专利名称：全电动注塑机伺服电机控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及电动注塑机领域，特别涉及一种全电动注塑机的伺服电机的控制系统 及控制方法。
背景技术：
塑胶注射成型机是将热塑性塑胶或热固性塑料制成各种塑料制件的主要成型设 备。一台通用型塑胶注射成型机(下简称注塑机)其工作过程如下粒状或粉状塑胶从注 塑机的料斗被送进已加热了的具有一定温度的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，由螺 杆推动而通过料筒前端的喷嘴，并注入温度较低的闭合塑模中，塑料熔料在受压的情况下， 经过冷却固化后即成为塑胶制品。虽然现有的液压注塑机驱动装置能产生较大的作用力驱动机械结构工作，实现平 稳的传动，但也存在很多不足，例如，能耗高、噪声大、污染严重、生产效率低等。这些因素的 存在使得全电动注塑机呼之欲出。在能源日益匮乏、生态环境日益恶化的今天，环保式“绿 色”全电动注塑机控制系统及控制方法的研发已经越来越紧迫和重要，而其中对伺服电机 的控制使用显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全电动注塑机伺服电机的控制系统及控制方法，通过 本发明对全电动注塑机伺服电机的控制，使其具有节约能源、清洁、噪音低、精度高、重复性 高、速度控制范围宽、响应性好、生产效率高等优点。本发明的目的通过下述技术方案实现一种全电动注塑机的伺服电机控制系统， 其特征是，包括注塑机电脑控制器、伺服电机控制器和PLC控制器；所述电脑控制器通过 CAN总线与伺服电机控制器连接，所述伺服电机控制器与伺服电机连接，所述电脑控制器与 PLC控制器连接；所述伺服电机控制器是指开合模伺服电机控制器、射胶伺服电机控制器、 熔胶保压伺服电机控制器和顶出伺服电机控制器；所述伺服电机是指开合模伺服电机、射 胶伺服电机、熔胶保压伺服电机和顶出伺服电机。为了更好地实现本发明，所述伺服电机控制系统还包括分别与所述注塑机电脑控 制器连接的IXD显示模块、键盘模块、以太网控制芯片；所述注塑机电脑控制器采用AMD微 处理器，所述伺服电机控制器采用DSP控制器(采用TMS320F28335芯片)。所述射胶伺服电机控制器和熔胶保压伺服电机控制器中，所述DSP控制器的SCI 模块连接压力传感器，DSP控制器的JTAG模块连接控制仿真器LED灯，DSP控制器的I/O模 块连接控制报警输出定位完成信号LED灯，DSP控制器的2个EVA/B模块连接外部PWM单 元，外部PWM单元通过IPM功率驱动板分别与射胶伺服电机、熔胶保压伺服电机连接，射胶 伺服电机与熔胶保压电机分别通过电流传感器给DSP控制器的ADC模块反馈电流信号，射 胶伺服电机与熔胶保压伺服电机分别通过码盘给DSP控制器的QEP模块反馈信号。所述开合模伺服电机控制器和顶出伺服电机控制器中，DSP控制器的一个输出端通过其自带的CAN总线通信模块、JTAG接口分别连接到注塑机电脑控制器和仿真器，另一 输出端通过其自带的事件管理器EVA/B依次连接IPM功率驱动板和伺服电机，所述伺服电 机通过电流传感器连接到芯片的模数转换模块ADC，所述伺服电机还通过码盘连接芯片的 正交编码器单元QEP ；所述伺服电机是指开合模电机和顶出电机。上述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方法，其特征是，通过对电动注 塑机的伺服电机进行开合模控制、熔胶控制、射胶控制、保压控制、顶出控制、射台移动控制 和调模控制，驱动电机完成注塑功能，对可同时进行的工艺程序进行同步控制，以实现节省 生产时间的目的。所述控制方法，包括下述步骤第一步，选择全电动注塑机的伺服电机的工作模式手动、半自动或全自动；第二步，根据选定的模式启动伺服电机控制系统的控制方法，其中手动模式是指 根据注塑动作循环工艺要求，手动输入参数独立控制开合模、射台前进、熔胶、注射、顶出动 作；半自动工作模式是指根据注塑动作工艺要求，由伺服电机控制系统根据控制方法完成 单次循环动作；全自动工作模式是指根据注塑动作工艺要求，由伺服电机控制系统按照单 次循环动作的流程完成多次循环动作。所述第二步中的根据控制方法完成单次循环动作包括如下步骤第I步，关闭安全门；第II步，对射胶伺服电机进行控制，同时对开合模伺服电机进行合模控制；第III步，对熔胶保压伺服电机进行保压控制；第IV步，对熔胶保压伺服电机进行熔胶控制，同时对开合模伺服电机进行开模控 制和对顶出伺服电机进行顶出控制；第V步，开安全门，结束。所述对射胶伺服电机进行控制和对熔胶保压电机进行控制是指射胶过程为熔胶电机不工作，射胶电机开动，带动射胶螺母转动，且射胶电机和 射胶螺母位置不移动，射胶螺母带动滚珠丝杆往前推进，同时滚珠丝杆推动螺杆、熔胶螺 母、熔胶电机前进，直至射胶过程结束，射胶电机停机；熔胶过程为第i步熔胶电机开动，熔胶电机带动熔胶螺母转动，熔胶螺母带动螺杆转动，螺 杆与滚珠丝杆连接处装有轴承，使得螺杆自由转动而不会带动滚珠丝杆转动；第ii步螺杆通过旋转将物料边向前推送边加热融化物料，物料不断往螺杆头 部输送，聚集在机筒的存料区的熔融物料产生一定的压力，压力越来越大，推动螺杆，但由 于滚珠丝杆顶紧螺杆，螺杆不能直接后退，而是使螺杆与滚珠丝杆之间的压力越来越大，此 时，位于螺杆与滚珠丝杆连接处的压力传感器把压力测量值传送到DSP控制器；第iii步DSP控制器与压力设定值进行比较；第iv步当压力传感器的测量值超过设定值时，DSP控制器控制射胶电机和射胶 螺母开始反转，且射胶电机和射胶螺母位置不移动，滚珠丝杆按照设定的速度往后退，螺杆 也往后退，熔胶螺母和熔胶电机一边驱动螺杆一边也往后退，但是滚珠丝杆对螺杆保持一 定的压力；第v步直至满足设定的后退位移，完成注射量和滚珠丝杆的复位，射胶电机、熔胶电机停机，为下一次射胶做准备； 所述熔胶过程中螺杆后退的运动函数方程为
权利要求
一种全电动注塑机的伺服电机控制系统，其特征是，包括注塑机电脑控制器、伺服电机控制器和PLC控制器；所述电脑控制器通过CAN总线与伺服电机控制器连接，所述伺服电机控制器与伺服电机连接，所述电脑控制器与PLC控制器连接；所述伺服电机控制器是指开合模伺服电机控制器、射胶伺服电机控制器、熔胶保压伺服电机控制器和顶出伺服电机控制器；所述伺服电机是指开合模伺服电机、射胶伺服电机、熔胶保压伺服电机和顶出伺服电机。
2.根据权利要求1所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统，其特征是，还包括分别 与所述注塑机电脑控制器连接的LCD显示模块、键盘模块、以太网控制芯片；所述注塑机电 脑控制器采用AMD微处理器，所述伺服电机控制器采用DSP控制器。
3.根据权利要求2所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统，其特征是，所述射胶伺 服电机控制器和熔胶保压伺服电机控制器中，所述DSP控制器的SCI模块连接压力传感器， DSP控制器的JTAG模块连接控制仿真器LED灯，DSP控制器的I/O模块连接控制报警输出 定位完成信号LED灯，DSP控制器的2个EVA/B模块连接外部PWM单元，外部PWM单元通过 IPM功率驱动板分别与射胶伺服电机、熔胶保压伺服电机连接，射胶伺服电机与熔胶保压电 机分别通过电流传感器给DSP控制器的ADC模块反馈电流信号，射胶伺服电机与熔胶保压 伺服电机分别通过码盘给DSP控制器的QEP模块反馈信号。
4.根据权利要求2所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统，其特征是，所述开合模 伺服电机控制器和顶出伺服电机控制器中，DSP控制器的一个输出端通过其自带的CAN总 线通信模块、JTAG接口分别连接到注塑机电脑控制器和仿真器，另一输出端通过其自带的 事件管理器EVA/B依次连接IPM功率驱动板和伺服电机，所述伺服电机通过电流传感器连 接到芯片的模数转换模块ADC，所述伺服电机还通过码盘连接芯片的正交编码器单元QEP; 所述伺服电机是指开合模电机和顶出电机。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方 法，其特征是，通过对电动注塑机的伺服电机进行开合模控制、熔胶控制、射胶控制、保压控 制、顶出控制、射台移动控制和调模控制，驱动电机完成注塑功能，对可同时进行的工艺程 序进行同步控制，以实现节省生产时间的目的。
6.根据权利要求5所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方法，其特征是， 包括下述步骤第一步，选择全电动注塑机的伺服电机的工作模式手动、半自动或全自动；第二步，根据选定的模式启动伺服电机控制系统的控制方法，其中手动模式是指根据 注塑动作循环工艺要求，手动输入参数独立控制开合模、射台前进、熔胶、注射、顶出动作； 半自动工作模式是指根据注塑动作工艺要求，由伺服电机控制系统根据控制方法完成单次 循环动作；全自动工作模式是指根据注塑动作工艺要求，由伺服电机控制系统按照单次循 环动作的流程完成多次循环动作。
7.根据权利要求6所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方法，其特征是， 所述第二步中的根据控制方法完成单次循环动作包括如下步骤第I步，关闭安全门；第II步，对射胶伺服电机进行控制，同时对开合模伺服电机进行合模控制；第III步，对熔胶保压伺服电机进行保压控制；第IV步，对熔胶保压伺服电机进行熔胶控制，同时对开合模伺服电机进行开模控制和 对顶出伺服电机进行顶出控制； 第V步，开安全门，结束。
8.根据权利要求6所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方法，其特征是， 所述对射胶伺服电机进行控制和对熔胶保压电机进行控制是指射胶过程为熔胶电机不工作，射胶电机开动，带动射胶螺母转动，且射胶电机和射胶 螺母位置不移动，射胶螺母带动滚珠丝杆往前推进，同时滚珠丝杆推动螺杆、熔胶螺母、熔 胶电机前进，直至射胶过程结束，射胶电机停机； 熔胶过程为第i步熔胶电机开动，熔胶电机带动熔胶螺母转动，熔胶螺母带动螺杆转动，螺杆与 滚珠丝杆连接处装有轴承，使得螺杆自由转动而不会带动滚珠丝杆转动；第ii步螺杆通过旋转将物料边向前推送边加热融化物料，物料不断往螺杆头部输 送，聚集在机筒的存料区的熔融物料产生一定的压力，压力越来越大，推动螺杆，但由于滚 珠丝杆顶紧螺杆，螺杆不能直接后退，而是使螺杆与滚珠丝杆之间的压力越来越大，此时， 位于螺杆与滚珠丝杆连接处的压力传感器把压力测量值传送到DSP控制器； 第iii步DSP控制器与压力设定值进行比较；第iv步当压力传感器的测量值超过设定值时，DSP控制器控制射胶电机和射胶螺母 开始反转，且射胶电机和射胶螺母位置不移动，滚珠丝杆按照设定的速度往后退，螺杆也往 后退，熔胶螺母和熔胶电机一边驱动螺杆一边也往后退，但是滚珠丝杆对螺杆保持一定的 压力；第ν步直至满足设定的后退位移，完成注射量和滚珠丝杆的复位，射胶电机、熔胶电 机停机，为下一次射胶做准备； .所述熔胶过程中螺杆后退的运动函数方程为
9.根据权利要求6所述的全电动注塑机的伺服电机控制系统的控制方法，其特征是， 所述对开合模电机顶出电机进行控制包括如下步骤第1步，采用五支铰合模双曲肘合模机构和曲柄滑块顶出机构，根据双曲肘机构的开 合模过程的移模速度特性和增力特性，确定合模装置和顶出装置选用的滚珠丝杠和开合模 电机、顶出电机；第2步，根据开合模电机、顶出电机的负载特性和工艺要求，对开合模电机和顶出电机 进行控制并设置完善的模具保护措施，包括(1)合模过程中，首先以低压力快速进行合模，当动模板与定模板接近时，自动切换为 低速合模，在确定模腔内无异物后，再次切换到高压将模具闭合；合模过程中，为防止模具砂)=Wi)S2(TfsMl) ’5物料溢出，需要施加较大的合模力，该过程开合模电机采用力矩控制；(2)开模过程中，首先要保证注塑零件冷却模具型腔面脱离导柱的位置，然后动模板勻 速移动快速开模，在接近动模板的起点位置时动模板慢速停止；(3)通过调节顶出电机的转速来调整顶出速度，保证准确而平稳地将模内制品顶出； 所述第1步中的确定合模装置和顶出装置选用的滚珠丝杠和开合模电机、顶出电机是指①根据五支铰合模双曲肘合模机构的平动工作状况，确定滚珠丝杠轴径、导程、丝杠长 度、丝杠轴径和精度等级；②综合考虑所需的锁模力、移模速度、行程比、滚珠丝杠导程、皮 带传动装置的传动比来选定开合模电机、顶出电机。所述第2步第(1)中的确定模腔内无异物是指在接近定模板的位置设定一个检测区 间，通过检测开合模电机负载电流的变化有否超限来确定有无障碍物；所述第2步第(2)中保证注塑零件冷却模具型腔面脱离导柱的位置是指将所述位置设 定为导柱与固定侧的模具接触时的位置； 所述第2步第(1)中的合模过程，包括①、从开模结束位置移动到合模变速位置，称为合模速度1段；②、从合模变速位置移动到模具保护位置，称为合模速度为2段，该段是高速低压运动；③、从模具保护位置移动到模具接触位置，称为合模速度3段，该段为模具保护区，如 果电流传感器监测到该段合模出现电流比平常电流曲线增大，视为模具端面有残余塑料没 有被取出，合模过程停止并且立即开模；④、从模具保护区移动到模具合紧，施加最大压力锁模； 所述第2步开模和闭模过程的移模速度按下述方法得出 ①、动模板行程依结构分析，动模板的移动行程Sm可以铰支座B点的位移量表征
全文摘要
本发明公开了一种全电动注塑机伺服电机的控制系统，包括注塑机电脑控制器、伺服电机控制器和PLC控制器；所述电脑控制器通过CAN总线与伺服电机控制器连接，所述伺服电机控制器与伺服电机连接，所述电脑控制器与PLC控制器连接；所述伺服电机控制器是指开合模伺服电机控制器、射胶伺服电机控制器、熔胶保压伺服电机控制器和顶出伺服电机控制器；所述伺服电机是指开合模伺服电机、射胶伺服电机、熔胶保压伺服电机和顶出伺服电机。本发明还公开了该控制系统的控制方法，通过对电动注塑机的电机进行开合模控制、熔胶控制、射胶控制、保压控制、顶出控制、射台移动控制和调模控制，对可同时进行的工艺程序进行同步控制，节省三分一的生产时间。
文档编号B29C45/76GK101947840SQ201010247470
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者钟汉如 申请人:华南理工大学