算法实现对注塑机各动作的闭环控制，是一种直接控制，并且极大地提高了控制精度，提高了产品的
注塑成型质量，实现了高节能，降低了实际生产的经济成本，满足了现代工业自动化生产线智能化、无人化，且已走向高度自动化的柔性系统化。
附图说明
[0018] 图1为本发明所述全闭环高精度高节能注塑机控制系统控制方
框图；
[0019] 图2为本发明所述注射速度控制单元方框图；
[0020] 图3为本发明所述开模位置控制单元方框图；
[0021] 图4为本发明所述熔胶转速控制单元方框图；
[0022] 图5为本发明所述顶出位置控制单元方框图；
[0023] 图6为本发明所述顶出力控制单元方框图；
[0024] 图7为本发明所述实时功率采集单元原理图；
[0025] 图8为本发明所述射胶机构的结构图；
[0026] 图9为本发明所述合模机构的结构图；
[0027] 图10为本发明所述顶出机构的结构图；
[0028] 图11为本发明所述溶胶机构的结构图；
[0029] 图12为本发明所述熔胶接近开关的结构图；
[0030] 图13为本发明所述注射速度控制单元的算法原理及算法公式图；
[0031] 图14为本发明所述开模位置控制单元的算法原理图；
[0032] 图15为本发明所述熔胶转速控制单元的算法原理图；
[0033] 图16为本发明所述顶出位置控制单元的算法原理图；
[0034] 图17为本发明所述顶出力控制单元的算法原理图。
[0035] 图中:射胶电子尺
固定板1；射胶电子尺电缆2；射胶电子尺3；射胶电子尺拉板4；
喷嘴5；喷嘴
法兰6；熔胶筒7；熔胶螺杆组件8；射胶油缸后端盖及
密封件9；射胶油缸体10；射胶油缸
活塞及密封件11；射胶
活塞杆12；射胶前板13；射胶油缸前端盖及密封件14；熔胶传动部件15；射胶后板16；射胶活塞杆
螺母17；熔胶
液压马达18；射胶部件支座19；合模电子尺固定板 20；合模电子尺电缆21；合模电子尺22；合模电子尺拉板23；合模油缸24；调模装置25；
尾板26；机绞装置27；拉杆28；顶出油缸29；动板30；安全装置31；定板32；感应螺钉33；熔胶接近开关34；熔胶接近开关电缆35；熔胶接近开关安装板36；
传动轴37；推力
轴承38；深沟球轴承39；顶出电子尺固定板40；顶出电子尺电缆41；顶出电子尺42；顶出板43；顶出杆44；顶出导杆45；顶出油缸组件46。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 请参阅图1-17，本发明提供一种技术方案：一种全闭环高精度高节能注塑机控制系统，包括：射胶电子尺3、合模电子尺22、顶出电子尺42、熔胶接近开关34、注塑机控制器、伺服动力源驱动器及伺服动力源，射胶电子尺 3、合模电子尺22、顶出电子尺42、熔胶接近开关34均与注塑机连接，射胶电子尺3、合模电子尺22、顶出电子尺42、熔胶接近开关34的电缆与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源驱动器通讯链连接，伺服动力源包含伺服电机、油泵及压力传感器，伺服电机尾部装有旋转编码器，压力传感器及伺服电机旋转编码器的电缆与伺服动力源驱动器相连；射胶电子尺3、合模电子尺22、顶出电子尺42均可实时检测和返馈注塑机机构的位置、速度，熔胶接近开关34能实时检测和返馈熔胶螺杆转速，以上各单元构成全闭环高精度高节能注塑机控制系统硬件部分；全闭环高精度高节能注塑机控制系统包含以下程序模块：设有全闭环高精度程序
控制模块，具体包含注射速度控制单元、开模位置控制单元、熔胶转速控制单元、顶出位置控制单元、顶出力控制单元、用电量显示模块和注射计量模块。所述合模电子尺包括开模电子尺，开模电子尺包括开模位置设定值设、定在注塑机控制器，再把开模位置设定值传到伺服动力源驱动器上；再有，开模位置设定值与位置控制单元连接，再把指令传送到伺服动力源驱动器中的伺服动力源上，把实现数据反馈到注塑机控制器，再通过注塑机控制器把数据传到伺服动力源驱动器，由注塑机控制器根据反馈的实时情况进行运算，从而调整伺服动力源驱动器，所述开模位置设定值通过位置环与实时开模位置连接，把实时开模位置检测后反馈到开模位置设定值上，再传送到注塑机控制器上，注塑机控制器的开模位置位置与伺服动力源驱动器开模位置数据相互传送；再根据实时数据进行调整，从而无限接近设定值，实现开模位置高精度。
[0038] 进一步改进地，如图2和8所示：射胶电子尺3与注塑机注射机构连接，射胶电子尺3前端连接有射胶电子尺拉板4、后端设置有射胶电子尺电缆2，射胶电子尺电缆2与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源的驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，射胶电子尺3、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，射胶电子尺3实时采集注射速度，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有注射速度设定值。
[0039] 射胶电子尺：包括注射速度设定值、设定在注塑机控制器，再把注射速度设定值传到伺服动力源驱动器上；再有，注射速度设定值与速度控制单元连接，再把指令传送到伺服动力源驱动器中的伺服动力源上，把实现数据反馈到注塑机控制器，再通过注塑机控制器把数据传到伺服动力源驱动器，由注塑机控制器根据反馈的实时情况进行运算，从而调整伺服动力源驱动器，所述注射速度设定值通过速度环与实时注射速度连接，把实时注射速度检测后反馈到注射速度设定值上，再传送到注塑机控制器上，注塑机控制器的注射速度数据与伺服动力源驱动器注射速度数据相互传送，再根据实时数据进行调整，从而无限接近设定值，实现注射高精度。
[0040] 注射速度控制单元采用的算法原理如图13所示：
[0041] 其中，r(t)为注射速度设定值，e(t)为误差，u(t)为PID控制器的微分方程，e(t)＝r(t)-y(t)，y(t)为实际值。
[0042] 进一步改进地，如图3所示：合模电子尺22与注塑机合模机构连接，合模电子尺22前端连接有合模电子尺拉板23、后端连接有合模电子尺电缆21，合模电子尺电缆21与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源的驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，合模电子尺22、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，合模电子尺22实时采集开模位置，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有开模位置设定值。
[0043] 开模位置控制单元采用的算法原理如图14所示：
[0044] 其中，r(t)为开模位置设定值，e(t)为误差，u(t)为PID控制器的微分方程，e(t)＝r(t)-y(t)，y(t)为实际值。
[0045] 进一步改进地，如图11和12所示：熔胶接近开关34与注塑机熔胶机构连接，熔胶接近开关电缆35与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，熔胶接近开关34、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组成硬件构成，熔胶接近开关
34实时采集熔胶转速，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有熔胶转速设定值。
[0046] 熔胶转速开关：包括熔胶转速设定值、设定在注塑机控制器，再把熔胶转速设定值传到伺服动力源驱动器上；再有，熔胶转速设定值与转速控制单元连接，再把指令传送到伺服动力源驱动器中的伺服动力源上，把实现数据反馈到注塑机控制器，再通过注塑机控制器把数据传到伺服动力源驱动器，由注塑机控制器根据反馈的实时情况进行运算，从而调整伺服动力源驱动器，所述熔胶转速设定值通过速度环与实时熔胶转速连接，把实时熔胶转速检测后反馈到熔胶转速设定值上，再传送到注塑机控制器上，注塑机控制器的熔胶转速数据与伺服动力源驱动器熔胶转速数据相互传送；再根据实时数据进行调整，从而无限接近设定值，实现熔胶转速高精度。
[0047] 熔胶转速控制单元采用的算法原理如图15所示：
[0048] 其中r(t)为熔胶转速设定值，e(t)为误差，u(t)为PID控制器的微分方程，e(t)＝r(t)-y(t)，y(t)为实际值。
[0049] 进一步改进地，如图5和10所示：顶出电子尺42与注塑机顶出机构连接，顶出电子尺42后端连接有顶出电子尺42电缆，顶出电子尺42电缆与注塑机控制器连接，注塑机控制器与伺服动力源驱动器通讯链连接，伺服动力源的压力传感器及伺服电机旋转编码器电缆与伺服动力源驱动器连接，顶出电子尺42、注塑机控制器、通讯链、伺服动力源驱动器及伺服动力源组硬件构成，顶出电子尺42实时采集顶出位置，并由注塑机控制器通过通讯链传输至伺服动力源驱动器，注塑机控制器内设定有顶出位置设定值。
[0050] 顶出电子尺：包括顶出位置设定值设定在注塑机控制器，再把顶出位置设定值传到伺服动力源驱动器上；再有，顶出位置设定值与位置控制单元连接，再把指令传送到伺服动力源驱动器中的伺服动力源上，把实现数据反馈到注塑机控制器，再通过注塑机控制器把数据传到伺服动力源驱动器，由注塑机控制器根据反馈的实时情况进行运算，从而调整伺服动力源驱动器，所述顶出位置设定值通过位置环与实时熔胶转速连接，把实时顶出位置检测后反馈到顶出位置设定值上，再传送到注塑机控制器上，注塑机控制器的顶出位置数据与伺服动力源驱动器顶出位置数据相互传送；再根据实时数据进行调整，从而无限接近设定值，实现顶出位置高精度。
[0051] 顶出位置控制单元采用的算法原理如图16所示：
[0052] 其中，r(t)为顶出位置设定值，e(t)为误差，u(t)为PID控制器的微分方程，e(t)＝r(t)-y(t)，y(t)为实际值。
[0053] 进一步改进地，如图6所示：伺服动力源驱动器实时检测顶出电流值，并由伺服动力源驱动器通过通讯链传输至注塑机控制器，注塑机控制器内设定有顶出力设定值。
[0054] 顶出电子尺：还包括顶出力设定值、设定在注塑机控制器，再把顶出力设定值传到伺服动力源驱动器上；再有，顶出力设定值与伺服电机电流控制单元连接，再把指令传送到伺服动力源驱动器中的伺服动力源上，把实现数据反馈到注塑机控制器，再通过注塑机控制器把数据传到伺服动力源驱动器，由注塑机控制器根据反馈的实时情况进行运算，从而调整伺服动力源驱动器，所述顶出力设定值通过电流环与实时电机电流连接，把实时顶出力检测后反馈到顶出力设定值上，再传送到注塑机控制器上，注塑机控制器的顶出力数据与伺服动力源驱动器顶出力数据相互传送；再根据实时数据进行调整，从而无限接近设定值；根据产品大小、厚度等情况实现顶出力高精度。
[0055] 顶出力控制单元采用的算法原理如图17所示：
[0056] 其中，r(t)为顶出力设定值，e(t)为误差，u(t)为PID控制器的微分方程，其中，e(t)＝r(t)-y(t)，y(t)为实际值。
[0057] 其中，y(t)可根据公式折算成力矩：
[0058] F＝B×I×L
[0059] 式中F为输出力矩，B为复合
磁场，I为绕组电流，L为
转子长度。
[0060] 进一步改进地，如图7所示：用电量显示模块包含实时功率采集单元、功率积分单元、通讯链、用电量计算单元及输出显示，实时功率采集单元采集功率，功率积分单元实现对用电量的积分运算，并把积分值通过通讯链传至注塑机控制器，注塑机控制器设有用电量。
[0061] 通过实现功率采集单元，功率积分单元通过通讯链把数据传送到注塑机控制器上，通过注塑机控制器上的用电量计算单元进行用电量计算，计算出用电量时通过输出显示，显示在注塑机控制器上，可以实现节能效果。
[0062] 电量计算单元按以下公式进行计算用电量：
[0063]
[0064] 其中，P1为周期功率(即每模耗电量)，t1为周期起始时间点，t2为周期结束时间点，T为周期时长，T＝t2-t1
[0065]
[0066] 其中，P2是有用功率，w为功，t1为合模起始时间点，t2为合模结束时间点，t1”为注射起始时间点，t2”为注射结束时间点，如此所有动作功率累加。
[0067]
[0068] 其中，P3为无用功，t1为无动作起始时间点，t2为无动作结时间点，w 为功。
[0069]
[0070] 其中，P4为每小时功率，w为功。
[0071] 并将计算结果输出在显示屏上，方便用户成本统计。
[0072] 具体地，注射计量模块内设有螺杆直径，各类塑胶的溶熔状态下的密度数据，并有螺杆行程累加器，按以下公式进行计量计算。
[0073] G1＝3.14xD2xLxρ
[0074] 式中，G1为有效用料量，D为螺杆直径，L为注塑机半自动或全自动状态时螺杆的累加行程，ρ为塑胶的溶熔状态下的密度
[0075] G2＝G1+3.14xD2xLxρ
[0076] 式中，G2为总用料量，G1为有效用料量，D为螺杆直径，L为注塑机手动状态时螺杆的累加行程，ρ为塑胶的溶熔状态下的密度
[0077] G3＝G1/N
[0078] 式中，G3为每模用料量，G1为有效用料量，N为成型的模数。
[0079] G4＝NxG3
[0080] 式中，G4为预计用料量，G3为每模用料量，N为欲生产的总模数。
[0081] 并将计算结果输出在显示屏上，方便用户成本统计。
[0082] 最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
