基於模組式PC-based控制器之油壓射出成形機之控制

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研究生：	潘彥文 Yan-Wen Pan
論文名稱：	基於模組式PC-based控制器之油壓射出成形機之控制 Control of Hydraulic Injection Molding Machine Based upon Modular PC-based Controller
指導教授：	王培仁 Pei-Jen Wang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	101
中文關鍵詞：	PC-based控制器、射出成形、開放架構
外文關鍵詞：	PC-based Controller,, Injection Molding, Open Structure
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本論文主要是進行以PC-based控制器來取代傳統射出成形機上可程式邏輯順序控制器，嘗試利用開放式架構特性，整合相關控制單元於單一控制硬體上，達成節省硬體成本及軟體撰寫時間目的；在射出成形產業上，習用之硬體控制器多為針對特定機型而研發，機器製造商全權掌控控制軟體核心技術，機器使用人僅能依配套之成形控制器選購使用，且各廠家產品之不相容易導致專屬控制器只能於專屬機器及系統，不論在硬體成本掌握暨軟體控制功能之提升均難以突破，因而歐洲成立OSACA組織，進行前述之困境改善及新技術之推廣。本研究針對PC-Based控制器應用於精密油壓式光學級射出成形機系統，先以專用軟體模擬分析射出成形製程之作動單元控制程序及動態響應，再依序建立介面驅動程式及控制軟體模組，最終完成資料蒐集及高階模組人機介面功能，經實際驗證於德國巴頓公司之油壓機台，完成閉迴路油壓系統各項動作，並驗證軟體模擬分析之數據，期能提供射出成形機產業之高性能控制技術研發基石。

The objectives of this thesis is to investigate the process of replacing conventional injection molding PLC controller with PC-based controller with open structure characteristics and integration of various units on a single hardware controller. The implementation of this process would save the cost in hardware and time in software design time. In the traditional injection molding industry, most of the controllers are developed for specific machines which have core control technology totally controlled by the developers. Users are only allow to purchase the specific machines typically not compatible to other models and brands so that the upgrade in control functions are hard to be circumvented. Therefore, OSACA was established in Europe to promote new control technology and improve the difficult situations. In this study, the applications of PC-based controllers on hydraulic actuated injection molding machines have been implemented for molding of optical products. First, the sequential motion and dynamic performance of each actuator was simulated with the help of professional hydraulic simulation software. Hence, interface diver programs were tested and later embedded into the control modular programs. Finally, higher man-machine interface modules with data collection function were completed and experimentally verified on a machine made by Battenfeld Inc., Germany. The simulations have confirmed to the experimental results on closed-loop control system so that the high performance control technology in injection molding would be profoundly established.

目 錄
摘 要    I
ABSTRACT    II
誌謝    III
目 錄    IV
圖目錄    VI
表目錄    X
符號單位說明    XI
第一章、簡介    1
1-1    研究背景    1
1-2    文獻回顧    2
1-3    研究目的    5
第二章  射出成形之構成    9
2-1    射出成形機構造    9
2-1-1    射出成形機之動作與規格    9
2-1-2    射出成形機的品質要求與技術研究    12
2-1-3    油壓式射出成形機與全電式射出成形機之比較    18
2-2    PC-based控制器架構    19
2-2-1    開放式控制系統    19
2-2-2    PC-based之發展及特性    21
2-2-3    PC-based控制程式架構    22
2-3    逆向類神經最佳化控制原理    25
2-3-1    多品質損失函數    25
2-3-2    逆向類神經控制器    27
2-3-3    逆向類神經最佳化控制系統架構    28
第三章、系統建模與動作模擬    39
3-1    電腦輔助液壓分析軟體    39
3-2    射出機液壓基本架構    40
3-2-1    系統動力源    40
3-2-2    射出單元    42
3-2-3    夾模單元    47
3-3    動作順序分析    49
3-3-1    系統動力源    49
3-3-2    射出單元    51
3-3-3    夾模單元    54
第四章、模擬分析與實驗驗證    70
4-1    模擬結果    70
4-1-1    系統動力源    70
4-1-2    射出單元    71
4-1-3    夾模單元分析    74
4-2    實驗機台測試與結果    76
4-2-1    實驗設備    76
4-2-2    實驗結果    77
第五章、結論與未來工作    92
5-1    結論    92
5-2    未來工作    95
參考文獻    96
Appendix    99

圖目錄
圖 1 1 油壓式塑膠射出成形機簡圖    6
圖 1 2 模組化控制系統基本架構    6
圖 1 3 NESS Handmaster Orthosis效能估測PC-based模擬控制方塊圖    7
圖 1 4 NESS Handmaster Orthosis效能估測系統人機介面圖    7
圖 1 5 資料獲得以及監視系統圖塊流程圖    8
圖 2 1 射出成形動作流程圖    30
圖 2 2 射出成形加工流程圖    31
圖 2 3 高性能塑膠射出成形機技術組合圖    32
圖 2 4 國內射出成形機所需突破之技術    32
圖 2 5 油壓式與全電式射出成形機實際特性比較    33
圖 2 6 開放式控制系統其平台所需特性    33
圖 2 7 開放式控制器架構圖    33
圖 2 8 PC-based 將數個PLC控制元件整合為一    34
圖 2 9 方塊流程圖將所有控制功能整合為一    34
圖 2 10 Flow Chart Programming與Ladder Logic對於製造流程所能了解的範圍    35
圖 2 11 控制程式的架構圖    35
圖 2 12 類神經系統網路架構    36
圖 2 13 輻射基底函數網路基本架構    36
圖 2 14 逆向類神經控制器架構    37
圖 2 15 品質估測器架構    37
圖 2 16 逆向類神經最佳化控制系統架構    38
圖 2 17 最佳化射出成型系統組成    38
圖 3 1 油壓馬達效率特性曲線    59
圖 3 2 閉迴路速度控制系統架構    59
圖 3 3 閉迴路速度控制系統方塊圖    59
圖 3 4 射出油壓缸的分析簡圖    60
圖 3 5 伺服閥響應波德圖    60
圖 3 6 簡易夾模單元模型    60
圖 3 7 方向閥位置定義    61
圖 3 8 系統動力源油路圖    61
圖 3 9 射出單元油路圖    62
圖 3 10 射出動作油路圖    62
圖 3 11 鬆退動作油路圖    63
圖 3 12 計量動作油路圖    63
圖 3 13 夾模單元油路圖    64
圖 3 14安全洩壓油路圖    64
圖 3 15 快速關模油路圖    65
圖 3 16 慢速關模油路圖    65
圖 3 17 鎖模建壓油路圖    66
圖 3 18 鎖模維持壓力油路圖    66
圖 3 19 開模洩壓油路圖    67
圖 3 20 慢速開模油路圖    67
圖 3 21 快速開模油路圖    68
圖 3 22 動作流程排序關係圖    69
圖 4 1 變流量動力系統模擬建模圖    80
圖 4 2 變流量響應圖    80
圖 4 3 油壓計量馬達模擬建模圖    81
圖 4 4 油壓馬達轉速與轉矩響應圖    81
圖 4 5 油壓馬達端壓差與輸入流量響應圖    82
圖 4 6 閉迴路射速模擬建模圖    82
圖 4 7 Kp=1, Ki=1e-8速度響應圖    83
圖 4 8 Kp=0.3, Ki=1e-8速度響應圖    83
圖 4 9 Kp=0.3, Ki=1e-3速度響應圖    83
圖 4 10 Kp=0.3, Ki=1e-4速度響應圖    84
圖 4 11 Kp=0.3, Ki=1e-4 Delay=0.1s速度響應圖    84
圖 4 12 Kp=0.3, Ki=5.6e-4速度響應圖(最佳比例積分增益設定)    84
圖 4 13 輸入速度訊號0－0.1s、13－0.4s、13.5－0.5s速度響應圖    85
圖 4 14 輸入速度訊號0－0.1s、13－0.4s、9－0.5s速度響應圖    85
圖 4 15 輸入速度訊號由小至大速度響應圖    85
圖 4 16 夾模單元動作油壓缸模擬建模圖    86
圖 4 17 動作油壓缸速度響應圖    86
圖 4 18 動作油壓缸行程響應圖    87
圖 4 19 夾模單元壓模油壓缸模擬建模圖    87
圖 4 20 壓模油壓缸行程與鎖模力響應圖    88
圖 4 21 壓模油壓缸壓力與邏輯閥A端壓力響應圖    88
圖 4 22 Battenfeld射出成形機    89
圖 4 23 PC-based控制器[25]    89
圖 4 24 夾模單元測試行程圖    90
圖 4 25 夾模行程分段解析圖    90
圖 4 26 開關模速度響應圖    91

表目錄
表 4 1 射出成形機規格    79
表 4 2 射出成形機油壓缸規格    79

                                

參考文獻
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