(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱制御対象を、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御で駆動されるヒータによって加熱制御すると共に、成形機のおかれている状態に応じた複数の温度制御期間を設けて、この温度制御期間毎に応じた温度制御を行う成形機において、
少なくともある特定の温度制御期間から次の特定の温度制御期間に移る際に、この次の温度制御期間用に予め設定・保持された積分値とオフセット値とを、温度フィードバック制御を行う演算処理部に対して、その温度制御期間での演算用の初期値として与える手段を設けたことを特徴とする成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機やダイカストマシン等の成形機に係り、特に、加熱シリンダ（加熱シリンダの各部およびノズル）や金型等の被加熱制御対象を、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御で駆動される各ヒータによって、加熱制御するようにした成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、射出成形機の加熱シリンダ（加熱シリンダの各部およびノズル）の温度制御条件は、重要な管理ファクターの１つであり、加熱シリンダの各部や加熱シリンダ先端のノズルの温度を、ＰＩＤ制御動作に基づくフィードバック制御によってコントロールすることが一般的に行われている。そして、加熱シリンダを加熱制御するに際して、射出成形機のおかれている状態に応じた複数の温度制御期間を設けて、この各温度制御期間毎に応じた温度制御を行うようにしている。
【０００３】
図２は、加熱シリンダの温度制御区間を示す図である。図２において、▲１▼は室温から保温温度（例えば、百数十℃）への昇温期間、▲２▼は保温温度を維持する保温期間、▲３▼は保温温度から成形温度（例えば、２００℃弱〜３００℃強程度の適宜の温度）への昇温期間、▲４▼は成形運転は停止中であるも成形温度を維持する成形温度待機期間、▲５▼は連続成形運転を行っている成形運転期間、▲６▼は成形運転は停止中であるも成形温度を維持する成形温度待機期間、▲７▼は成形温度から保温温度への降温期間、▲８▼は保温期間である。なお、成形運転期間▲５▼のみノズルタッチ状態にあり、他の期間▲１▼〜▲４▼、▲６▼〜▲８▼はすべてノズルバック状態にある。
【０００４】
休暇明けなどにおいて加熱シリンダの温度が室温まで低下している際には、成形運転に先立って、まず、保温温度への昇温期間▲１▼の加熱制御が開始され、温度ＦＢ（フィードバック）制御ブロックは、保温温度に向かって加熱シリンダが昇温するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは所定の昇温カーブに倣うように保温温度まで昇温制御される。加熱シリンダの温度が保温温度に達すると、保温期間▲２▼の加熱制御が開始され、温度ＦＢ制御ブロックは、保温温度を維持するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは設定された保温温度を維持するように加熱制御される。この保温期間▲２▼の時間は任意であるが、必要に応じて２４時間以上継続される場合もあり得る。
【０００５】
保温温度から成形温度への昇温が指令されると、成形温度への昇温期間▲３▼の加熱制御が開始され、温度ＦＢ制御ブロックは、成形温度に向かって加熱シリンダが昇温するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは所定の昇温カーブに倣うように成形温度まで昇温制御される。加熱シリンダの温度が成形温度に達すると、成形温度待機期間▲４▼の加熱制御が開始され、温度ＦＢ制御ブロックは、成形温度を維持するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは設定された成形温度を維持するように加熱制御される。この成形温度待機期間▲４▼の時間は任意であるが、例えば１５分程度に設定される。
【０００６】
成形温度待機期間▲４▼から成形運転期間▲５▼への移行が指示されると、ノズルタッチが行われ、温度ＦＢ制御ブロックは、成形温度を維持するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは設定された成形温度を維持するように加熱制御される。この成形運転期間▲５▼においては、ノズルタッチが行われているため、ノズルから金型への熱伝導があり、同一の成形温度を維持している成形温度待機期間▲４▼、▲６▼よりも、ヒータへの通電率が高められることになる。成形運転期間▲５▼は、成形運転を継続している間だけ持続される。
【０００７】
成形運転が終了すると、成形運転期間▲５▼から成形温度待機期間▲６▼への移行が指示され、ノズルバックが行われ、温度ＦＢ制御ブロックは、成形温度を維持するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは設定された成形温度を維持するように加熱制御される。この成形温度待機期間▲６▼の時間は任意であるが、例えば１５分〜３０程度に設定され、また、成形温度待機期間▲６▼から成形運転期間▲５▼への移行も可能とされている。
【０００８】
成形温度から保温温度への降温が指令されると、成形温度から保温温度への降温期間▲７▼に移行して、温度ＦＢ制御部は、保温温度に向かって加熱シリンダが降温するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは所定の降温カーブに倣うように保温温度まで降温制御される。加熱シリンダの温度が保温温度まで降下すると、保温期間▲８▼の加熱制御が開始され、温度ＦＢ制御ブロックは、保温温度を維持するように、温度実測値を参照しつつ、ヒーターを通電制御し、これによって加熱シリンダは設定された保温温度を維持するように加熱制御される。この保温期間▲８▼は、必要に応じて２４時間以上継続される場合があり得、また、この保温期間▲８▼から、前記昇温期間▲３▼を経て成形温度待機期間▲４▼への移行も可能とされている。
【０００９】
図４は、一般的な温度ＦＢ制御ブロック１００を示す図で、１０１は偏差検出部、１０２はＰＩＤ演算部、１０３は出力変換生成部（通電率演算・出力生成部）である。
【００１０】
図４の出力変換部生成部１０３中で示される出力式は、ＰＩＤ演算部１０２からの出力である操作量ｕがｕ＝０のときに、通電率ｙがｙ＝５０（％）と仮定している式であるが、温度設定が低い場合は、図４のＰＩＤ演算部１０２中で示されるＰＩＤ演算式中の積分値（∫ｅｄｔ）は負の大きな値で、温度設定が高い場合は、ＰＩＤ演算式中の積分値（∫ｅｄｔ）は正の大きな値で安定する。このような状態で温度設定を変更した場合、積分値の反応が遅くなり、温度のオーバーシュート／アンダーシュートが発生していた。このことを防ぐため、従来は、アンチリセット値として積分値を特定の値に初期化する手法、あるいは、ある一定の時間だけ積分演算を停止させる手法（特開平１０−１００２１８号公報）をとっていた。
【００１１】
また、ある温度設定で安定したときの通電率から、ｏｆｆｓｅｔ（オフセット値）＝「安定状態の通電率」とすることで、出力式がｙ＝（１００×ｕ／２）＋ｏｆｆｓｅｔとなり、このときの積分値は０付近の値を示してくる。この状態で温度設定を変更すると、積分値がすぐに反応できるため、温度のオーバーシュート／アンダーシュートを極力小さくすることができた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した温度ＦＢ制御ブロックによるフィードバック制御は、先にも述べたようにＰＩＤ（比例・積分・微分）制御動作に基づくものであり、温度を安定制御するためのパラメータとしての積分値（Ｉ制御値＝偏差の所定期間の累積値）やオフセット値（ヒータへの通電率を算出するための出力式のオフセット値）は、同一の温度制御期間におけるフィードバック制御（ＰＩＤ演算）が所定時間を経過した時点以降において、始めてその時点時点での最適値となるものが算出される。
【００１３】
したがって、図２の各温度制御期間の切り替えタイミングＡ〜Ｇ直後には、前の温度制御期間の積分値やオフセット値を用いることになるので、フィードバック制御が安定せず、オーバーシュートやアンダーシュートが発生する。特に、保温期間▲２▼（または▲８▼）から昇温期間▲３▼への切り替えの後には、素早く応答して昇温できること（過渡応答性のよさ）が求められるが、これを達成できず、また、成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）から成形運転期間▲５▼への切り替えの後には、オーバーシュートやアンダーシュートなどのない安定状態に直ちに移行できることが求められるが、これを達成できないという問題がある。
【００１４】
特開平１０−１００２１８号公報には、成形運転期間に入ると、所定時間の間だけＰＩＤ制御の積分制御のみを停止させ、この間は操作量に所定設定値を加算するようにして、成形運転期間に入った直後の温度制御の安定性を図るようにした技術が開示されているが、この先願公報に開示された技術では、積分制御（積分演算）を再開させた直後には、積分値がその時点での最適値ではないので、積分制御（積分演算）を再開させたときの温度制御の安定性に問題を生じる。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ＰＩＤ制御を用いた温度制御において、ある温度制御期間から次の温度制御期間へ移行した際にも、その移行した温度制御期間の当初から、過渡応答性よく安定した温度制御を行い得るようにすることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、被加熱制御対象を、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御で駆動されるヒータによって加熱制御すると共に、成形機のおかれている状態に応じた複数の温度制御期間を設けて、この温度制御期間毎に応じた温度制御を行う成形機において、
少なくともある特定の温度制御期間から次の特定の温度制御期間に移る際に、この次の温度制御期間用に予め設定・保持された積分値とオフセット値とを、温度フィードバック制御を行う演算処理部に対して、その温度制御期間での演算用の初期値として与える手段を設けた、構成をとる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る射出成形機における、加熱シリンダの温度フィードバック制御系を示す説明図である。
【００１８】
図１において、１は図示せぬスクリューを内蔵した加熱シリンダ、２は加熱シリンダ１の先端に取り付けられたノズル、３…は加熱シリンダの外周の各部およびノズル２の外周に巻装されたヒータ（バンドヒータ）であり、このヒータ３…を適宜に通電制御することによって、加熱シリンダ１の各部およびノズル２がそれぞれ設定された温度にコントロールされる。また、各ヒータ３…を取り付けた箇所には、加熱シリンダ１の各部およびノズル２の温度を計測するための温度検知センサ４が設けられている。なお、本実施形態においては、説明の簡略化のために、加熱シリンダ１の先端側のヒータ３を代表させて以下の説明を行う。
【００１９】
図１は、上記した加熱シリンダ１の先端側のヒータ３によって温度コントロールされる部位（以下、これを単に加熱シリンダ称す）のための温度フィードバック制御系のみが示されており、同図において、５は温度フィードバック制御ブロック（以下、温度ＦＢ制御ブロックと称す）、６は温度設定データ格納部、７は積分値・オフセット値保持部、８は上位制御装置、９はヒータ通電出力作成部、１０はヒータドライバであり、温度ＦＢ制御ブロック５内には、偏差検出部５１、ＰＩＤ演算部５２、出力変換生成部（通電率演算・出力生成部）５３が備えられている。
【００２０】
温度設定データ格納部６には、前記した図２の各温度制御区間▲１▼〜▲８▼に対応付ける形で温度設定値がそれぞれ書き替え可能に保持されており、この温度設定データ格納部７に格納された各温度制御区間▲１▼〜▲８▼毎の設定温度値（指令値）Ｔｘが、上位制御装置８からの指令により、マシンのおかれた状況に応じて（マシンがどの温度制御区間▲１▼〜▲８▼にあるかに応じて）、温度ＦＢ制御ブロック５に出力される。また、温度検知センサ４からは、加熱シリンダの実測温度値Ｔｍが温度ＦＢ制御ブロック５に出力される。
【００２１】
温度ＦＢ制御ブロック５の偏差検出部５１には、温度設定データ格納部６からの設定温度値Ｔｘと温度検知センサ４からの実測温度値Ｔｍとが、それぞれ適宜サンプリング周期で供給される。これによって、偏差検出部５１は、設定温度値Ｔｘと実測温度値Ｔｍとの差分を算出し、これを偏差（温度偏差）ｅとして、ＰＩＤ演算部５２に出力する。
【００２２】
ＰＩＤ演算処理部５２では、入力された偏差ｅを用いて、公知のＰＩＤ（比例・積分・微分）動作に基づくフィードバック処理を行うための演算処理、すなわち、図１中のＰＩＤ演算部５２のブロック内に示した演算式による演算処理を実行し、実測温度値Ｔｍを設定温度値Ｔｘに一致させるための操作量ｕを算出する。なお、図１中のＰＩＤ演算部５２のブロック内に示した演算式において、Ｐ、Ｔｉ、ＴｄはＰＩＤ定数である。
【００２３】
本実施形態では、（１）昇温期間▲１▼が開始される際、（２）昇温期間▲１▼から保温期間▲２▼へ移行する際、（３）保温期間▲２▼（または▲８▼）から昇温期間▲３▼へ移行する際、（４）昇温期間▲３▼から成形温度待機期間▲４▼へ移行する際、（５）成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）から成形運転期間▲５▼へ移行する際には、上位制御装置８からの指令に基づき、積分値・オフセット値保持部７に予め格納された上記（１）〜（５）の遷移状況にそれぞれ応じた積分値が、ＰＩＤ演算部５２に対して与えられるようになっている。すなわち、積分値・オフセット保持部７には、予めケーススタディして求められた、昇温期間▲１▼において安定制御が実行されているときの積分値（１’）、保温期間▲２▼（または▲８▼）において安定制御が実行されているときの積分値（２’）、昇温期間▲３▼において安定制御が実行されているときの積分値（３’）、成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）において安定制御が実行されているときの積分値（４’）、成形運転期間において安定制御が実行されているときの積分値（５’）が、それぞれ書き替え可能に記憶されており、上記（１）の場合には積分値（１’）が、上記（２）の場合には積分値（２’）が、上記（３）の場合には積分値（３’）が、上記（４）の場合には積分値（４’）が、上記（５）の場合には積分値（５’）が、ＰＩＤ演算部５２に取り込まれるようになっている。
【００２４】
そして、ＰＩＤ演算処理部５２は、積分値・オフセット値保持部７から取り込んだ積分値を、各温度制御期間における積分値の初期値として、ＰＩＤ演算を実行する。したがって、各温度制御期間の当初から安定制御時の積分値を用いることができ、各温度制御期間の当初から安定した操作量ｕを出力することが可能となる。よって、例えば、保温期間▲２▼（または▲８▼）から昇温期間▲３▼へ切り替えた際に、素早く応答して昇温させることが可能となり、また、成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）から成形運転期間▲５▼への切り替えた際に、オーバーシュートやアンダーシュートなどのない安定状態に直ちに移行できる。
【００２５】
出力変換生成部（通電率演算・出力生成部）５３では、ＰＩＤ演算部５２からの出力たる操作量ｕから、操作量→制御出力値の出力変換式（図１中の出力変換生成部５３のブロック内に示した演算式）によって、制御出力値ｙを算出する。この制御出力値ｙは、単位制御時間内におけるヒータ３への通電率（オン／オフの割合）を示すデータとなっており、これがヒータ通電出力作成部９に出力される。
【００２６】
この出力変換生成部５３には、ＰＩＤ演算部５２から出力される操作量ｕに応じてオフセット値（ヒータへの通電率を算出するための関数式のオフセット値）を算出してこれを自動更新する機能を具備している。本実施形態では、前記した（１）〜（５）の遷移の際（すなわち、前記したように、（１）昇温期間▲１▼が開始される際、（２）昇温期間▲１▼から保温期間▲２▼へ移行する際、（３）保温期間▲２▼（または▲８▼）から昇温期間▲３▼へ移行する際、（４）昇温期間▲３▼から成形温度待機期間▲４▼へ移行する際、（５）成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）から成形運転期間▲５▼へ移行する際）には、上位制御装置８からの指令に基づき、積分値・オフセット値保持部７に予め格納された上記（１）〜（５）の遷移状況にそれぞれ応じたオフセット値が、出力変換生成部５３に対して与えられるようになっている。すなわち、積分値・オフセット保持部７には、予めケーススタディして求められた、昇温期間▲１▼において安定制御が実行されているときのオフセット値（１”）、保温期間▲２▼（または▲８▼）において安定制御が実行されているときのオフセット値（２”）、昇温期間▲３▼において安定制御が実行されているときのオフセット値（３”）、成形温度待機期間▲４▼（または▲６▼）において安定制御が実行されているときのオフセット値（４”）、成形運転期間において安定制御が実行されているときのオフセット値（５”）が、それぞれ書き替え可能に記憶されており、前記（１）の場合にはオフセット値（１”）が、上記（２）の場合にはオフセット値（２”）が、上記（３）の場合にはオフセット値（３”）が、上記（４）の場合にはオフセット値（４”）が、上記（５）の場合にはオフセット値（５”）が、出力変換生成部５３に取り込まれるようになっている。
【００２７】
なお、図３は、オフセット値（ｏｆｆｓｅｔ）と操作量ｙとの関係を示す図で、本実施形態においては、オフセット値（１”）〜（５”）が各遷移の状態（１）〜（５）に応じて適正値に予め設定されているものである。
【００２８】
そして、出力変換生成部５３は、積分値・オフセット値保持部７から取り込んだオフセット値を、各温度制御期間におけるオフセットの初期値として、出力変換演算処理を実行する。したがって、各温度制御期間の当初から安定制御時のオフセット値を用いることができ、各温度制御期間の当初から安定した制御出力値ｙを出力することが可能となる。よって、各温度制御期間の当初から、オーバーシュートやアンダーシュートなどのない安定状態に直ちに移行できる。
【００２９】
出力変換生成部５３から出力される制御出力値ｙは、先にも述べたように、単位制御時間内におけるヒータ３への通電率を示す出力データとなっており、これがヒータ通電出力作成部９を介してヒータドライバ１０に供給される。ヒータドライバ１０では、ヒータ通電出力作成部９からの指令に基づき、ヒータをＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００３０】
かような構成と制御手法をとる本実施形態においては、ある温度制御期間から次の温度制御期間へ移行した際に、その移行当初から安定状態時の積分値とオフセット値とを用いた演算が可能となり、その移行した温度制御期間の当初から、過渡応答性よく、安定した温度制御を実行することが可能となる。
【００３１】
なお、上述した実施形態においては、加熱シリンダの温度制御を例にとったが、金型への温度制御にも、本発明は適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＰＩＤ制御を用いた温度制御において、ある温度制御期間から次の温度制御期間へ移行した際にも、その移行した温度制御期間の当初から、過渡応答性よく、安定した温度制御を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、加熱シリンダの温度フィードバック制御系を示す説明図である。
【図２】射出成形機における加熱シリンダの各温度制御期間の例を示す説明図である。
【図３】オフセット値（ｏｆｆｓｅｔ）と操作量との関係を示す説明図である。
【図４】一般的な温度フィードバック制御ブロックの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  加熱シリンダ
２  ノズル
３  ヒータ（バンドヒータ）
４  温度検知センサ
５  温度フィードバック制御ブロック（温度ＦＢ制御ブロック）
６  温度設定データ格納部
７  積分値・オフセット値保持部
８  上位制御装置
９  ヒータ通電出力作成部
１０  ヒータドライバ
５１  偏差検出部
５２  ＰＩＤ演算部
５３  出力変換生成部（通電率演算・出力生成部）
【図１】
0003753631.tif 000002
【図２】
0003753631.tif 000003
【図３】
0003753631.tif 000004
【図４】
0003753631.tif 000005