KR100661219B1

KR100661219B1 - 전동 사출 성형기의 제어장치

Info

Publication number: KR100661219B1
Application number: KR1020060010168A
Authority: KR
Inventors: 박경호; 김진영
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-12-22
Anticipated expiration: 2026-02-02

Abstract

본 발명은 사출 구간에서 사출 속도 및 사출 압력을 안정적으로 제어할 수 있는 전동 사출 성형기의 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 전동 사출 성형기의 사출모터의 속도변화에 따라 비례적분 제어기의 적분게인을 변경하는 속도별 적분게인 변경기를 포함한다. 상기 속도별 적분게인 변경기는 상기 사출모터의 측정사출속도가 설정사출속도 이하가 될 때, 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 감소시킨다. 따라서, 종래에 적분게인 값을 사출 전구간에 유지함으로 발생할 수 있었던 압력 출렁임 현상(과도현상)을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 보압구간으로 넘어가기 전에 적분게인을 줄여 줌으로써, 보압구간에서 큰 적분게인에 의한 시스템 발산을 예방할 수 있다.

사출성형기, 제어장치

Description

전동 사출 성형기의 제어장치{Apparatus for Controlling an Electric Injection Injection Molding Machine}

도 1은 종래의 전동 사출 성형기의 제어장치의 제어방법에 의한 사출 속도와 사출압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 사출 성형기의 제어장치를 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동 사출 성형기의 제어장치에 의한 사출 속도와 사출압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:사출속도 설정부 2:사출압력 설정부

3:절환 설정부 4, 5:비례 제어기

6:적분 제어기 7:선택기

8:사출속도 제한부 9:서보 드라이버

10:속도별 적분게인 변경기 11:사출모터

12:엔코더 16:절환 스위치

20:감산기 21:가산기

22:비교기 30:비례적분 제어기

본 발명은 전동 사출 성형기의 제어장치에 관한 것으로서, 구체적으로 사출 구간에서 사출 속도 및 사출 압력을 안정적으로 제어할 수 있는 전동 사출 성형기의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전동 사출 성형기의 제어방법으로, 사출 공정을 충진 공정(속도제어)과 보압 공정(압력제어)으로 나누어 실시하고 있다. 즉, 사출 개시로부터 사출 종료에 이르기까지, 구간을 전후 둘의 제어영역으로 나누고, 전단을 속도 제어를 행하는 충진 공정, 후단을 압력 제어를 행하는 보압 공정으로 각각 개별의 성형 조건을 설정하고 그 제어를 행하고 있다.

그러나, 종래의 전동 사출 성형기의 제어장치는 측정 사출압력과 설정 사출압력의 편차를 PID(비례, 적분, 미분)연산한 출력치를 사출 성형기에 부여하고 있고, 사출 공정의 전반에는 실제 측정 사출 압력이 설정 사출압력보다 작기 때문에 상기 편차는 커지고, 상기 PID 연산에 있어서 적분 요소가 포화 상태된 상태로 사출 압력이 설정 압력 값에 이르게 되고, 이후 설정된 압력을 유지하다가 충진구간의 후반에서 압력 피크(peak)가 발생되는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 일본특개평10-113970에서는 PID 출력 값 중 사출 초기의 적분요소의 포화를 방지하기 위한 수단으로 속도값과 설정속도를 비교해서 PID 제어기의 적분요소를 온/오프(ON/OFF)시킴으로써 충진구간 후반에서 압력 피크(peak)의 발생이라는 문제점을 해결하고 있다.

그러나, 상기 일본특개평10-113970에서 개시한 전동 사출 성형기의 제어장치는 충진구간에서 설정된 상한 압력을 유지해야함에도 불구하고, 충진이 진행되는 과정에서 설정된 사출압력을 빠르게 추종하도록 큰 적분 게인(I GAIN)을 사용할 경우, 게이트 형상 및 충전된 양에 따른 로드조건의 변화와 같은 외란에 의해서 압력의 출렁임(과도 상태)이 발생한다.

도 1을 참조하면, 상기 일본특개평10-113970의 경우 충진구간 후반에서 일정한 압력을 유지하기 위해 실측속도가 줄어들면서 큰 출렁임이 발생되고, 이에 따라 실사출압도 큰 압력의 출렁임을 가지게 되는 문제점을 나타내고 있다. 또한, 출렁임 없이 설정압력으로 충진이 완료된 시점에서 보1압이 충진압과 다를 경우, 적분 게인(I GAIN)에 의해서 시스템이 발산하는 문제를 유발할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 충진구간에서 설정사출압에 도달한 이후 발생되는 압력의 출렁임 현상(과도 상태)을 제거하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 보압 구간에서 너무 큰 적분게인(I GAIN)에 의한 시스템의 발산을 방지하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동 사출 성형기의 제어장치는 전동 사출 성형기의 사출 속도를 설정하는 사출속도 설정부; 상기 전동 사출 성형기의 사출 압력을 설정하는 사출압력 설정부; 상기 사출압력 설정부의 설정사출압력을 입력받아 절환 설정률에 곱연산하여 출력하는 절환 설정부; 상기 사출압력 설정부의 설정사출압력과 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력의 편차를 출력하는 감산기; 상기 감산기의 편차를 입력받아 비례 연산하여 출력하는 비례 제어기; 상기 감산기의 편차를 입력받아 비례적분 연산하여 출력하는 비례적분 제어기; 상기 절환설정부의 출력압력과 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력의 크기에 따라 상기 비례 제어기 또는 상기 비례적분 제어기의 출력값을 선택하는 선택기; 상기 선택기의 출력값을 상기 사출속도 설정부의 설정사출속도로 제한하여 출력하는 사출속도 제한부; 상기 사출속도 제한부의 출력값을 인가받아 상기 전동 사출 성형기를 동작시키는 사출모터; 및 상기 사출모터의 속도변화에 따라 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 변경하는 속도별 적분게인 변경기를 포함하며, 상기 선택기는 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력이 상기 절환설정부의 출력압력보다 클 때, 상기 비례적분 제어기를 선택하고, 상기 속도별 적분게인 변경기는 상기 사출모터의 측정사출속도에 대응하여 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

실시예

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 사출 성형기의 제어장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 제어장치에 의한 사출 속도와 사출압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 전동 사출 성형기에 대하여 설명하면, 전동 사출 성형기는 지지대(18)에 장착되고, 선단에 노즐(nozzle)을 가지는 배럴(17)과, 상기 배럴(17) 내를 직선 왕복운동하는 사출 스크류(screw:15)와 상기 사출 스크류(15)의 타단이 로드셀(13)에 지지하며, 상기 로드 셀(13)을 앞뒤로 이동시키는 볼 스크류 장치(19)와 상기 볼 스크류 장치(19)에 연결된 타이밍 벨트(14)를 회전시키는 사출모터(11)로 구성된다. 상기와 같이 구성된 전동 사출 성형기는 상기 사출모터(11)가 구동되면 상기 타이밍 벨트(14)에 연결된 볼 스크류장치(19)의 회전으로 상기 로드 셀(13)이 직선운동을 하면서 상기 스크류(15)를 움직여 수지를 상기 배럴(17)의 선단부인 노즐로 이송시킨다.

상기 전동 사출 성형기를 구동시키기 위한 본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 사출속도 설정부(1), 사출압력 설정부(2), 절환 설정부(3), 비례제어기(4), 비례적분 제어기(30), 선택기(7), 사출 속도 제한부(8), 서보 드라이버(9), 엔코더(12), 속도별 적분게인 변경기(10), 절환 스위치(16), 감산기(20) 및 비교기(22)로 구성된다.

사출속도 설정부(1)는 사용자가 원하는 사출 속도를 설정하여 상기 사출 속도 제한부(8)로 입력한다.

사출압력 설정부(2)는 사용자가 원하는 사출 압력을 설정하여 상기 감산기(20) 및 상기 절환 설정부(3)로 입력한다.

절환 설정부(3)는 사용자가 제어장치의 절환을 위해 사용자가 절환 설정률(%)을 설정하여 상기 사출압력 설정부(2)에서 출력된 설정 사출압과 상기 절환 설정부(3)에서 설정한 절환설정율(%)을 곱하여 상기 비교기(22)로 출력한다.

비례제어기(4)는 상기 사출압력 설정부(2)의 설정 사출압과 상기 사출 성형기의 로드 셀(13)에서 측정된 실사출압의 압력오차를 생성하는 감산기(20)로 부터 상기 압력오차를 입력받아 상기 선택기(7)에 인가한다.

비례적분 제어기(30)은 상기 절환 스위치(16)가 온되면서 상기 감산기(20)로 부터의 압력오차를 비례제어기(5)와 적분제어기(6)에서 입력받아 비례 및 적분한 값을 가산기(21)에서 가산하여 상기 선택기(7)로 인가한다.

선택기(7)는 상기 비례제어기(4) 또는 상기 비례적분 제어기(30)를 선택한다. 즉, 상기 선택기(7)는 충진 초기에는 비례제어기(4)를 선택하다가 측정사출압이 설정사출압×절환설정률 보다 크게 되면 상기 선택기(7)는 비례적분 제어기(30)를 선택한다.

사출 속도 제한부(8)는 상기 사출속도 설정부(1)에서의 설정속도에 따라 상기 선택기(7)에서 출력되는 속도를 제한한다. 즉, 상기 설정 값과 선택된 값 중 적 은 값을 상기 서버 드라이버(9)로 출력한다.

서보 드라이버(9)는 상기 사출 속도 제한부(8)에서 출력된 값에 맞게 상기 사출모터(11)를 구동한다.

엔코더(12)는 상기 사출 모터(11)의 회전 위치에 따라 펄스를 발생하여 실측속도를 상기 서보 드라이버(9)와 상기 속도별 적분게인 변경기(10)로 인가한다.

속도별 적분게인 변경기(10)는 상기 엔코더(12)로부터 실측속도를 인가받아 상기 비례적분기(30)의 적분게인 값을 변경시킨다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 속도별 적분게인 변경기(10)는 사출모터(11)의 속도가 설정속도 이하로 떨어질 때, 상기 비례적분 제어기(30)의 적분게인의 값을 작은 값으로 변경한다.

적분게인 값을 작은 값으로 변경하는 방법은 설정속도 이하에서 미리 설정한 적분게인 값으로 변경하거나, 속도의 감소에 따라 선형적·비선형적으로 적분게인 값을 변경시킬 수 있으며, 일정 속도 마다 게인 값을 다단으로 변경할 수도 있다. 이는 사용자가 실측속도와 적분게인 값의 관계를 어떻게 프로그램화하는가 에 따라 다르게 설계된다.

감산기(20)는 상기 사출압력 설정부(2)의 설정 사출압과 사출 성형기의 실사출압을 감산하여 압력오차를 구해 상기 비례제어기(4) 또는 상기 비례적분 제어기(30)로 인가한다.

비교기(22)는 상기 사출압력 설정부(2)에서의 설정 사출압과 상기 절환 설정부(3)의 절환설정률을 곱한 값과 상기 사출 성형기의 측정 사출압을 비교한다. 상기 비교결과 상기 측정 사출압이 설정 사출압과 상기 절환 설정율을 곱한 값보다 큰 경우 절환 스위치(16)는 온(on)되고, 상기 선택기(7)는 상기 비례적분 제어기(30)를 선택한다.

상기와 같은 구성의 전동 사출 성형기의 제어장치의 일반적인 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

사용자가 설정한 사출압력과 사출속도를 추종하기 위하여, 상기 비례제어기(4) 또는 상기 비례적분 제어기(30)의 값을 선택기(7)를 통하여 선택하고, 선택된 값을 상기 사출속도 제한부(8)에서 사용자가 설정한 사출속도의 제한을 받아 서보 드라이버(9)로 출력되어 상기 사출 모터(11)를 구동한다.

상기 사출모터(11)의 회전 운동은 상기 사출 성형기의 타이밍 벨트(14)와 볼 스크류 장치(19)의 조합에 의해 직선운동으로 변환되고, 볼 스크류 장치(19)에 연결된 스크류(15)가 수지를 베럴(17)의 선단인 노즐부로 이동시킴으로써, 스크류 선단부의 수지내압을 증가시키게 된다.

상기 수지내압을 로드셀(13)을 통해서 간접적으로 측정하고, 상기 측정압력 값을 피드백(feedback)시켜 상기 감산기(20)에서 설정압력과 비교하여 압력오차를 구하고, 상기 압력오차를 제어장치의 입력으로 사용하고 상기 압력오차를 0으로 만들기 위해서 제어장치를 구동한다.

상기와 같은 동작의 제어장치는 먼저, 충진 초기 구간에서 설정사출압×절환설정율 ＞ 측정사출압의 조건에 의해 상기 비교기(22)는 상기 절환 스위치(16)를 오프(off) 상태로 유지시키며, 상기 선택기(7)은 상기 비례제어기(4)에 연결되어, 상기 비례제어기(4)의 출력 값이 사용자가 설정한 사출속도값에 의한 상기 사출속 도 제한부(8)에 의해서 상한이 제한되어 서버 드라이버(9)의 속도 입력값이 되고 사출모터(11)는 계속 설정속도 값을 추정하도록 구동된다.

상기와 같이 충진 초기에 비례제어기(4)를 통해 동작하다가, 수지가 점점 압축되어 설정사출압×절환설정율 ≤ 측정사출압의 조건을 만족시킬 경우, 상기 비교기(22)에 의해 상기 절환 스위치(16)가 온(ON)되고, 상기 선택기(7)는 비례적분 제어기(30)로 절환하게 되어, 상기 비례적분 제어기(30)에 의한 출력 값이 상기 사출속도 제한부(8)를 통해 서보 드라이버(9)로 인가된다.

이때, 비례적분 제어기(30)를 구성하는 적분기(6)의 적분게인이 작을 경우는 상기 비례제어기(4)와의 차이점을 찾을 수 없어서 설정압에 이르는 시간이 길어지게 되며, 적분게인이 클 경우 빠르게 설정압력을 추종하여 들어가지만 충진이 완료되가는 시점에서 압력 출렁임 현상(과도현상)이 발생 된다. 이와 같은 출렁임 현상(과도현상)은 충진이 완료되는 시점에서는 측정사출압이 설정사출압 근처에 있어서, 상기 절환된 비례적분 제어기(30)에서 비례제어기(5)의 비례게인에 의해 계산된 값보다 적분제어기(6)의 적분요소에 의한 계산값이 훨씬 크게되고, 이것의 영향으로 설정사출압을 추종하다가 외란에 의한 압력의 작은 변동에 의해서도 쉽게 압력 출렁임현상(과도현상)이 발생하는 것이다.

상기 압력 출렁임 현상(과도현상)을 방지함과 동시에 설정압력에 이르는 시간을 짧게 하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 사출모터(11)의 속도감소에 따라 상기 비례적분 제어기(30)를 구성하는 적분제어기(6)의 적분게인 값을 효과적으로 줄여주는 속도별 적분게인 변경기(10)를 포함하고 있다.

즉, 도 3에 나타난 바와 같이 실사출압이 설정사출압의 근처에 도달할 때, 스크류(15)의 속도는 부드럽게 감소한다. 이렇게 감소하는 사출 스크류(15)의 속도가 사용자가 설정한 속도 이하가 될 때, 속도별 적분게인 변경기(10)에 의해 상기 적분제어기(6)의 적분게인을 사용자가 설정한 작은 적분게인으로 변경하게 된다.

상기 속도별 적분게인 변경기(10)는 상기 사출모터(11)의 속도가 설정속도 이하가 될 때 상기 적분제어기(6)의 적분게인 값이 사용자가 설정한 작은 값으로 변경될 수 있으며, 또한, 사출모터(11)의 속도에 따라 다단으로 감소하는 적분게인 값을 설정할 수도 있다.

또한, 상기와 같이 불연속적으로 적분게인 값을 변경하는 것이 아니라, 선형 또는 비선형적으로 연속적으로 적분게인이 감소 되도록 속도별 적분게인 변경기(10)를 형성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 사출속도가 감소할 때에 적분게인 값을 줄임으로써, 외란 및 수지의 흐름에 의한 압력 변동 영향을 덜 받게 되어 압력 출렁임현상(과도현상)을 방지할 수 있다. 또한, 보압절환점을 넘어가기 전에 적분게인을 줄여 줌으로써, 보1압과 충진압이 다를경우, 큰 적분게인을 사용할 경우 발생할 수 있는 시스템의 발산을 예방할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 속도별 적분게인 변경기를 형성하여 사출속도가 설정속도 이하로 감소될 때 적분제어기의 적분게인을 감소시킴으로써, 종래에 적분게인 값을 사출 전구간에 유지함으로 발생할 수 있었던 압력 출렁임 현상(과도현상)을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 보압구간으로 넘어가기 전에 적분게인을 줄여 줌으로써, 보압구간에서 큰 적분게인에 의한 시스템 발산을 예방할 수 있다.

Claims

전동 사출 성형기의 사출 속도를 설정하는 사출속도 설정부;

상기 전동 사출 성형기의 사출 압력을 설정하는 사출압력 설정부;

상기 사출압력 설정부의 설정사출압력을 입력받아 절환 설정률에 곱연산하여 출력하는 절환 설정부;

상기 사출압력 설정부의 설정사출압력과 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력의 편차를 출력하는 감산기;

상기 감산기의 편차를 입력받아 비례 연산하여 출력하는 비례 제어기;

상기 감산기의 편차를 입력받아 비례적분 연산하여 출력하는 비례적분 제어기;

상기 절환설정부의 출력압력과 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력의 크기에 따라 상기 비례 제어기 또는 상기 비례적분 제어기의 출력값을 선택하는 선택기;

상기 선택기의 출력값을 상기 사출속도 설정부의 설정사출속도로 제한하여 출력하는 사출속도 제한부;

상기 사출속도 제한부의 출력값을 인가받아 상기 전동 사출 성형기를 동작시키는 사출모터; 및

상기 사출모터의 속도변화에 따라 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 변경하는 속도별 적분게인 변경기를 포함하며,

상기 선택기는 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력이 상기 절환설정부의 출력압력보다 클 때, 상기 비례적분 제어기를 선택하고,

상기 속도별 적분게인 변경기는 상기 사출모터의 측정사출속도에 대응하여 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전동 사출 성형기의 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 속도별 적분게인 변경기는, 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 상기 측정사출속도의 감소에 따라 선형 또는 비선형으로 연속적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 전동 사출 성형기의 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 속도별 적분게인 변경기는, 상기 비례적분 제어기의 적분게인을 상기 측정사출속도의 감소에 따라 불연속적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 전동 사출 성형기의 제어장치.
제 1 항에 있어서,

전동 사출 성형기의 제어장치는,

상기 절환설정부의 출력압력과 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력의 크기를 비교하는 비교기; 및

상기 비교기의 비교결과에 따라 상기 감산기와 상기 비례적분 제어기 사이를 연결하거나 차단하는 절환 스위치를 더 포함하며,

상기 비교기는 상기 전동 사출 성형기의 측정사출압력이 상기 절환설정부의 출력압력보다 크면 상기 절환 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 전동 사출 성형기의 제어장치.