控制设备以及具有控制设备的调温设备的制作方法

本实用新型涉及一种用于控制成型机的模具的至少一个调温回路的至少一个控制参量的控制设备，以及涉及一种具有这样的控制设备的调温设备。

背景技术：

所述至少一个调温回路具有前流，经由所述前流将调温介质以特定的前流温度和特定的流量输送给待调温的模具。经由回流将调温介质引导远离模具。调温回路通过前流、在模具中的路程和回流形成并且可构成为断开或闭合地。调温回路附加地还包含至少一个阀和用于设定和监控调温回路中的调温介质流的传感器。在模具中，调温介质的温度根据模具温度变为回流温度。在前流温度和模具温度之间的温度差可以是正的或负的。温度差的绝对值随着体积流的增加而减小。

从DE4305772A1中得知同类型的控制设备。在该文献中描述：在前流温度和回流温度之间的温度差或者回流温度可用作控制参量。调温介质的流量用作调整参量。

在这种控制设备中成问题的是下述事实：根据调温介质的目前给定的流量，小的流量改变可能引起在温度差方面的极强或极弱的改变。换言之，控制特性(控制品质)(亦即控制参量在理论值改变或受干扰时的起振特性)与当前存在的工作点相关。如果存在下述工作点：在所述工作点处，小的流量改变引起在温度差方面的微弱改变，那么控制设备显示缓慢的起振特性。如果存在下述工作点：在所述工作点处，小的流量改变引起在温度差方面的剧烈改变，那么控制设备显示快速的起振特性或者可能变得不稳定。这使得对所述至少一个控制参量(在此为回流温度或在前流温度和回流温度之间的温度差)的稳定控制变得困难。

在至今的成型机中，只要夹紧新的模具或者与模具有关地执行其它改变或者发生理论值改变或工作点改变，通常都需要将控制设备重新参数化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种这种类型的控制设备，在该控制设备中，对于不同的工作点和/或不同的模具可以实现均匀且稳定的控制特性，并且提供一种具有这样的控制设备的调温设备。

所述目的通过具有如下特征的控制设备实现，该控制设备用于针对成型机的模具的至少一个调温回路的不同工作点来控制所述至少一个调温回路的至少一个控制参量，其中，所述至少一个调温回路具有调整机构和在所述调整机构的调整参量和至少一个测量值之间的关系，其中，根据所述调整机构的不同的调整参量获得所述至少一个调温回路的不同的工作点，所述控制设备具有：理论值输入端，所述理论值输入端用于输入所述至少一个控制参量的理论值；实际值输入端，所述实际值输入端用于输入所述至少一个控制参量的基于所述至少一个测量值确定的、尤其计算出的实际值；计算单元，所述计算单元用于根据所述实际值与理论值的偏差计算所述调整参量，使得所述实际值跟踪所述理论值；控制输出端，所述控制输出端用于输出所述调整参量，所述调整参量用于所述至少一个调温回路的所述调整机构，该控制设备的特征在于，所述计算单元构成用于，根据现有的工作点或者以匹配于现有的工作点的方式计算所述调整参量。

所述目的还通过具有如下特征的控制设备实现，该控制设备用于在成型工艺期间控制夹紧在成型机中的模具的至少一个调温回路的至少一个控制参量，所述控制设备具有：理论值输入端，所述理论值输入端用于输入所述至少一个控制参量的理论值；实际值输入端，所述实际值输入端用于输入所述至少一个控制参量的基于所述至少一个测量值确定的、尤其计算出的实际值；计算单元，所述计算单元用于根据所述实际值与理论值的偏差来计算所述调整参量，使得所述实际值跟踪所述理论值；控制输出端，所述控制输出端用于输出所述调整参量，所述调整参量用于所述至少一个调温回路的所述调整机构，该控制设备的特征在于，所述计算单元构成用于，利用用于控制成型工艺的控制参数来执行所述调整参量的计算，并且所述计算单元根据所述调温回路的确定的调温参数在考虑在所存储的标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异的情况下换算所计算出的调整参量。

最后，所述目的通过一种具有这样的控制设备的调温设备来实现。

因为规定了计算单元构成用于根据现有的工作点或者以匹配于现有的工作点的方式来计算调整参量，所以控制特性与当前存在的工作点不相关。控制设备即使对于不同的工作点也显示出基本上相同的控制特性。

这能够实现为：计算单元构成用于利用存储在控制设备中的在调整参量和控制参量或测量值之间的转换规则来计算调整参量，其中，所述转换规则与所述至少一个调温回路的通过调整机构的不同调整参量获得的各工作点无关地再现所述关系。该关系必须至少以这样的程度已知：转换规则是可创建的。所述关系的确定能够基于物理理论分析、借助于计算机模拟或以经验通过测量(或者以任意的组合)进行。

优选规定，所述转换规则产生以至少分段的n阶多项式的形式的在调整参量和控制参量或测量值之间的数学关系，其中，n大于等于1。

优选规定，所述转换规则作为计算规则或表格存储在所述控制设备中。

替选地能够进行为，使得计算单元以匹配于现有的工作点的方式借助于匹配于现有的工作点的参数化来计算调整参量。

优选规定，在所述控制设备中为不同的工作点分别配设有一个参数组，所述不同的工作点优选分别通过温度差和流量确定。

因为附加地或替选地规定：计算单元构成用于，利用用于控制成型工艺(注塑机工艺)的控制参数来执行调整参量的计算，并且根据调温回路的确定的调温参数在考虑在所存储的标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异的情况下换算所计算出的调整参量，所以可以在工艺条件改变的情况下或者在夹紧新的模具的情况下省去重新参数化。

为此可以优选规定，调温参数是能量参数或从中推导出的功率参数，所述调温参数优选是调温功率、热传导系数或者是在前流温度和模具温度之间的温度差。所述调温参数能够在工艺期间基于调整参量和测量参量来确定。

根据一个优选的实施例可以规定，在标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异基于在夹紧在成型机中的模具和以标准工艺为基础的虚拟的模具之间的结构差异，或者基于在标准工艺和不同于标准工艺的工艺之间的成型工艺技术方面的差异。结构差异例如可以是模具的尺寸、模具的空腔形成、调温回路的几何形状或者软管布线。成型工艺技术方面的差异例如是模具温度的改变、前流温度的改变、所需要的热能的改变、循环时间改变等。

优选规定，所述控制参量是前流温度、回流温度、温度差或穿流流量。

优选规定，借助于调整机构能够设定穿过所述至少一个调温回路的作为调整参量的流量。

附图说明

借助附图探讨本实用新型的实施例。

图1示出温度差的与在不同的模具温度下的体积流相关的简化模型，

图2示出具有非线性特性的归一化的特征曲线，其中，

图3示出以级联控制的形式的控制器结构，

图4示出线性化，

图5示意性地示出在图3中仅作为块示出的根据本实用新型的控制设备的计算单元。

具体实施方式

通常，对所述至少一个调温回路的控制可借助于控制参量进行。控制参量例如可以是在前流温度和回流温度之间的温度差、调温介质的穿流流量、排出的热功率或热能。

下面，示例性地描述借助于温度差进行的控制。

应控制在前流和回流温度T_前流、T_回流之间的温度差deltaT：

delta T＝T_前流-T_回流

根据前流温度T_前流和模具温度能够产生正的或负的温度差deltaT。温度差deltaT的绝对值相应随着流量V_soll的增加而减小(参见图1)。

如果考虑调温回路的静态特性，那么从模具到调温介质中的热流根据热传导系数α、有效面积A、壁温度T_W和介质温度T_∞来获得。

通过调温介质传输的热流相应于：

其中，

其中，质量流、热容量c_p、在前流温度T_前流和回流温度T_回流之间的温度差deltaT、密度ρ和流量(体积流)。

从中对于温度差获得：

假设热传导系数α恒定，则获得简化的关系式：

因此，温度差deltaT与调温回路的特性或模具的特性c_W、在模具和介质之间的温度差以及流量相关。

图1示出温度差的与在不同的模具温度下的体积流相关的简化模型。

如果总结对模具和调温介质的所有影响，则简化地获得所产生的与热流成比例的参量的特性

图2示出具有非线性特性的归一化的特征曲线，其中，

如果考虑调温回路的动态特性，那么流量的改变由于通过线路产生的延迟而略微延迟地对温度差产生影响。这显示了起振特性。此外，热传导特性在流量改变时相应于壁温度基于在模具中的热传导而发生改变。

下面详细阐述基于本实用新型的设计方案。

如上所述，在调整机构的调整参量(例如穿过阀的体积流)和传感器的测量值或调温回路的从中推导出的参量(例如温度差deltaT)之间的物理关系示出不同的工作点的高度非线性的特性。此外，系统特性与通常未知的参量如模具温度、热传导特性以及介质温度和介质线路高度相关。

为了避免对于每个工作点必须重新设定控制设备，本实用新型提出，计算单元构成用于根据现有的工作点或者以匹配于现有的工作点的方式计算调整参量。

是否以冷却或加热的形式进行调温当然取决于前流温度是否低于或高于模具温度。对于控制而言，仅温度差的绝对值是重要的。

deltaT控制的扫描时间可明显高于流量控制的扫描时间，以便从一个扫描步骤至下一扫描步骤已经发生流量改变。

控制参量的所确定的实际值deltaT_ist能够构成为在周期或相应长的时间内的平均值，这是因为在成型工艺期间(例如在构成为注塑机的成型机的注射循环时)的短期动态偏差总归不能被补偿。

在图3中的控制器结构是级联控制。流量控制(计算单元7)代表内部的控制循环的控制器。传送给调整机构10(例如阀)的内部控制循环的(直接的)调整参量S用于设定所考虑的调温回路9(也可称为系统)中的流量实际值V_ist。温度差控制以叠加的方式作用，所述温度差控制借助于计算单元8提供用于所述至少一个控制参量(在此为温度差)的调整参量V_soll，所述调整参量用作内部控制循环的理论值，从而最终，由计算单元8输出的值(V_soll)形成用于调整机构10的(间接的)调整参量。这在图3中示出。

deltaT控制器基于具有例如构成为PID控制器的标准控制器的计算单元8，其具有下面描述的扩展。

原则上要实现的是，计算单元8根据现有的工作点利用存储在控制设备中的在调整参量V_soll和控制参量或测量值之间的转换规则来计算调整参量V_soll，其中，转换规则根据所述至少一个调温回路的通过调整机构10的不同的调整参量V_soll获得的各工作点再现物理上的或经验上的关系。

下面阐述基于转换规则的控制，其中，转换规则以至少分段的n阶多项式的形式、具体而言以线性的多项式(n＝1)的形式示出在调整参量V_soll和控制参量或测量值之间的数学关系。

因此，将高度非线性的特性在限定的区域中线性化，以便为控制获得在工作点的更大范围内的均匀特性。

其基于简化模型：

具有标称值：

借助所述线性化，在最小至最大的温度差的范围内，非线性的特性被直线代替并且在边缘处相应地外插(参见图4)。借助该转换规则，在控制器的输入端处换算温度差的理论值和实际值。

基于所述转换规则，在第一步骤中，基于标称的热流计算即的反函数。

在第二步骤中，借助两个温度值和相关的流量确定线性函数的参数。在限定的温度处，值通过函数保持不变。

在所讨论的实施例中附加地提出，计算单元构成用于利用用于控制成型工艺的控制参数来执行调整参量的计算，并且所述计算单元在考虑在所存储的标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异的情况下根据调温回路的确定的调温参数换算所计算出的调整参量。

由此实现自适应的控制增益。例如，根据介质与模具的温度差以及在模具中的热传导特性来移动特征曲线(deltaT vs.V_dot)，参见图1。为控制补偿在不同应用中的调温参数的所述相关性(曲线的位移)。

下面，作为在所存储的标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异具体地考虑热流。通过所测量到的温度差和当前的体积流能够推断出当前的热流。

通过将确定的热流与标称的热流进行比较，能够根据下式确定修正因数r自适应增益。理论值和实际值与所述修正因数相乘。

通过相乘将实际的系统特性转化或换算为标称的系统特性。控制设备因此始终力求实现标称系统的增益(所存储的标准工艺)。

该措施的有益之处在于，在更换模具时或者在由操作者改变成型工艺技术方面的特性时不必耗费地实施控制器参数化。更确切地说，控制设备自动地考虑在所存储的(标称的)标准工艺和不同于标准工艺的实际实施的成型工艺之间的差异。

图5示意性地示出在图3中仅作为块示出的根据本实用新型的控制设备的计算单元，以及开头提到的控制设备的措施。所述计算单元8包括用于适应在所存储的标准工艺和不同于标准工艺的成型工艺之间的差异的模块1、用于根据现有的工作点一起计算调整参量的模块2和作为模块3的标准控制器。

经由所示出的实际值输入端5将温度差deltaT_ist输送给计算单元8。所述温度差从所测量到的前流温度和所测量到的回流温度中计算出。经由所示出的理论值输入端4将温度差的所期望的理论值输送给计算单元8。所述理论值能够由操作员经由操作设备确定。由计算单元8实现经由控制输出端6输出所述至少一个调温回路9的用于调整机构10的调整参量V_soll。调整机构10在具体情况中是用于调温回路9的流量控制器7的阀。

在现有技术中使用固定参数化。也就是说，控制设备(标准控制器)借助唯一的参数组运行。所述参数组必须选择用于最不利的应用情况(高的系统增益和低的动态)。因此，对于常用的应用达到非常慢且迟缓的控制特性。

在此提出本实用新型的第二实施方案，根据所述第二实施方案，计算单元构成用于以匹配于现有的工作点的方式计算调整参量，优选通过下述方式：计算单元以匹配于现有的工作点的方式借助于匹配于现有的工作点的参数化来计算调整参量。

对于不同的工作点或成型工艺的工艺条件存储多个参数组。以缺省的方式选择鲁棒的数据组。在需要时，操作者能够基于特定的系统特性从预先定义的数据组中选择。但是在此，操作员需要在改变工作点或工艺条件时进行干预。但是优选提出，数据组的选择在没有操作员进行干预的情况下基于预先或在操作进行期间确定的参数、调整参量或测量参量进行。

需要的数据组能够在开始实际控制之前通过相应的试验来确定或者替选地基于数学关系确定。

上面表格中的每个条目代表特定的工作点，所述工作点通过温度差deltaT_i和流量V_j确定。每个工作点都配设有数据组K_ij。当然，该配设不必以表格的形式存在，而是可以通过任意其它数学配设给定。每个参数组K_ij能够以n元组(n大于/等于1)的形式存在。

根据存在哪个工作点，在此例如作为PID控制器存在的控制设备能够以相关的参数组进行参数化。显然也可行的是，在存在未存储在表格中的工作点的情况下，根据最近的工作点内插得出控制参数。通常，工作点是在操作期间改变，然后在操作期间将所选择的控制参数改变为或匹配于基于改变的情况下获得的控制参数。

附图标记列表：

1 用于适应差异的模块

2 用于一起计算调整参量的模块

3 以标准控制器形式的模块

4 理论值输入端

5 实际值输入端

6 控制输出端

7 计算单元(流量控制器)

8 计算单元

9 调温回路

10 调整机构

S 计算单元7的调整参量

V_soll 计算单元8的调整参量(对应于计算单元7的流量理论值)

V_ist 流量实际值(＝V_dot)

deltaT_soll 理论值

deltaT_ist 实际值

K 参数组