专利名称：全电动注塑机伺服电机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
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。
实用新型内容本实用新型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， 通过本实用新型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。本实用新型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。为了更好地实现本实用新型，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(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；
M dv ρ ρ ρ r所述熔胶过程中螺杆后退的运动函数方程为:~J3 = F。-FfFL-f Μ:螺杆、
熔胶螺母、熔胶电机的总重量；g 重力加速度；ν 螺杆后退速度；Fa 熔融物料产生的压力； Fb 滚珠丝杆的阻力；& 熔融物料的反作用力；f 摩擦力。所述熔胶电机和射胶电机的电流关系为
剛电流环开环传递函数为·β (s) = (TvS + l){LK；^R)(ToiS + l)⑴Kv为外部PWM单元的逆变器电压放大倍数，Km为电流反馈系数，Tv为逆变器时 间常数，Tv= l/fv，fv为逆变器工作频率，S为微分，两个电机电枢回路由电阻R和电感 L组成，为一阶惯性环节，Ttji为电流采样滤波时间常数，其中，Toi和Tv均为小时间常数， 等效为一个时间常数T。v = T。i+Tv，又IY = L/R为电机电枢回路时间常数，⑴式等效为
K ζ
GAs) = - ”」--,
(Tovs ++ 1)电机的PI调节器把电流校正为具有较好动态性能的I型系统，调节器传递函数为
Krj+ 1)
(^) = ^^-'Kp, τ。分别为PI调节器的比例系数和积分时间常数，
TcS以电流环PI调节器的零点消去被控对象的大时间常数的极点， 取τ。= L/R = IV，因此经PI调节器校正后的电流环开环传递函数为
C ⑴=K:K.pKm^ = KlKv ‘、⑵，
= 1^^=0.707，求得 K，又 Tc = L/R= TL，确定 Kp，Tc;所述电流环是速度环的内环，在得到电流环的传递函数的情况下，速度环闭环传
K1RK η,
递函数(幻=T v (T '/"r-TT，κ!=上，β是电压矢量，Kfn为速度反馈系
TcSUovS + i) KTcS(l0VS + l)
(2)式简化为一个典型I型系统= s(To^s + l)
其中 K = KpKv/(Rtc)；
则电流环闭环传递函数为 G⑴
C(s)
1 + G(s)
KvKpKm
rcs{T0Vs + \)+KvKpKm K
s{Tovs + \)+K
ω
.2 . ο e _ , 2
s2 + 2ξω ns + ωι
ωη为截止频率，按照二阶系统最佳性能指标，取阻尼比ξ = 0.707，即
5数，Tm为电机机电时间常数，κφ为电机电势系数，L = 1，τ。η为转速反馈滤波时间常数，T1和Ton均为小时间常数，等效为一个时间常数Tfs = \+Τ。η的惯性环节，则速度环 控制对象为
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。
专利摘要本实用新型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。本实用新型的控制系统，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B29C45/76GK201752921SQ20102028438
公开日2011年3月2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