專利名稱：全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置及溫度控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種溫控裝置及溫度控制方法，特別涉及一種全自動注吹塑料 中空成型機溫度控制裝置及其溫度控制方法。
技術背景在全自動注吹塑料中空成型機中，注吹塑料中空成型的重要工藝條件之一 是影響塑化流動、冷卻和氣壓吹瓶的溫度，在注吹過程中，需要控制的溫度有 以下三種類型1、料筒溫度料筒溫度是注射模塑過程需要控制的溫度之一， 該溫度主要影響塑料的塑化和流動每一種塑料都具有不同的流動溫度，而同 一種塑料由于來源或牌號不同，其流動溫度及分解溫度也是有差別的，塑料在 塑料中空成型機內的塑化過程也是不同的，因而選擇料筒溫度也不相同；2、噴 嘴溫度噴嘴溫度通常略低于料筒最高溫度，這是為了防止熔料在直通式噴嘴 可能發(fā)生的"流誕現(xiàn)象"，但噴嘴溫度也不能過低，否則將會造成熔料的早凝而 將噴嘴堵死，或由于早凝料注入模腔而影響制品的性能；3、模具溫度模具溫 度主要是影響塑料的流動和冷卻，因此對制品的內在性能和表觀質量影響非常 大，模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、制品的尺寸與結構、性能要求 以及其它工藝條件(如熔料溫度、注射速度及注射壓力、注吹周期等)。此外， 注吹中空成型的瓶子成型模溫度也將直接影響塑料瓶的成型質量，尤其塑料瓶 的外觀質量。目前，全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置主要有3種類型一是應用單片機或嵌入式芯片設計成專用控制裝置，溫度控制裝置是專用控制 裝置的一部分，但需要修改時必須由設計專用控制裝置廠家的工程師修改程序， 現(xiàn)場工程師修改控制程序困難，修改方式不靈活；二是可編程控制器(以下簡 稱PLC)作為控制核心器件，溫度控制儀表作為溫度控制裝置，這種方式下 現(xiàn)場工程師可以根據(jù)注吹瓶的工藝要求修改PLC的控制程序，由于溫度控制儀表完全自成系統(tǒng)，溫度控制的效果不能夠由控制裝置根據(jù)不同工藝過程和溫度控制值的高低自動調整，且所需溫度控制儀表數(shù)量多(至少4個以上)，造成設 備體積龐大；三是PLC作為控制核心、PLC的A/D、 D/A模塊作為溫度控制裝 置的溫度采集和控制信號輸出器件、工業(yè)液晶顯示模塊作為人機界面，雖然現(xiàn)場工程師可以根據(jù)注吹瓶的工藝要求修改PLC控制程序，但系統(tǒng)價格很高，投入成本過大。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種由PLC作為控制核心，PLC-高速單片機系統(tǒng)組 成的全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置，該裝置綜合上述三種裝置的優(yōu) 點，具有現(xiàn)場工程師可以根據(jù)注吹瓶的工藝要求修改PLC的控制程序，溫度控 制可根據(jù)全自動注吹塑料中空成型機的工藝過程和溫度控制值的高低選擇控制 參數(shù)，自動調整溫控效果、溫控效果精確的特點且系統(tǒng)性價比高，較好地解決 了己有技術的不足。本發(fā)明的另一目的是提供一種運用上述控制裝置對全自動注吹塑料中空成 型機注吹過程進行溫度控制的方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是 一種全自動注吹塑料 中空成型機溫度控制裝置，是一種閉環(huán)模糊PID溫度控制裝置，包括PLC-高 速單片機系統(tǒng)、N路溫度傳感器信號放大電路、N路加熱裝置驅動電路和操作 面板；PLC-高速單片機系統(tǒng)由PLC、高速單片機、電平轉換電路、電流方向控 制電路和PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板組成；溫度傳感器信號放大電路有N路； 加熱裝置驅動電路有N路，每一路由帶光電隔離的固態(tài)繼電器、加熱圈和單相 自動空氣開關組成；操作面板由矩陣鍵盤、點陣液晶顯示模塊、液晶顯示模塊 控制器、觸摸屏、觸摸屏接口電路、按鍵、系統(tǒng)及溫度控制電源開關、發(fā)光二 極管和矩陣鍵盤與鍵盤電路板組成；PLC通過接線端子與高速單片機、相互連接的電平轉換電路和電流方向控 制電路連接，還通過接線端子連接矩陣鍵盤；PLC與高速單片機之間通過PLC的I/O端口組成8位數(shù)據(jù)總線和4位地址 總線相聯(lián)接，高速單片機獲得全自動注吹塑料中空成型機的各種工作狀態(tài)信息， 作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之一；高速單片機與按鍵直接連接，還通過接線端子連接觸摸屏接口電路，觸摸 屏接口電路連接觸摸屏，據(jù)此高速單片機獲得溫度的控制設置值和控制命令， 作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之二；高速單片機內部N路12位A/D轉換器與N路溫度傳感器信號放大電路連 接，N路溫度傳感器信號放大電路通過連接端子分別與對應的溫度傳感器連接，
獲得溫度的實時信號；高速單片機通過接線端子與帶光電隔離的固態(tài)繼電器的控制端連接，固態(tài) 繼電器分別與加熱圈或加熱管連接；高速單片機通過接線端子連接液晶顯示模塊控制器，液晶顯示模塊控制器 連接點陣液晶顯示模塊，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控；上述N的取值范圍是N-4或8。所述N路溫度傳感器信號放大電路的每一路溫度傳感器信號放大電路由橋 式檢測電路、低通濾波器、運算放大器組成溫度傳感器，橋式檢測電路電阻 I、 II、 III、 IV、 V， 二極管組成橋式檢測電路，溫度傳感器的一端接地，溫度 傳感器的另一端與橋式檢測電路電阻I的連接線作為橋式檢測電路的一個輸出 端，并連接由濾波電容I、 II和濾波電阻組成的濾波器，濾波電阻和濾波電容 II的公共接點連接第一電阻，第一電阻與運算放大器的一個輸入端連接；二極 管一端接在橋式檢測電路電阻V橋式檢測電路電阻IV的連接點上、另一端接 地，橋式檢測電路電阻V和橋式檢測電路電阻III的連接線作為橋式檢測電路 的另一個輸出端并連接第二電阻，第二電阻與運算放大器的另一個輸入端連接； 第一電容并聯(lián)連接在運算放大器的兩輸入端，反饋電阻位于運算放大器的一個 輸入端與運算放大器的輸出端之間，第二電容并聯(lián)連接在運算放大器輸出端和 地之間，運算放大器的輸出端與高速單片機內部的A/D轉換器的輸入端連接； 上述N的取值范圍是N-4或8。加熱裝置驅動電路由帶光電隔離的固態(tài)繼電器、加熱圈和單相自動空氣開 關組成，固態(tài)繼電器的控制端一端接地，另一控制端通過接線端子與高速單片 機的I/0端口連接，固態(tài)繼電器輸出驅動端口的一端與加熱圈、單相自動空氣 開關以及220V交流電源順序連接，輸出驅動端口的另一端與220V交流電源的 另一端相連接并與上述單相自動空氣開關、加熱圈形成回路。操作面板由矩陣鍵盤、點陣液晶顯示模塊、液晶顯示模塊控制器、觸摸屏、 觸摸屏接口電路、按鍵、系統(tǒng)及溫度控制電源開關、發(fā)光二極管和矩陣鍵盤與 鍵盤電路板組成，矩陣鍵盤通過接線端子與PLC連接，點陣液晶顯示模塊與液 晶顯示模塊控制器連接，觸摸屏與觸摸屏接口電路連接，液晶顯示模塊控制器 和觸摸屏接口電路通過接線端子連接高速單片機，按鍵和發(fā)光二極管直接與高 速單片機連接，觸摸屏覆蓋在點陣液晶顯示模塊的顯示屏上面，矩陣鍵盤、按 鍵和發(fā)光二極管安裝在矩陣鍵盤與鍵盤電路板上，PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板 安裝在鍵盤電路板下面，系統(tǒng)及溫度控制電源開關安裝在操作面板上的左邊。
一種全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法，是利用本發(fā)明上述由PLC-高速單片機系統(tǒng)、N路溫度傳感器信號放大電路、N路加熱裝置驅動電路 和操作面板組成的閉環(huán)模糊PID溫度控制裝置，實現(xiàn)對全自動注吹塑料中空成 型機注吹過程進行實時溫度監(jiān)視及調控；由操作面板上的按鍵或觸摸屏輸入全 自動注吹塑料中空成型機的溫度控制設置值和溫度控制參數(shù)值，高速單片機從 PLC的1/0端口組成的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址總線獲得全自動注吹塑料中空 成型機的各種工作狀態(tài)信息，高速單片機的溫度信息從溫度傳感器信號放大電 路獲得，由溫度傳感器將溫度信息轉化為電信息，通過溫度傳感器信號放大電 路的橋式檢測電路經低通濾波器，將溫度信號施加到運算放大器，放大后經高 速單片機的A/D轉換器轉換為數(shù)字信號，然后與溫度設置控制值比較后獲得溫 度偏差，經過計算獲得溫度偏差變化率，再根據(jù)工作狀態(tài)信息和溫度控制值， 確定模糊語言的變量值，經過模糊規(guī)則推理和清晰化，獲得PID控制器的^、 A、 ^參數(shù)，再通過PID計算得到控制值，將控制值轉換為具有一定占空比的 方波，經高速單片機的1/0 口輸出控制固態(tài)繼電器驅動加熱圈的加熱功率。由于采用上述結構，本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置及 其用于全自動注吹塑料中空成型機進行溫度控制的方法具有以下有益效果一、溫度控制裝置能根據(jù)全自動注吹塑料中空成型機工作步驟和溫度控制 設置值的高低自動修改模糊PID控制參數(shù)，達到高精度溫度控制的效果在本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置中，高速單片機與 PLC之間通過由PLC的I/O端口組成的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址總線相聯(lián)接， 獲得全自動注吹塑料中空成型機的工作狀態(tài)信息，通過按鍵或觸摸屏與高速單 片機的連接，設置溫度控制值，作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的 依據(jù)；高速單片機內部的12位A/D轉換器與溫度傳感器信號放大電路連接， 然后與溫度傳感器連接以獲得溫度的數(shù)字信號；高速單片機通過連接液晶顯示 模塊控制器以實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控。因此，可根據(jù)全自動注吹塑料中空成型機的 工作步驟和溫度控制設置值的高低自動修改模糊PID控制參數(shù)，且可根據(jù)不同 制瓶材料和制品瓶子形狀工藝變化調整溫控效果，從而達到高精度溫度控制的 效果；由于溫度控制參數(shù)是按照全自動注吹塑料中空成型機不同工作狀態(tài)下和 溫度控制值由高速單片機程序中設置模糊語言的變量值，模糊PID溫度算法可 以根據(jù)PLC的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址總線傳輸給高速單片機的全自動注吹塑 料中空成型機的運行狀態(tài)自動選擇控制參數(shù)，使得全自動注吹塑料中空成型機
在尚未注吹瓶時，加熱過程超調不會超過溫度設置值2.5%，全自動注吹塑料中 空成型機在正常注吹瓶時，同樣能夠達到溫度超調不會超過溫度設置值2.5%。二、 系統(tǒng)性價比高本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置用PLC-高速單片機系 統(tǒng)及其溫度傳感器信號放大電路、加熱裝置驅動電路和操作面板組成的結構， 就能夠根據(jù)全自動注吹塑料中空成型機工作步驟和溫度控制設置值的高低自動 修改模糊PID控制參數(shù)，自動調整溫控的效果，現(xiàn)場工程師可以針對不同制瓶 材料和制品瓶子形狀工藝變化以及注吹瓶的工藝要求在現(xiàn)場修改PLC控制程 序，無需另外增加硬件，系統(tǒng)價格合理，系統(tǒng)整體性價比高。三、 自動化程度和可靠性高，操作簡單使用本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置時，只需按下按鍵 中的一個按鍵，該溫度控制裝置即進入溫度控制值設置狀態(tài)或溫度控制參數(shù)設 置狀態(tài)，此時，操作者只需操作按鍵或觸摸屏，即可對4路或8路溫度控制設 置值或4路或8路溫度控制設置狀態(tài)參數(shù)進行設置，溫控過程是全自動的，可 靠性高，不需要使用其他設備，操作起來非常方便。四、 人機界面友好本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置進行溫控過程中，可通 過操作面板上的液晶顯示模塊實時顯示8路溫度的動態(tài)值和設置控制值，在通 過操作矩陣鍵盤或觸摸屏設置溫控參數(shù)過程中，也可通過液晶顯示模塊顯示設置的參數(shù)值，操作過程一目了然，人機界面友好。五、 控制裝置及其方法采用目前工程實際中應用廣泛的模糊PID控制，其裝置結構簡單，參數(shù)調節(jié)穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便，方法簡單實用。下面，結合附圖和實施例對本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制 裝置及其用于全自動注吹塑料中空成型機溫度控制的方法之技術特征作進一步 的說明。


圖1:本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置的結構原理框圖; 圖2:本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置的PLC-高速單片 機系統(tǒng)電路圖；圖3:本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置的溫度傳感器信 號放大電路圖4:本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置的加熱裝置驅動 電路圖；圖5:本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置的操作面板示意圖；圖6:本發(fā)明全自動注吹塑料中空成型機溫度控制方法的步驟框圖； 圖7:本發(fā)明全自動注吹塑料中空成型機溫度控制方法的高速單片機控制 流程框圖；圖8:本發(fā)明全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法的模糊PID控制 器原理框圖；圖9:本發(fā)明全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法的定時中斷服務 溫度模糊PID控制步驟框圖；圖10:本發(fā)明全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法的定時中斷服務 溫度驅動框圖。 圖中i""PLC -高速單片機系統(tǒng)， n—溫度傳感器信號放大電路，III一加熱裝置驅動電路， IV—操作面板； 1一PLC， 2—高速單片機，4一矩陣鍵盤，5—點陣液晶顯示模塊，6—觸摸屏， 7—液晶顯示模塊控制器，8—觸摸屏接口電路，9一電平轉換電路，10~電流方 向控制電路，ll一按鍵，12—發(fā)光二極管，3、 13、 14、 16、 17—接線端子， 15—溫度傳感器信號放大電路，18、 21—固態(tài)繼電器，19、 22—加熱圈，20、 23—溫度傳感器，24—8位數(shù)據(jù)總線，25—4位地址總線，26—二極管，27— 濾波電阻，28—第一電阻，29、 30、 31、 32、 33—橋式檢測電路電阻I、 II、 III、 IV、 V， 34—第二電阻，35—反饋電阻，36、 37—濾波電容I、 II， 38—第一電容，39—第二電容，40—運算放大器，41一單相自動空氣開關， 42—系統(tǒng)及溫度控制電源開關，43—矩陣鍵盤與鍵盤電路板，44一PLC-高速單 片機系統(tǒng)電路板。
具體實施方式
實施例一一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置，由PLC-高速單片機系統(tǒng)I、 溫度傳感器信號放大電路II、加熱裝置驅動電路III和操作面板IV組成；如圖l、圖2所示PLC-高速單片機系統(tǒng)I由PLC1、高速單片機2、電平轉換電路9、電平方向控制電路10和PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板44組成，高 速單片機2、電平轉換電路9和電平轉換電路10安裝在PLC-高速單片機系統(tǒng) 電路板44上；溫度傳感器信號放大電路II有8路，每一路溫度傳感器信號放大電路由橋 式檢測電路、低通濾波器、運算放大器組成；加熱裝置驅動電路III由帶光電隔離的固態(tài)繼電器18和固態(tài)繼電器21、加 熱圈19和加熱圈22、單相自動空氣開關41組成，固態(tài)繼電器18和固態(tài)繼電 器21的控制端一端接地，另一控制端通過接線端子16與高速單片機2的I/O 端口連接，固態(tài)繼電器18或固態(tài)繼電器21輸出驅動端口的一端與加熱圈19 或加熱圈22、單相自動空氣開關41以及220V交流電源順序連接，輸出驅動端 口的另一端與220V交流電源的另一端相連接并與上述單相自動空氣開關41、 加熱圈19或加熱圈22形成回路(參見圖l、圖4);操作面板IV由矩陣鍵盤4、點陣液晶顯示模塊5、液晶顯示模塊控制器7、 觸摸屏6、觸摸屏接口電路8、按鍵ll、系統(tǒng)及溫度控制電源開關42、發(fā)光二 極管12和矩陣鍵盤與鍵盤電路板43組成，矩陣鍵盤4通過接線端子3和接線 端子14與PLC1連接，點陣液晶顯示模塊5與液晶顯示模塊控制器7連接，觸 摸屏6與觸摸屏接口電路8連接，液晶顯示模塊控制器7與觸摸屏接口電路8 通過接線端子13和接線端子14與高速單片機2連接，按鍵11和發(fā)光二極管 12直接與高速單片機2連接，觸摸屏6覆蓋在點陣液晶顯示模塊5的顯示屏上 面，矩陣鍵盤4、按鍵11和發(fā)光二極管12安裝在矩陣鍵盤與鍵盤電路板43上， PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板44安裝在鍵盤電路板43下面，系統(tǒng)及溫度控制電 源開關42安裝在操作面板IV上的左邊(參見圖l、圖5)。PLC1通過接線端子14與高速單片機2、相互連接的電平轉換電路9和電 流方向控制電路10連接，還通過接線端子14和3連接矩陣鍵盤4;PLC1與高速單片機2之間通過PLC1的I/O端口組成8位數(shù)據(jù)總線24和4 位地址總線25相聯(lián)接,高速單片機2獲得全自動注吹塑料中空成型機的各種工 作狀態(tài)信息，作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之一；高速單片機2與按鍵11直接連接，還通過接線端子14、 13連接觸摸屏接 口電路8，觸摸屏接口電路8連接觸摸屏6，據(jù)此高速單片機2獲得溫度的控制 設置值和控制命令，作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之二；高速單片機2內部8路12位A/D轉換器與8路溫度傳感器信號放大電路 II連接，8路溫度傳感器信號放大電路II通過連接端子17分別與對應的溫度傳 感器20或23連接，獲得溫度的實時信號；
高速單片機2通過接線端子16與帶光電隔離的固態(tài)繼電器18或21的控制 端連接，固態(tài)繼電器18或21分別與加熱圈19或22連接；
高速單片機2通過接線端子14和接線端子13連接液晶顯示模塊控制器7， 液晶顯示模塊控制器7連接點陣液晶顯示模塊5,實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控；
溫度傳感器信號放大電路II有8路，每一路溫度傳感器信號放大電路由橋 式檢測電路、低通濾波器、運算放大器40組成
溫度傳感器20或23，橋式檢測電路電阻I29、 1130、 11131、 IV32、 V33， 二極管26組成橋式檢測電路，溫度傳感器20或23的一端接地，橋式檢測電路 電阻129和溫度傳感器20或23的連接線作為橋式檢測電路的一個輸出端，并 連接由濾波電容136、 1137和濾波電阻27組成的濾波器，濾波電阻27和濾波電 容1137的公共接點連接第一電阻28，第一電阻28與運算放大器40的一個輸入 端連接；二極管26 —端接在橋式檢測電路電阻V33和橋式檢測電路電阻IV32 的連接點上、另一端接地，橋式檢測電路電阻1130—端與橋式檢測電路電阻129、 IV32的連接端相連并接5v電源正極，另一端接地，橋式檢測電路電阻V33和 橋式檢測電路電阻III31的連接線作為橋式檢測電路的另一個輸出端并連接第 二電阻34，第二電阻34與運算放大器40的另一個輸入端連接；第一電容38 并聯(lián)連接在運算放大器40的兩輸入端，反饋電阻35位于運算放大器40的一個 輸入端與運算放大器的輸出端之間，第二電容39并聯(lián)連接在運算放大器40輸 出端和地之間，運算放大器40的輸出端與高速單片機內部的A/D轉換器的輸 入端連接(參見圖3);
本發(fā)明采用的PLC是具有輸出端口為晶體管集電極開路功能的PLC，可用 的型號有FX2N—80MT、 FX2N-128MT。
本發(fā)明采用的高速單片機是以8051為內核的高速單片機，具有25MHz以 上的晶振頻率，指令執(zhí)行為流水線方式，內部嵌入8路12位和8路8位的A/D 轉換器，64個I/0口，輸出端口可編程設置為推挽輸出或漏級開路輸出功能的 高速單片機，可用的型號有C8051F020， C8051F040， C8051F120， C8051F124。
作為本發(fā)明實施例的一種變換所述溫度傳感器信號放大電路II的路數(shù)N 也可以只有4路，與之相對應，其加熱裝置驅動電路III也只有4路。
作為本發(fā)明實施例的一種變換所述加熱裝置驅動電路m中的加熱圈19
和加熱圈22還可以替換為加熱管，相對應的連接關系不變。 實施例二一種全自動注吹塑料中空成型機注吹過程溫度控制的方法，該方法是利用 本發(fā)明之由PLC-高速單片機系統(tǒng)、溫度傳感器信號放大電路、加熱裝置驅動電 路和操作面板組成的閉環(huán)模糊PID溫度控制裝置，實現(xiàn)對全自動注吹塑料中空 成型機注吹過程進行實時溫度監(jiān)視及調控；由操作面板上的按鍵或觸摸屏輸入 全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制設置值和溫度控制參數(shù)值，高速單片機 從PLC的I/O端口組成的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址總線獲得全自動注吹塑料中 空成型機的各種工作狀態(tài)信息，高速單片機的溫度信息從溫度傳感器信號放大 電路獲得，再由溫度傳感器將溫度信息轉化為電信息；通過溫度傳感器信號放 大電路的橋式檢測電路經低通濾波器，將溫度信號施加到運算放大器，放大后 經高速單片機的A/D轉換器轉換為數(shù)字信號，然后與溫度設置控制值比較后獲 得溫度偏差，經過計算獲得溫度偏差變化率，再根據(jù)工作狀態(tài)信息和溫度控制 值，確定模糊語言的變量值，經過模糊規(guī)則推理和清晰化，獲得PID控制器的 ^、 ^、 ^參數(shù)，再通過PID計算得到控制值，將控制值轉換為具有一定占 空比的方波，經高速單片機的I/O 口輸出控制固態(tài)繼電器驅動加熱圈的加熱功 率。該控制方法包括以下步驟(參見圖6):步驟h溫度控制值設置步驟掃描按鍵或進行觸摸屏的中斷處理，獲取輸 入確認的溫度控制值并存貯到Flash Rom中，通過PLC的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址總線讀入成型機的當前工作狀態(tài)；步驟2:溫度信息釆集步驟從N路溫度傳感器獲得溫度信息，經N路溫 度傳感器信號放大電路濾波、放大，然后由高速單片機內的A/D轉換器將N路 溫度模擬信號轉換成N路數(shù)字信號；步驟3:溫控信息處理步驟讀入溫度控制值，判斷設備的運行狀態(tài)和溫 度控制值，經過信息處理，通過模糊PID計算以得到N路溫度控制值，上述設 備運行狀態(tài)包括設備未運行狀態(tài)、注射狀態(tài)、溶膠狀態(tài)、吹氣排氣狀態(tài)以及 其他運行狀態(tài)；步驟4:溫控信息輸出步驟將步驟3中得到的N路溫度控制值轉換為可 調制的方波，通過定時中斷服務溫度驅動控制，經高速單片機的I/0端口輸出， 以控制N路固態(tài)繼電器驅動加熱圈的加熱功率；
步驟5:顯示監(jiān)控步驟顯示工作狀態(tài)、溫度設置值和實時溫度值并將溫
控參數(shù)值顯示在點陣液晶顯示模塊上；上述各步驟中，N的取值為N-4或8。
上述溫度控制值設置步驟和所述顯示監(jiān)控步驟中，高速單片機信息處理的
步驟(參見圖7)如下
aSl:高速單片機的I/0端口、點陣液晶顯示模塊、觸摸屏控制器、A/D 轉換器、定時器以及中斷系統(tǒng)的初始化；
aS2:判斷觸摸屏中斷輸入的信息是否有效，如果否，則跳轉到步驟aS5;
aS3:清觸摸屏中斷有效信息標志；
aS4:進行信息的處理；
aS5:通過PLC1的8位數(shù)據(jù)總線24和4位地址總線25讀入成型機的當前 工作狀態(tài)；
aS6:顯示工作狀態(tài)、溫度設置值和實時溫度值并返回步驟aS2。 本發(fā)明溫度控制方法中，模糊PID計算的步驟(參見圖9)為 bSSl:判斷溫度控制值的高低，根據(jù)溫度控制值范圍獲取對應的模糊控制 參數(shù)和模糊子集，溫度控制值設為4檔，每一檔的溫度偏差e和溫度偏差變化 率6的量化等級都為9級，取5個模糊子集，NB、 NS、 ZO、 PS和PB， NB、 NS、 ZO、 PS和PB的取值范圍均為[-6 6];但對不同檔的溫度控制值的溫 度偏差e和溫度偏差變化率§的值與NB、 NS、 ZO、 PS和PB有不同的對應關 系，例如e=3， §=2時，在溫度控制值=280°(:時，對應ZO;而在溫度控 制值二180。C時，對應NS。
bSS2:判斷所處的工藝過程，修正模糊控制參數(shù)根據(jù)工藝過程對溫度偏
差e和溫度偏差變化率§的值與NB、 NS、 ZO、 PS和PB的對應關系進行修正， 例如e=3， §=2時，在溫度控制值二280。C時，對應為溶膠工作狀態(tài)，修正 為NS;
bSS3:計算溫度偏差e值和溫度偏差變化率5值，結合bSSl、 bSS2的結果模 糊化；
bSS4:模糊規(guī)則推理并清晰化，根據(jù)離線完成并做成的模糊控制表，査表 得到Kp、 K!和Kd的信，Kp的取值范圍為KP=0 6; K必取值范圍為KI=1 5; KD的取值范圍為KD = 0 3;
bSS5:將步驟bSS4得到的Kp、 IQ和KD的值通過增量PID控制算法得到
輸出控制量。 定時中斷服務溫度驅動控制的步驟(參見圖10 )為
CSS1:設置路數(shù)為1;
CSS2:判斷輸出高電平參數(shù)是否等于零，如果否，則將該路端口設置為1 及高電平參數(shù)減1并跳轉到步驟CSS5;
cSS3:判斷輸出低電平參數(shù)是否等于零，如果否，則將該路端口設置為0
及低電平參數(shù)減1并跳轉到步驟cSS5;
CSS4:獲取該路調制方波參數(shù)，設置該路輸出端口為l及高電平參數(shù)減l;
cSS5:判斷此次8路方波信號輸出處理是否結束，如果是，則將路數(shù)設置 為1并結束，如果否，則將路數(shù)加l并返回步驟cSS2。
本發(fā)明溫度控制方法中所述的PID模糊計算是二輸入三輸出模糊PID控制 算法，但是工藝過程和溫度控制值對溫度偏差e和溫度偏差變化率^的模糊化 產生影響。
目前，常規(guī)位置式PID調節(jié)器控制作用的一般形式為-
<formula>formula see original document page 17</formula> (1)
式中""為輸入偏差，A"eW-^』為輸入偏差變化率；^為比例放大系數(shù)，^ 積分作用參數(shù)，^為微分作用參數(shù)。
本發(fā)明之溫度模糊PID控制器是根據(jù)增量控制算法，應用模糊推理的方法在
線整定^、 A、 ^的參數(shù)，溫度模糊PID控制器的原理框圖如圖8所示。模糊 參數(shù)調節(jié)器為二輸入三輸出的系統(tǒng)，輸入l:溫度偏差e;輸入2:溫度偏差變化 率6 ;但是工藝過程和溫度控制值對溫度偏差e和溫度偏差變化率6的模糊化產 生影響。
增量式PID調節(jié)器控制作用的一般形式為
<formula>formula see original document page 17</formula> (2 )
溫度偏差e和溫度偏差變化率6的隸屬度函數(shù)取三角形函數(shù)，二者均由模糊 語言變量表示為負大NB，負小NS,零ZO，正小PS，正大PB。根據(jù)溫度控制值 和工藝過程的不同，可以由按鍵設置負大NB,負小NS，零ZO，正小PS，正大 PB的值，即設置各工藝過程的模糊控制參數(shù)。在某一個工藝過程中，根據(jù)設置 的模糊控制參數(shù)，溫度偏差e和溫度偏差變化率、經過查表方式(模糊規(guī)則推 理和清晰化)獲得^、 ^、 ^參數(shù)，應用增量PID控制算法得到輸出控制量， 通過查表方式設置調制方波參數(shù)作為固態(tài)繼電器的控制輸入，固態(tài)繼電器驅動 加熱圈加熱。 下面，結合圖l、圖2、圖3、圖4、圖5說明本發(fā)明之全自動注吹塑料中 空成型機溫度控制裝置的工作過程
一、 溫度控制參數(shù)的設置
1、 閉合系統(tǒng)及溫度控制電源開關41， PLC-高速單片機系統(tǒng)I通電，按下 按鍵ll,溫度控制裝置進入溫度控制值設置狀態(tài)，此時，可以應用如下2種方 式之一進行設置
① 按鍵設置通過按鍵11分別輸入8路溫度設置控制值，
② 觸摸屏設置通過觸摸屏6分別輸入8路溫度設置控制值；
2、 再按下按鍵11,使得溫度控制裝置進入溫度控制參數(shù)設置狀態(tài)，可以 應用如下2種方式之一進行設置
① 按鍵設置通過按鍵11分別輸入8路溫度控制設置狀態(tài)參數(shù)；
② 觸摸屏設置通過觸摸屏6分別輸入8路溫度控制設置狀態(tài)參數(shù)；
3、 通過點陣液晶顯示模塊5來顯示全自動注吹塑料中空成型機在不同工 作狀態(tài)下的PID參數(shù)初值。
二、 溫度控制過程
本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置是閉環(huán)模糊PID溫度控
制裝置，整個溫控過程是全自動化的。全自動注吹塑料中空成型機在正常工作
狀態(tài)下，由溫度傳感器20和溫度傳感器23將溫度信息轉化為電信息，通過溫 度傳感器信號放大電路II的橋式檢測電路，經濾波電容36、濾波電容37和濾 波電阻27組成的低通濾波器，將溫度信號施加到運算放大器40,溫度信號放 大后經過高速單片機2的A/D轉換器轉換為數(shù)字信號，該數(shù)字信號與溫度設置 控制值比較后獲得差值，再經過模糊PID算法，得到控制值，將控制值轉換為 具有一定占空比的方波，經高速單片機2的1/0 口輸出控制固態(tài)繼電器18和固 態(tài)繼電器21驅動加熱圈或加熱管19、 22的加熱功率，操作面板IV上的點陣 液晶顯示模塊5實時顯示8路溫度的動態(tài)值和設置控制值。 其控制方法的步驟如實施例二所述，本處不再贅述。
權利要求
1、一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置，其特征在于該溫度控制裝置是由PLC-高速單片機系統(tǒng)(I)、N路溫度傳感器信號放大電路(II)、N路加熱裝置驅動電路(III)和操作面板(IV)組成的閉環(huán)模糊PID溫度控制裝置；所述的PLC-高速單片機系統(tǒng)(I)由PLC(1)、高速單片機(2)、電平轉換電路(9)、電流方向控制電路(10)和PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板(44)組成；所述的溫度傳感器信號放大電路(II)有N路；所述加熱裝置驅動電路(III)有N路，每一路由帶光電隔離的固態(tài)繼電器(18、21)、加熱圈(19、22)和單相自動空氣開關(41)組成；所述的操作面板(IV)由矩陣鍵盤(4)、點陣液晶顯示模塊(5)、液晶顯示模塊控制器(7)、觸摸屏(6)、觸摸屏接口電路(8)、按鍵(11)、系統(tǒng)及溫度控制電源開關(42)、發(fā)光二極管(12)和矩陣鍵盤與鍵盤電路板(43)組成；PLC(1)通過接線端子(14)與高速單片機(2)、相互連接的電平轉換電路(9)和電流方向控制電路(10)連接，還通過接線端子(14)和接線端子(3)連接矩陣鍵盤(4)；PLC(1)與高速單片機(2)之間通過PLC(1)的I/O端口組成8位數(shù)據(jù)總線(24)和4位地址總線(25)相聯(lián)接，高速單片機(2)獲得全自動注吹塑料中空成型機的各種工作狀態(tài)信息，作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之一；高速單片機(2)與按鍵(11)直接連接，還通過接線端子(14、13)連接觸摸屏接口電路(8)，觸摸屏接口電路(8)連接觸摸屏(6)，據(jù)此高速單片機(2)獲得溫度的控制設置值和控制命令，作為溫度模糊PID控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之二；高速單片機(2)內部N路12位A/D轉換器與N路溫度傳感器信號放大電路(II)連接，N路溫度傳感器信號放大電路(II)通過連接端子(17)分別與對應的溫度傳感器(20)或(23)連接，獲得溫度的實時信號；高速單片機(2)通過接線端子(16)與帶光電隔離的固態(tài)繼電器的控制端連接，固態(tài)繼電器與加熱圈或加熱管連接；高速單片機(2)通過接線端子(14)和接線端子(3)連接液晶顯示模塊控制器(7)，液晶顯示模塊控制器(7)連接點陣液晶顯示模塊(5)，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控；上述N的取值范圍是N＝4或8。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置， 其特征在于所述N路溫度傳感器信號放大電路(II)的每一路溫度傳感器信 號放大電路由橋式檢測電路、低通濾波器、運算放大器(40)組成溫度傳感 器(20)或(23)，橋式檢測電路電阻I、 II、 III、 IV、 V (29、 30、 31、 32、 33) , 二極管(26)組成橋式檢測電路，溫度傳感器(20)或(23)的一端接 地，溫度傳感器(20)或(23)的另一端與橋式檢測電路電阻I (29)的連接 線作為橋式檢測電路的一個輸出端，并連接由濾波電容I、 II (36、 37)和濾波 電阻(27)組成的濾波器，濾波電阻(27)和濾波電容II (37)的公共接點連 接第一電阻(28)，第一電阻(28)與運算放大器(40)的一個輸入端連接； 二極管(26) —端接在橋式檢測電路電阻V (33)和橋式檢測電路電阻IV (32) 的連接點上、另一端接地，橋式檢測電路電阻V (33)和橋式檢測電路電阻III(31)的連接線作為橋式檢測電路的另一個輸出端并連接第二電阻(34)，第 二電阻(34)與運算放大器(40)的另一個輸入端連接；第一電容(38)并聯(lián) 連接在運算放大器(40)的兩輸入端，反饋電阻(35)位于運算放大器(40) 的一個輸入端與運算放大器的輸出端之間，第二電容(39)并聯(lián)連接在運算放 大器(40)輸出端和地之間，運算放大器(40)的輸出端與高速單片機內部的 A/D轉換器的輸入端連接；上述N的取值范圍是N-4或8。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝 置，其特征在于所述由帶光電隔離的固態(tài)繼電器(18)或(21)、加熱圈(19) 或(22)和單相自動空氣開關(41)組成的加熱裝置驅動電路(III)中，固態(tài) 繼電器(18)或(21)的控制端一端接地，另一控制端通過接線端子(16)與 高速單片機(2)的I/0端口連接，所述固態(tài)繼電器(18)或(21)輸出驅動端 口的一端與加熱圈(19)或(22)、單相自動空氣開關(41)以及220V交流電 源順序連接，輸出驅動端口的另一端與220V交流電源的另一端相連接并與上 述單相自動空氣開關(41)、加熱圈(19)或(22)形成回路。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝 置，其特征在于所述的由矩陣鍵盤(4)、點陣液晶顯示模塊(5)、液晶顯示 模塊控制器(7)、觸摸屏(6)、觸摸屏接口電路(8)、按鍵(11)、系統(tǒng)及溫度 控制電源開關(42)、發(fā)光二極管(12)和矩陣鍵盤與鍵盤電路板(43)組成的 操作面板(IV)中；所述點陣液晶顯示模塊(5)與液晶顯示模塊控制器(7) 連接，觸摸屏(6)與觸摸屏接口電路(8)連接，液晶顯示模塊控制器(7)和 觸摸屏接口電路(8)通過接線端子(13、 14)連接高速單片機(2)，鍵盤(11) 和發(fā)光二極管(12)直接與高速單片機(2)連接，觸摸屏(6)覆蓋在點陣液 晶顯示模塊(5)的顯示屏上面，矩陣鍵盤(4)、按鍵(11)和發(fā)光二極管(12) 安裝在矩陣鍵盤與鍵盤電路板(43)上，PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板(44)安 裝在鍵盤電路板(43)下面，系統(tǒng)及溫度控制電源開關(42)安裝在操作面板 (IV)上的左邊。
5、 根據(jù)權利要求3所述的一種全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置， 其特征在于所述的由矩陣鍵盤(4)、點陣液晶顯示模塊(5)、液晶顯示模塊 控制器(7)、觸摸屏(6)、觸摸屏接口電路(8)、按鍵(11)、系統(tǒng)及溫度控制 電源開關(42)、發(fā)光二極管(12)和矩陣鍵盤與鍵盤電路板(43)組成的操作 面板(IV)中，所述點陣液晶顯示模塊(5)與液晶顯示模塊控制器(7)連接， 觸摸屏(6)與觸摸屏接口電路(8)連接，液晶顯示模塊控制器(7)和觸摸屏 接口電路(8)通過接線端子(13、 14)連接高速單片機(2)，鍵盤(11)和發(fā) 光二極管(12)直接與高速單片機(2)連接，觸摸屏(6)覆蓋在點陣液晶顯 示模塊(5)的顯示屏上面，矩陣鍵盤(4)、按鍵(11)和發(fā)光二極管(12) 安裝在矩陣鍵盤與鍵盤電路板(43)上，PLC-高速單片機系統(tǒng)電路板(44)安 裝在鍵盤電路板(43)下面，系統(tǒng)及溫度控制電源開關(42)安裝在操作面板(IV)上的左邊。
6、 一種全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法，其特征在于該控制 方法是利用本發(fā)明由PLC-高速單片機系統(tǒng)(1)、 N路溫度傳感器信號放大電路(n)、 N路加熱裝置驅動電路(III)和操作面板(IV)組成的閉環(huán)模糊PID溫 度控制裝置實現(xiàn)對全自動注吹塑料中空成型機注吹過程進行實時溫度監(jiān)視及調 控；它包括以下步驟步驟l:溫度控制值設置步驟掃描按鍵或進行觸摸屏的中斷處理，獲取輸入確認的溫度控制值并存貯到Flash Rom中，通過PLC的8位數(shù)據(jù)總線和4位地址 總線讀入成型機的當前工作狀態(tài)；步驟2:溫度信息采集步驟從N路溫度傳感器獲得溫度信息，經N路溫 度傳感器信號放大電路濾波、放大，然后由高速單片機內的A/D轉換^將N路 溫度模擬信號轉換成N路數(shù)字信號；步驟3:溫控信息處理步驟讀入溫度控制值，判斷設備的運行狀態(tài)和溫 度控制值，經過信息處理，通過模糊PID計算以得到N路溫度控制值，上述設 備運行狀態(tài)包括設備未運行狀態(tài)、注射狀態(tài)、溶膠狀態(tài)、吹氣排氣狀態(tài)以及 其他運行狀態(tài)；步驟4:溫控信息輸出步驟將步驟3中得到的N路溫度控制值轉換為可調制的方波，通過定時中斷服務溫度驅動控制，經高速單片機的i/o端口輸出，以控制N路固態(tài)繼電器驅動加熱圈的加熱功率；步驟5:顯示監(jiān)控步驟顯示工作狀態(tài)、溫度設置值和實時溫度值并將溫 控參數(shù)值顯示在點陣液晶顯示模塊上；上述各步驟中，N的取值為N-4或8。
7、 根據(jù)權利要求6所述的全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法，其特征在于所述溫度控制值設置步驟和所述顯示監(jiān)控步驟中，高速單片機信息 處理的步驟如下aSl:高速單片機的I/0端口、點陣液晶顯示模塊、觸摸屏控制器、A/D 轉換器、定時器以及中斷系統(tǒng)的初始化；aS2:判斷觸摸屏中斷輸入的信息是否有效，如果否，則跳轉到步驟aS5; aS3:清觸摸屏中斷有效信息標志； aS4:進行信息的處理；aS5:通過PLC (1)的8位數(shù)據(jù)總線(24)和4位地址總線(25)讀入成 型機的當前工作狀態(tài)；aS6:顯示工作狀態(tài)、溫度設置值和實時溫度值并返回步驟aS2。
8、 根據(jù)權利要求6或7所述的全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法，其特征在于所述模糊PID計算的步驟為bSl:判斷溫度控制值的高低，根據(jù)溫度控制值范圍獲取對應的模糊控制 參數(shù)和模糊子集；bS2:判斷所處的工藝過程，根據(jù)工藝工程對溫度偏差e和溫度偏差變化率 6的值與NB、 NS、 ZO、 PS和PB的對應關系進行修正；bS3:計算溫度偏差e值和溫度偏差變化率g值，結合bSl、 bS2的結果模糊化；bS4:模糊規(guī)則推理并清晰化，根據(jù)離線完成并做成的模糊控制表，査表 得到Kp、 K4和Ko的值；bS5:將步驟bS4得到的Kp、 IQ和KD的值通過增量PID控制算法得到輸出控制量。
9、根據(jù)權利要求8所述的全自動注吹塑料中空成型機的溫度控制方法，其特征在于所述定時中斷服務溫度驅動控制的步驟為 CS1:設置路數(shù)為1;CS2:判斷輸出高電平參數(shù)是否等于零，如果否，則將該路端口設置為1 及高電平參數(shù)減1并跳轉到步驟CS5;CS3:判斷輸出低電平參數(shù)是否等于零，如果否，則將該路端口設置為0 及低電平參數(shù)減1并跳轉到步驟CS5;CS4:獲取該路調制方波參數(shù)，設置該路輸出端口為l及高電平參數(shù)減l;CS5:判斷此次N路方波信號輸出處理是否結束，如果是，則將路數(shù)設置為1并結束，如果否，則將路數(shù)加l并返回步驟cS2。
全文摘要
本發(fā)明之全自動注吹塑料中空成型機溫度控制裝置是由PLC-高速單片機系統(tǒng)、溫度傳感器信號放大電路、加熱裝置驅動電路和操作面板組成的裝置，其方法是由溫度傳感器將溫度信息轉化為電信息，通過溫度傳感器信號放大電路的橋式檢測電路經低通濾波器，將溫度信號施加到運算放大器，放大后經高速單片機的A/D轉換器轉換為數(shù)字信號，然后與溫度設置控制值比較后獲得差值，再通過模糊PID計算得到控制值，將控制值轉換為具有一定占空比的方波，經高速單片機的I/O口輸出控制固態(tài)繼電器驅動加熱圈的加熱功率；操作面板上的點陣液晶顯示模塊實時顯示8路溫度的動態(tài)值和設置控制值。該裝置及方法溫控效果精確、系統(tǒng)性價比高、操作簡便。
文檔編號G05B11/42GK101117019SQ20061015198
公開日2008年2月6日 申請日期2006年9月4日 優(yōu)先權日2006年7月31日
發(fā)明者明 周, 周常凱, 蔡啟仲, 郭毅鋒, 陳文輝 申請人:廣西工學院