TWM550216U

TWM550216U - 射出機用之控制系統及其控制卡

Info

Publication number: TWM550216U
Application number: TW106208894U
Authority: TW
Inventors: Maw-Song Guo; Chin-Wen Lin; Xu Chen
Original assignee: Spectrum Control Systems; Techmation Co Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2017-10-11

Description

射出機用之控制系統及其控制卡

本創作係關於一種射出成型設備，尤指一種能實現高速及精密射出成型的控制系統及其控制卡。

一般射出成型設備係俗稱射出機或注塑機，其為一種塑膠成型設備，乃利用成型模具將熱塑性或熱固性的塑膠製作成各種形狀的塑膠製品。現有射出成型設備上設有控制系統，以自動化操控該射出成型設備的工作，其中，整個塑膠原料之溫度及密度的變化過程是否嚴格控管，會影響產品的尺寸穩定度與翹曲變形。

如第1圖所示，習知射出成型設備1除了有一射出機台10外，還包含其它輔助機台11，例如，取出機、冷水機、模溫機、熱澆道機、乾燥機、包裝機、整列機、除濕機等，故該射出成型設備1需配置有控制系統，以監測射出機台10及其它輔助機台11的工作狀態，並當該射出成型設備1的工作狀態不符合預設參數標準時，該控制系統會對該射出成型設備1進行調整，故控制系統可視為該射出成型設備1的核心協調系統，以協調並控制該射出成型設備1精確地完成射出作業。

另一方面，該控制系統於處理塑料的熔解與進行射出成形之製程時，會將全部的控制流程經由單一控制器內的單一中央處理單元(CPU)處理，且該中央處理單元也要將各個料管之熱電耦傳來的信號轉成溫度讀值，以控制加熱系統，並將射出、開關模與頂針的電位尺信號轉成位置數位信號，以比對每一個動作的位置切換與壓力、速度的改變，故該中央處理單元之處理與控制的項目繁多，致使其處理速度緩慢，而不易提升精確性。

隨著技術的發展，對射出成型的產品的精密度及射出成形速度要求越來越高，在進行如微小的樹脂鏡片、手機外殼的部件、大型液晶螢幕的保護殼等輕薄短小物件的射出成形時，其控制的精密程度之要求遠高於一般家庭用品，故對於整體控制系統的反應速度與反應精度的要求更多。

然而，目前射出機之最好的控制系統，其中央處理單元之處理與控制的項目繁多，包含螺桿旋轉(熔解原料)、射出、射出後的保壓、鬆退動作、開關模與加緊模具、產品頂出(以上資料均有各段的壓力、速度、切換位置、動作時間等數據)、溫度監控指加熱、中子動作、人機介面(HMI)的顯示與成型參數的記憶、每一模產生數據的紀錄、警報紀錄、參數修改紀錄等大量數據，且軟體設計採週期性運轉，故該控制系統完成一個循環週期大約1至2毫秒，甚至更久，導致各項控制的週期反應時間較慢，因而難以符合現今對高速射出製程的需求。

再者，該控制系統之位置尺係採用0~10V的傳輸讀值，因而容易受到干擾，致使讀值與顯示精度僅為0.1mm，導致難以提升控制精度，進而難以符合現今對高精密射出製程的需求。

又，液壓動力的迴路，係大部分由比例壓力閥與比例流量閥一同驅動(或油泵伺服馬達驅動)，以控制油缸進油的增減，但對於快速動作的機器，因缺乏快速減速及停止的剎車功能，故必須利用快速的比例式方向閥或伺服閥，以獲得精確控制的功能。

因此，如何解決上述習知技術的種種問題，實為目前業界亟待解決的課題。

為解決上述習知技術之種種問題，本創作係提供一種射出機用之控制卡，係包括：第一閉環控制迴路，係用以對該射出機進行射出控制；第二閉環控制迴路，係用以對該射出機進行開關模控制或轉盤控制；以及記憶體，以供該射出機之控制器利用數位通訊之方式將關於閉環控制的數據傳輸至該記憶體中。

本創作亦提供一種射出機之控制系統，係包括：控制器；以及前述之控制卡，係以數位通訊之方式傳輸連接該控制器。

前述之控制系統及其控制卡中，該控制卡係利用比例積分微分控制方式進行電路佈設。

前述之控制系統及其控制卡中，該數位通訊係為控制器區域網路或乙太網控制自動化技術。

前述之控制系統及其控制卡中，該控制卡係具有壓力信號接收器，以信號連接該射出機之壓力感測器。

前述之控制系統及其控制卡中，該控制卡係具有用以連接位置尺之暫存器。

前述之控制系統及其控制卡中，該控制卡係具有數位訊號處理器，以產生振動信號。

前述之控制系統及其控制卡中，該控制卡係具有回轉發波器，以回饋目前該射出機之轉盤所在位置。

由上可知，本創作之控制系統及其控制卡，主要藉由將習知控制器中關於監控與射出品質相關的各個動作之功能額外設計成一高速精密閉環控制卡，以定義一個高速運轉的獨立中央處理單元(CPU)，且能減少該控制器之處理量以增快其處理速度，故相較於習知技術之控制系統，本創作之控制系統中，該控制卡能與該控制器同步處理所有射出機之控制資料，藉以獲得高速及精密之射出成形作業流程。

1‧‧‧射出成型設備

10‧‧‧射出機台

11‧‧‧輔助機台

2‧‧‧控制卡

2a‧‧‧第一閉環控制迴路

2b‧‧‧第二閉環控制迴路

20‧‧‧記憶體

21‧‧‧壓力信號接收器

22‧‧‧暫存器

23‧‧‧數位訊號處理

24‧‧‧回轉發波器

25a,25b‧‧‧比例閥

3a‧‧‧數位輸入

3b‧‧‧數位輸出

4a‧‧‧射出位置尺

4b‧‧‧開關模位置尺

5‧‧‧機台

6‧‧‧壓力感測器

7‧‧‧轉盤位置檢測器

8‧‧‧控制系統

9‧‧‧控制器

A,B‧‧‧指令

D‧‧‧數據

第1圖係為習知射出成形機之控制系統之示意圖；第2圖係為本創作之控制卡之實施例之配置示意圖；以及第3圖係為本創作之控制系統之實施例之配置示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之其它優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本創作可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本創作所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本創作所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本創作可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本創作可實施之範疇。

第2及3圖係為本創作之射出機用之控制系統及其控制卡之實施例之配置示意圖。

如第2及3圖所示，該射出機之控制系統8係包括一控制器9與至少一控制卡2，且所述之控制卡2係利用比例積分微分(proportional-integral-derivative，簡稱PID)控制方式進行電路佈設，其包括：用以進行機台5之射出控制的第一閉環控制迴路2a、以及用以進行機台5之開關模控制的第二閉環控制迴路2h，其中，該機台5係定義為該射出機之射出機台及其輔助機台，例如，取出機、冷水機、模溫機、熱澆道機、乾燥機、包裝機、整列機、除濕機等。

於本實施例中，該控制卡2係配置有一記憶體20，以供該控制器9利用數位通訊之方式，例如，控制器區域網路(Controller Area Network，簡稱CAN)或乙太網控制自動化技術(Ether Control Automation Technology，簡稱Ether CAT)，將操作者所設定的關於閉環控制的數據D傳輸至該記憶體20中，其中，該數據D係包括射出相關的設定及開關模相關的設定。

所述之射出相關的設定係可包含：每一段射出的速度要求、每一段射出的切換位置、每一段射出的壓力限制、該射出機之射出最大速度、第一斜率(Ramp)PID、每一段保壓的壓力、每一段保壓的時間、每一段保壓的形式、第二斜率PID、每一段儲料背壓的壓力、每一段儲料背壓的切換位置、第三斜率PID、儲料完後鬆退的速度、鬆退完的位置、第四斜率PID、其它與射出相關的配合動作位置(例如，利用該控制卡2之數位輸入3a與數位輸出3b作動)。

所述之開關模相關的設定係包含：開關模相關的設定(每一段開關模的限制壓力、每一段開關模的速度、每一段開關模的切換位置)、第五斜率PID、低壓保護段的通過必須時間、其它與開關模相關的配合動作。

再者，該控制卡2亦配置有一壓力信號接收器21、一連接射出位置尺4a及開關模位置尺4b之暫存器22、以及至少一數位訊號處理23。

所述之壓力信號接收器21係信號連接該射出機之各種壓力感測器6，例如，射出油缸的壓力感測器、關模油缸的壓力感測器、或者如模穴壓力感測器之其它壓力感測器。

所述之射出及開關模位置尺4a,4b係符合SSI標準並採用數位傳輸型位置尺，其讀值精度0.01mm及資料更新速率15KHz，且為目前精度最高、反應速率最快速的電位尺，以隨時傳輸並更新該暫存器22中的資料，一方面使該控制卡2的中央處理單元快速且準確的運作，而另一方面也經由數位通訊的方式按時將最新的射出與開關模信號傳至該射出機之控制器9，以令該控制器9進行其它控制(例如，不必精確動作的控制作業、或不受該控制卡2所控制的控制作業)。

所述之數位訊號處理器23係將振動(Dither)信號導入該射出機之油壓驅動的控制中，使高速比例式方向閥的心軸維持在振動的狀態以產生油膜，而心軸隨時處於動摩擦狀態，致使微小之控制信號也可令該射出機之比例閥25a,25b快速且準確到達所要位置。

又，該射出機係可內建有驅動該射出控制比例閥25a與開關模控制比例閥25b之放大板，但對於使用有一階或兩階線性可變差動變壓器(linear variable differential transformer，簡稱LVDT)之位置回饋而未內建驅動放大板的比例閥之系統而言，可在輸出位置***所需之比例閥放大板，以獲得比例閥的驅動功能，例如，藉由電源供應器，使控制卡2之印刷電路板與一般比例閥放大板能以DC24V的電源通電。具體地，如第3圖所示，該比例閥放大板傳出兩種指令A,B至機台5，其中一指令A為LVDT位置回饋，而另一指令B為LVDT位置回饋與比例閥開度控制。

另外，若該控制卡2的一個比例閥控制迴路選作雙色機的轉盤旋轉控制時，需對應轉盤(如轉盤位置檢測器7)或齒輪配置一回轉發波器24，以回饋目前轉盤所在位置，將資料存於該暫存器22中，以便進行準確減速及停止之功能。具體地，若射出機為雙色機，則包含至少兩個閉環控制卡2，其中一閉環控制卡2進行其中一台射出座的射出控制及開關模控制，而另一閉環控制卡2則進行另一台射出座的射出控制及模座轉盤的控制。

因此，本創作之控制系統8係為在一般射出機之控制器9加入至少一塊高速精密閉環控制卡2，以定義一個高速運轉的獨立中央處理單元(CPU)，其專門閉環監控與射出品質相關的各個動作於一定時間內，無時無刻地運轉與處理所設定之動作速度、壓力、位置、時間等條件，並且其循環週期越快速，大約每毫秒(ms)至少15個循環週期，致使所能達到的變異值相對減小，同時也對檢測的參數(如位置、壓力等信號)減少干擾，或在其零組件上高階數位化並迅速提供至該暫存器22上(顯示與控制位置的精度達0.01mm)，使中央處理單元能直接數位比對處理，令每段切換的變異性達到最小，且作動時壓力與速度的穩定性與重複性達到最高。

再者，本創作之高速精密閉環控制卡2的硬體設計係考量產業運用上的需求、軟體應用功能的開發、更多功能選擇性、及適用於各種機器應用上的需求，每一片控制卡2可安裝兩個高速比例式方向閥、液壓伺服比例閥或液壓伺服閥，進行兩個部位的高速閉環控制，亦即第一閉環控制迴路2a與第二閉環控制迴路2b。

綜上所述，本創作之控制系統及其控制卡係具備以下優點：

一、將射出控制及開關模控制從射出機之控制系統8中獨立設於該控制卡2，且該控制卡2上獨立的中央處理單元(CPU)所要負擔的運算量較習知控制器少，其射出的控制週期可減少(習知控制器為1~2毫秒/次，該控制卡2為0.05~0.06毫秒/次)，且控制位置的誤差降低(習知控制器為0.1mm，該控制卡2為0.01mm)，故採用本創作之控制系統8之射出機所製成之射出成型產品的重量穩定度能大幅提升(習知射出機之產品重量誤差為0.3%~0.5%，採用本創作之控制系統8的射出機之產品重量誤差為0.01%以下)。

二、藉由該控制卡2之獨立中央處理單元(CPU)進行高速閉環控制射出時，能確保每一段速度相同及穩定，且高速轉低速經由油壓剎車功能確實能達到減速的高重複性與精確的切換及停止位置，並使射出控制閥更能用以閉環控制保壓壓力、儲料多段且穩定的背壓、以及拉縮退動作等。

三、將射出閉環控制迴路(第一閉環控制迴路2a)與開關模閉環控制迴路(第二閉環控制迴路2b)設於同一閉環控制卡2上，能縮短反應時間，以確保射出達到設定位置時，能馬上執行關模動作。

四、使用高速比例方向閥(即比例閥25a,25b)，以當射出速度需從100mm/sec增快至600mm/sec，甚至於更高速時，藉由油壓剎車功能進行高速轉低速作業，能確實達到減速的高重複性，而保障產品穩定性。

五、因提昇高速射出的精密度，故可進行產品表面加入油漆的再壓縮、交通器材內裝件皮革面、或植毛布面的模內貼等射出壓縮成型作業。

六、即使模內貼作業之開關模的速度加快，也能精確定位。

七、雙色機使用兩片閉環控制卡2，控制雙色高速精密射出過程，不僅轉盤動作圓滑順暢，且能精確定位轉盤，還能準確定位開關模。

八、於射出作業後，拉開模具進行發泡，能精確控制拉開的位置，以達到產品的一致性。

九、氣體輔助射出成型的開始點若利用該控制卡2進行輸出控制，其成品的良率大幅提升(習知射出機之成品良率為70%，採用本創作之控制系統8的射出機之產品良率為98%以上)。

十、利用該控制卡2的輸出點控制順序閥澆注口的開啟，能大幅提升每一個產品的穩定性。

上述實施例係用以例示性說明本創作之原理及其功效，而非用於限制本創作。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。