Brevet FR2666043A1 — publié le 19920228

PROCEDE DE REGULATION DE TEMPERATURE POUR UNE MACHINE DE MOULAGE PAR INJECTION La présente invention concerne un procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection, et elle concerne plus précisément un procédé pour la régulation de la température de composants à température régulée, par exemple un cylindre d'injection, de la machine de moulage par injection, de façon que la température corresponde à l'état de fonctionnement présent10 des composants considérés. On adopte habituellement le procédé de régulation PID (ProportionnelleIntégrale-Différentielle) pour réguler la température de composants à température régulée, par exemple un cylindre d'injection, d'une machine de moulage15 par injection. Le procédé de régulation PID est basé sur une action proportionnelle (P) qui est proportionnelle à un écart de régulation; une action intégrale (I) qui est basée sur une valeur intégrée de l'écart de régulation; et une action différentielle (D) qui est basée sur des coeffi- cients différentiels des composants à température régulée. En utilisant le procédé de régulaton PID, on peut maintenir la température de consigne lorsque les composants à tempé- rature régulée se trouvent dans certaines conditions sta-25 bles. Cependant, la machine de moulage par injection comporte divers états de fonctionnement tels que l'arrêt, 2 l'élévation de température, le moulage, la pause, etc En outre, les éléments chauffants et les éléments refroidissants qui sont employés sont des dispositifs différents dans chaque état Par exemple, dans l'état d'élévation de 5 température, la chaleur radiante est le principal élément de refroidissement Au contraire, la chaleur provenant de l'élément chauffant, la chaleur de friction que produit une vis d'injection agissant sur la résine, etc, sont les élé- ments chauffants dans l'état de moulage, tandis que la10 chaleur radiante naturelle, la réaction endothermique de-la résine qui est fournie, etc, sont les éléments refroidis- sants dans ce cas. Par conséquent, en régulation PID classique, la température d'un cylindre d'injection, par exemple, peut être supérieure (dépassement positif Po) ou peut être infé- rieure (dépassement négatif, Pu) à la température de con- signe, comme le montre la figure 5 qui est une représenta- tion graphique de la température du cylindre d'injection. Le dépassement positif Po et le dépassement négatif Pu du20 cylindre d'injection ont un effet important sur la visco- sité de la résine fondue, ce qui fait qu'ils peuvent deve- nir des facteurs conduisant à une qualité de fabrication inférieure En outre, le dépassement positif Po peut provo- quer une dégradation de la résine lorsque la température de25 consigne est dépassée et la température de dégradation de la résine est atteinte, ce qui conduit à des produits de qualité inférieure Pour éviter une qualité de fabrication inférieure, il est nécessaire d'exercer une régulation manuelle de la température du cylindre d'injection, basée30 sur l'expérience d'un opérateur expérimenté. Un but de la présente invention est de procurer un procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection, qui est capable d'éliminer autant que possible le dépassement positif et le dépassement néga-35 tif de la température de consigne des composants à tempé- 3 rature régulée, par exemple le cylindre d'injection, et qui est capable de réguler automatiquement la température des composants à température régulée. Pour atteindre ce but, l'inventeur a déterminé que la théorie de la Commande Floue était efficace pour réguler la température des composants à température régu- lée, par exemple le cylindre d'injection, et il a ainsi réalisé la présente invention. Ainsi, le procédé de régulation de température de l'invention, qui agit sur des composants à température régulée pour maintenir une température de consigne corres- pondant à un état de fonctionnement de la machine de mou- lage par injection, comprend les étapes suivantes: on détecte l'état de fonctionnement de la machine de moulage par injection et la température des composants à température régulée de la machine; on calcule l'écart entre la température de con- signe des composants à température régulée, correspondant à l'état présent de la machine de moulage par injection, et20 la température détectée présente, ainsi que le taux de variation de l'écart entre l'écart présent et l'écart pré- cédent; on effectue une inférence floue pour définir une valeur de commande de moyens destinés à chauffer les par- ties à température régulée et/ou de moyens destinés à refroidir les composants à température régulée, en inférant l'état de la machine de moulage par injection, l'écart calculé et le taux de variation de l'écart, dans des condi- tions dans lesquelles 1 'étatde la machine de moulage par30 injection, l'écart de température, le taux de variation de l'écart et la valeur de commande des moyens de chauffage et/ou des moyens de refroidissement, sont définis sous la forme de variables floues, et danslesquellesl'inférence est basée sur des règles régissant une relation mutuelle entre35 des fonctions d'appartenance et des groupes dans lesquels 4 les grades de membre sont attribués à des zones divisées préalablement de la manière désirée, qui correspondent à des valeurs désirées respectives des variables floues; et on calcule une valeur de commande réelle des moyens de chauffage et/ou des moyens de refroidissement, basée sur l'inférence floue. Dans la présente invention, on utilise la théorie de la Commande Floue dans le but de réguler la température des composants à température régulée, tels que le cylindre10 d'injection, de façon que le changement de la valeur de commande des moyens de chauffage et de refroidissement, qui sont assemblés dans le cylindre d'injection et les moules, etc, puisse être accompli automatiquement, comme s'il l'était par un opérateur qualifié En utilisant la théorie15 de la Commande Floue, la température réelle des composants à température régulée peut rapidement atteindre la tempéra- ture de consigne, et pendant cette période un dépassement de température positif et négatif peut être éliminé autant que possible.20 D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:25 La figure 1 est un schéma synoptique montrant un mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une représentation explicative montrant des fonctions d'appartenance; La figure 3 est une représentation explicative montrant des exemples d'inférence floue; La figure 4 est une représentation explicative montrant les étapes de calcul de valeurs de commande; et La figure 5 est une représentation graphique montrant la régulation de température du cylindre d'injec- tion. Dans le schéma synoptique du mode de réalisation présent qui est représenté sur la figure 1, une machine de moulage par injection M comporte un cylindre d'injection 1. Le cylindre d'injection 1 comporte un capteur de tempéra- 5 ture 5 qui est destiné à détecter la température du cylin- dre d'injection 1, et un élément chauffant électrique 7 pour chauffer le cylindre d'injection 1 La tension nomi- nale de l'élément chauffant 7 est de 200 V. L'état de la machine de moulage par injection M est commandé par un dispositif de commande programmable 3, de façon que chaque état, par exemple arrêt, élévation de température, moulage, pause, etc, de la machine de moulage par injection M, soit déclenché par les données provenant du dispositif de commande programmable 3 Le capteur 5 et15 l'élément chauffant 7 peuvent être identiques à ceux qu'on utilise habituellement pour des machines de moulage par injection On notera que le cylindre d'injection 1 ne com- prend pas une partie de buse, qui vient en contact avec des moules.20 Des signaux provenant du dispositif de commande 3 sont émis vers un microprocesseur 9, pour indiquer l'état de fonctionnement présent de la machine de moulage par injection M: élévation de température, moulage, pause, etc.25 La température de consigne du cylindre d'injec- tion 1 correspondant à l'état de fonctionnement présent (A) de la machine de moulage par injection M, qui est connu par le microprocesseur 9, est définie sur la base de données de température qui sont enregistrées dans une zone ( 1) d'une30 mémoire d'ordinateur 13. Des signaux indiquant la température détectée, provenant du capteur 5 du cylindre d'injection 1, sont éga- lement émis vers le microprocesseur 9 et ils sont écrits dans une zone ( 2) de la mémoire 13 Un écart de température35 (B) entre la température de consigne, qui a été définie sur 6 la base des signaux provenant du dispositif de commande 3, et la température détectée, qui est détectée par le capteur 5, est calculé par une unité arithmétique et logique (ou UAL) 11 dans le microprocesseur 9, et il est écrit dans une zone ( 3) de la mémoire 13. En plus, l'unité arithmétique et logique 11 calcule le taux de variation de l'écart (C), qui est le taux de variation entre l'écart de température présent (c'est-à-dire les données les plus récentes) et l'écart de température précédent, qui a été enregistré dans la zone ( 3) de la mémoire 13 La valeur (A) indiquant l'état de la machine de moulage par injection M, l'écart de température (B) et le taux de variation de l'écart (C) seront utilisés à titre de données pour l'inférence floue, qui est basée sur des fonctions et des règles d'appartenance, qu'on décrira ultérieurement. Ensuite, la valeur de commande de l'élément chauffant 7 est calculée sur la base de l'inférence floue par l'unité arithmétique et logique 11 Le microprocesseur20 9 émet la valeur de commande calculée vers l'élément chauf- fant 7, sous la forme de signaux de commande La séquence indiquée ci-dessus, allant de la lecture des données à l'émission des signaux de commande, sera répétée continuel- lement Il noter que le contenu de la mémoire 13 peut être25 présenté sur une unité de visualisation 15, par exemple un écran cathodique, et peut être corrigé au moyen d'une unité d'entrée 14, par exemple un clavier. Les fonctions d'appartenance pour chaque variable floue ont été enregistrées dans une zone ( 4) de la mémoire 13 (voir la figure 2) Les variables floues sont: la valeur (A) indiquant l'état du moulage par injection; l'écart de température (B); le taux de variation de l'écart (C); et la valeur de sortie (E) pour le fonctionnement de l'élément chauffant 7, c'est-à-dire la tension de commande. Chaque fonction d'appartenance est divisée en un 7 ensemble de groupes comprenant ou excluant des secteurs en chevauchement mutuel Un grade ( 0-1) est attribué à chaque groupe respectif. La fonction d'appartenance pour la variable floue (A) est divisée en cinq groupes distincts Les grades des groupes sont " O " ou " 1 " La fonction d'appartenance pour la variable floue (B) est divisée en sept groupes avec des secteurs en chevauchement Cinq groupes parmi les sept sont représentés graphiquement sous la forme de triangles Dans10 la représentation graphique, le changement de température est indiqué dans la direction de l'axe horizontal, c'est-à- dire le bord de base des groupes triangulaires en chevau- chement, et elle est définie par incréments de 100 C qui correspondent à la longueur de chaque bord de base de15 groupe triangulaire. La fonction d'appartenance pour la variable floue (C) est divisée en cinq groupes avec des secteurs en chevauchement Trois groupes parmi les cinq sont également représentés graphiquement sous la forme de triangles Dans20 les groupes triangulaires, le taux de variation de l'écart sur le bord de base est défini par incréments de 50 C qui correspondent à la longueur de chaque bord de base de groupe triangulaire. L'élément chauffant 7, dont la tension nominale est de 200 V, est commandé par l'application de 100 V plus ou moins la tension de commande Ainsi, la fonction d'appartenance dont la variable floue est la valeur de sortie pour le fonctionnement de l'élément chauffant (E), c'est-à-dire la tension de commande, est divisée graphique-30 ment en cinq secteurs en chevauchement dont les points d'intersection définissent des incréments de 50 V Trois groupes parmi les cinq sont représentés graphiquement sous la forme de triangles. La relation entre les groupes de chaque fonction d'appartenance est définie par une règle qui a été enre- gistrée préalablement dans une zone ( 5) de la mémoire 13. Une règle pour l'état d'élévation de température, prise à titre d'exemple, est représentée dans le Tableau suivant, dans lequel les symboles NB, NS, NM, PS, etc, sont des noms arbitraires donnés à divers états de fonctionnement. TABLEAU si alors r ENTREE SORTIE N A B C E 1 ELEV TEMP NB NB PB 2 ELEV TEMP NB NS PB 3 ELEV TEMP NB ZERO PB 4 ELEV TEMP NB PS PB ELEV TEMP NB PB PB 6 ELEV TEMP NM NS PB 7 ELEV TEMP NM PS PS 8 ELEV TEMP NM PS PS 9 ELEV TEMP NM PB PS ELEV TEMP NM PB PS i 111 ELEV TEMP NS NB PB 12 ELEV TEMP NS NS PS 13 ELEV TEMP NS ZERO PS 14 ELEV TEMP NS PS ZERO TABLEAU (suite) si alors ENTREE SORTIE N A B C E ELEV TEMP NS PB ZERO 16 ELEV TEMP ZERO NB PS 17 ELEV TEMP ZERO NS PS 18 ELEV TEMP ZERO ZERO ZERO 19 ELEV TEMP ZERO PS NS ELEV TEMP ZERO PB NS 21 ELEV TEMP PS NB PS 22 ELEV TEMP PS NS ZERO 23 ELEV TEMP PS ZERO ZERO 24 ELEV TEMP PS PS NS ELEV TEMP PS PB NB 26 ELEV TEMP PM NB NS 27 ELEV TEMP PM NS NS 28 ELEV TEMP PM ZERO NB 29 ELEV TEMP PM PS NB -30 ELEV TEMP PM PB NB TABLEAU (suite) sti alors ENTREE SORTIE No A B C E 31 ELEV TEMP PB NB NB 32 ELEV TEMP PB NS NB 33 ELEV TEMP PB ZERO NB 34 ELEV TEMP PS NB NB ELEV TEMP PB PB NB Dans le Tableau, les variables d'entrée A, B et C dans la colonne "si" indiquent respectivement les variables floues (A), (B) et (C) D'autre part, la variable de sortie E dans la colonne "alors" indique la variable floue (E). Dans la direction horizontale du Tableau, par exemple dans15 la rangée 1, la relation entre les variables d'entrée A, B et C est la fonction logique "ET"; et dans la direction verticale du Tableau, la relation entre la rangée 1 et la rangée 2, par exemple, est la fonction logique "OU" Il faut noter que le Tableau montre toutes les combinaisons de20 tous les groupes dans la fonction d'appartenance, mais que des combinaisons impossibles ou très rares peuvent être omises du Tableau. On expliquera ensuite l'inférence floue que l'on utilise pour définir la tension d'entrée de l'élément chauffant 7 On note qu'on expliquera ce cas dans les con- ditions suivantes: la variable (A), Etat de Fonctionne- ment, est X (élévation de température); la variable (B), Changement de Température le Plus Récent, est Y (groupes PS et PM); et la variable (C), Taux de Variation le Plus 1 l Récent est Z (ZERO et PS). Dans la position Y de la variable (B), les grou- pes "PS" et "PM" sont en chevauchement; dans la position Z de la variable (C), les groupes "ZERO" et "PS" sont en 5 chevauchement Par conséquent, les combinaisons des varia- bles d'entrée A, B et C conduisent à quatre règles, qui sont représentées sur la figure 3 sous la forme des règles no 23, 24, 28 et 29 La relation entre les variables d'entrée A, B et C dans chaque règle est la fonction logi-10 que "ET", ce qui fait que la variable de sortie E corres- pondra à une plage contenant les variables d'entrée A, B et C Ainsi, la plage de la variable de sortie E est repré- sentée sous la forme d'une zone qui est divisée par des valeurs d'entrée minimales des variables d'entrée A, B et15 C, marquée par la zone hachurée sur la figure 3. L'unité arithmétique et logique 11 calcule la tension de commande réelle qui est appliquée à l'élément chauffant 7, sur la base des variables de sortie E inférées des règles. 20 On va maintenant expliquer les étapes du calcul. Premièrement, on compose comme le montre la figure 4 la plage inférée, qui est marquée par des hachu- res, de chaque variable de sortie E. Ensuite, on détermine le centroide de la plage inférée de la figure 4, et on calcule la tension de comman- de pour l'élément chauffant 7. En utilisant la théorie de la Commande Floue décrite ci-dessus, on peut éliminer le dépassement de température positif Po et le dépassement de température30 négatif Pu (voir la courbe F de la figure 5) dans le cylin- dre d'injection 1, et la température du cylindre d'injec- tion 1 est automatiquement réglée de façon à correspondre à la température de consigne de l'état de fonctionnement présent de la machine de moulage par injection M En outre,35 on peut éviter une qualité de fabrication inférieure Même 12 dans des cas dans lesquels on utilise une résine ayant une faible stabilité thermique, aucune commande manuelle par des opérateurs expérimentés n'est exigée. On note que dans le mode de réalisation présent, on peut ajouter aux fonctions d'appartenance qui sont représentées sur la figure 2 de nouvelles fonctions d'appartenance, par exemple un écart entre le taux de variation courant et le taux précédent. Dans le mode de réalisation présent, on peut également commander une buse d'injection, qui peut être placée à l'extrémité avant du cylindre d'injection, en uti- lisant la théorie de la Commande Floue qui est appliquée au cylindre d'injection. En outre, le cylindre d'injection et la buse peuvent comporter un ensemble d'éléments chauffants qui sont disposés en direction longitudinale, et chaque élément chauffant peut être commandé sur la base de l'inférence floue Dans ce cas, on peut réguler la température de façon très précise.20 La température des moules exige également une régulation précise, ce qui fait qu'on peut également régu- ler la température des moules sur la base de l'inférence floue. Certains moules comportent des moyens de chauffa- ge, par exemple un élément chauffant électrique, et des moyens de refroidissement, par exemple un tuyau de circula- tion d'eau Dans ce cas, les moyens de chauffage et de refroidissement peuvent être commandés sur la base de la théorie de la Commande Floue, de façon à pouvoir éliminer30 autant que possible le dépassement positif et le dépasse- ment négatif Ainsi, un opérateur non expérimenté, utili- sant un système de Commande Floue pré-programmé,est capable de commander la température des moules comme le ferait un opérateur expérimenté.35 Dans la présente invention, on peut régler auto- 13 matiquement la température des composants à température régulée, de façon à la fixer à la température de consigne qui correspond à l'état de fonctionnement de la machine de moulage par injection Pendant la régulation de température 5 automatisée décrite ci-dessus, un dépassement positif et un dépassement négatif sont éliminés autant que possible La présente invention contribue donc au fonctionnement effi- cace de machines de moulage par injection et à la réduction du nombre de produits moulés de qualité inférieure.10 L'invention peut être mise en oeuvre selon d'autres formes spécifiques, sans s'écarter de son principe ou de ses caractéristiques essentielles On doit donc con- sidérer à tous égards que le mode de réalisation présent est une illustration et n'est pas restrictif, le cadre de15 l'invention étant défini par les revendications annexées et non par la description précédente On doit donc considérer que l'invention englobe tous les changements qui entrent dans la signification et la plage d'équivalence des reven- dications. REVENDICATIONS 1 Un procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection, ayant pour but de commander des composants à température régulée, pour main- 5 tenir une température de consigne correspondant à un état de fonctionnement de la machine de moulage par injection (M), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on détecte l'état de fonctionnement de la machine de moulage par injection (M) et la température de ses compo-10 sants à température régulée; on calcule l'écart entre la température de consigne des composants à température régu- lée correspondant à l'état présent de la machine de moulage par injection, et la température présente détectée, ainsi que le taux de variation de l'écart entre l'écart présent15 et l'écart précédent; on effectue une inférence floue pour définir une valeur de commande de moyens destinés à chauf- fer les composants à température régulée, ou de moyens destinés à refroidir les composants à température régulée, en inférant l'état de la machine de moulage par injection,20 l'écart calculé et le taux de variation de l'écart, dans des conditions dans lesquelles l'état de la machine de moulage par injection, l'écart de température, le taux de variation de l'écart et la valeur de commande des moyens de chauffage ou des moyens de refroidissement, sont définis25 sous la forme de variables floues, et dans lesquelles - l'inférence est basée sur des règles régissant une relation mutuelle parmi des fonctions d'appartenance et des groupes dans lesquels les grades de membre sont attribués à des zones divisées préalablement et de la manière désirée, qui30 correspondent à des valeurs désirées respectives des variables floues; et on calcule une valeur de commande réelle des moyens de chauffage ou des moyens de refroidis- sement, sur la base de l'inférence floue. 2 Le procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants à température régu- lée sont un cylindre d'injection ( 1) ou des moules. 3 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre d'injection ( 1) comprend une buse d'injection placée à une extrémité du cylindre. 4 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendiation 1, caractérisé en ce que l'inférence floue est respectivement10 appliquée à chaque composant à température régulée. Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fonction d'appartenance est divisée en un ensemble de groupes qui comportent des sec-15 teurs en chevauchement mutuel, lorsque les fonctions d'appartenance sont représentées graphiquement. 6 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les secteurs en chevauchement sont20 triangulaires lorsqu'ils sont représentés graphiquement. 7 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendiation 1, caractérisé en ce que l'état de la machine de moulage par injection (M) est commandé par un dispositif de commande25 programmable ( 3). 8 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage consistent en un élément chauffant électrique ( 7).30 9 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement consis- tent en un tuyau de circulation d'eau. 10 Procédé de régulation de température pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonctions d'appartenance et les règles sont enregistrées préalablement dans une unité de mémoire ( 13) d'un ordinateur.