注塑過程是將熱塑性塑料或熱固性塑料先在加熱機筒中均勻塑化，然后由螺桿或柱塞推壓到閉合模具型腔中，經冷卻或加熱定型后得到所需塑料制品的成型過程。溫度控制是注塑機過程控制中最重要的內容之一，在實際生產過程中需要解決以下問題：
由于熔體等被控對象狀態的時變性、外界干擾因素復雜，導致對象模型參數難以確定，容易產生超調和振蕩、現場PID參數整定時間過長，很難達到理想的控制效果。同時，雖然液壓油溫度控制相對獨立，但其變化會影響液壓系統的流量及壓力穩定與注射速度的重復性，而模具的溫度變化則會影響制品的表面質量和制品的成型周期。傳統注塑機在溫度控制精度、穩定性和能耗控制等方面還需要進行改進和提升。
針對以上問題，我們開發的“網絡化注塑機溫度控制器”是基于飛升曲線參數自整定控制、神經元自適應PSD控制和模糊PID控制等技術，精確穩定地測量和控制料筒溫度、射嘴溫度、液壓油溫度和模具溫度，以實現無超調、解耦合、抗干擾、參數自整定等控制功能，達到提升成型質量、提高生產效率和節能降耗的目的。在滿足各行業對塑料制件個性化、精密化以及高速、高效、節能生產需求的同時，使國產注塑機走高端化、精密化路線，提高橡塑行業的自動化水平。
一、關鍵技術 為了解決注塑機中溫度控制的種種問題，我們研究高速總線技術、高精度溫度測量技術、無超調參數自整定控制技術、多溫區抗干擾解耦控制技術和可編程控制技術，開發D-BUS高速總線，支持倍福的EtherCAT協議，開發網絡化注塑機溫度控制器。在實現無超調、抗干擾、去耦合和節能降耗等溫度控制功能的同時，又可以作為I/O模塊與PAC互聯，完成自主溫度控制和輔助運動控制，實現完整的注塑機控制系統，達到降低生產成本、提升塑件質量的目的。
(1)高速總線技術
高速總線技術，由環型以太網和RS485總線雙網絡結構組成的D-BUS高速總線。環型高速以太網ReBUS使用IEEE802.3以太網規范構成環型拓撲結構，高速總線MB+采用1Mbps的RS485接口標準，通過雙冗余網絡實現網絡信息傳輸、故障偵測與冗余備份。ReBUS環型以太網的通信響應速度可達10us/100Bytes，滿足高速運動控制對網絡系統的高實時性要求。
MB+網絡結構采用主從通信方式，主站周期性地發送和接收數據，從站根據配置從報文指定位置讀取輸入數據，并回填輸出數據，然后將報文傳送至下一節點，依次循環。當報文回到主站接收端時，完成了各從站及I/O的數據刷新。
ReBUS總線采用環型拓撲結構，總線中設備如果出現故障將導致環路斷裂，數據同步報文無法到達主站，而采用高速MB+總線能實現故障偵測與冗余備份，保證了網絡的高速性和可靠性。
同時，D-BUS高速總線支持與倍福的EtherCAT互聯，使得網絡化溫度控制器可實現與倍福的工控機或I/O模塊直接連接，可作為I/O融入注塑機控制系統的運動控制部分。這種技術不僅可以將溫度參數作為運動控制的參考輸入，還可以連接編碼器、變頻器等傳感裝置和執行機構，為注塑機控制系統提供溫度控制和I/O功能。
(2)高精度溫度測量技術
溫度場擬合方法實現熱電偶冷端溫度補償，僅通過三點溫度的分布變化規律，建立由這三點確定的平面上溫度分布的數學模型，并通過最小二乘的方法處理實驗數據，求得模型的待定系數。建立二維平面溫度分布數學模型，自變量為已知的三點溫度，函數值是以這三點為頂點所確定矩形平面上任一點的溫度值。對于熱電偶的冷端接線端只處于一個平面上的產品，只需要測量其中三點的溫度，即可實現該平面上所有通道的熱電偶溫度補償。
(3)無超調參數自整定控制技術
無超調參數自整定PID控制方法可解決工藝參數配置復雜和溫度過沖的問題。采用雙PID環控制，內環準確檢測和控制發熱圈的溫度，外環準確地檢測和控制熔料溫度。采用飛升曲線法和Z-N公式來確定PID控制參數，即在熔料從冷態上升至設定值的過程中建立數學模型，獲取其動態模型參數，使用一階慣性加純滯后模型來近似表示系統模型，當確定模型中的放大系數、純滯后時間和時間常數后，即可根據Ziegler—Nichols經驗公式求得PID的三個參數。
(4)多溫區抗干擾解耦控制技術
采用神經元自適應PSD控制技術解耦，抵消各溫區的變化關聯，使包含解耦控制器在內的廣義對象傳遞函數變為對角陣，由此解除過程中的耦合，使各溫區控制系統變為單回路系統。針對注塑機料筒溫度非線性、時變性等特點，借助神經網絡的可訓練性和結構通用性，賦予其自適應能力，能逼近其任意溫區非線性函數，且不需要精確的對象模型，實現起來簡單方便，能夠滿足解耦控制要求。同時結合模糊PID控制算法進行控制，能較好地克服溫度控制對象的滯后問題，還能提高系統的控制精度和抗干擾能力。
(5)可編程控制技術
以控制器模擬量輸入輸出為基礎，參考IEC61499標準和IEC61131-3標準，通過無超調參數自整定PID控制功能塊、神經元自適應PSD控制功能塊、模糊PID控制功能塊，實現注塑過程的無超調溫度控制，通過可編程的方式解決不同物料類型、多種工藝參數的配置問題，提高注塑機控制系統的開發效率。
二、主要性能和創新之處
產品“網絡化注塑機溫度控制器”主要用于注塑機的料筒和射嘴溫度控制、液壓油溫度控制和模具溫度控制，主要性能如下：
(1)滿足工業級應用需求，產品通過電磁兼容測試、高低溫老化實驗和極限防護測試，工作環境溫度-40至85℃，濕度范圍95%不結露;
(2)網絡化溫度控制器具有CPU、網關、I/O與冗余控制功能，具有以太網、RS485和ZigBee通信接口，支持倍福的EtherCAT協議，通信周期≤2ms，模擬量輸入輸出穩定時間10us/8通道;
(3)編程語言支持IEC61131和IEC61499標準，支持無超調PID控制參數自整定、PWM和模擬量輸出、位置式和增量式PID控制;溫度控制精度達到±0.1℃;
(4)通過CE認證和RoHS認證，總體技術水平達到國際先進水平。
溫度場擬合方法實現熱電偶冷端溫度補償技術、無超調參數自整定控制技術、多溫區抗干擾解耦控制技術和可編程控制技術，提高了對注塑機溫度的測量和控制精度，基于溫度參數可對注射時間和分級注射進行優化，使得注射成型工藝參數的選定更具合理性，同時系統可以自適應不同的物料類型和環境條件，大大縮短試模和修模的時間，降低生產成本，保證熱塑過程的穩定性，顯著提高塑料制品的質量。無超調、解耦合、抗干擾和參數自整定是技術特色和創新點。
三、市場需求情況
我國塑料制品的總量雖然已經位居世界第二，但人均消費量僅40公斤，較美國、比利時、德國等發達國家差距達5倍之多。因此，我國塑料制品和塑料機械的市場需求還將繼續增長，并有很大的發展空間。整體來說，我國精密注塑成型裝備還處在起步階段，發展空間很大，高精密制品市場需求與日俱增，對精密注塑成型設備與技術的要求也不斷提高。
IARTF行業分析報告顯示，世界塑料加工機械近年來的年均產銷量為100億美元左右，其中近70億美元為進出口貿易，由此可見塑料加工機械在國際貿易中是一支比較活躍的力量。但我國塑料加工機械2016年的出口額還不到15億美元，僅占世界塑料加工機械出口額的10%。由于我國的塑料加工機械產品大部分處于仿制階段，目前僅能保有中低檔和通用型市場，雖然在國際上以低廉的價格占據一定優勢，但仍缺乏自主產權的核心技術和競爭力。
本產品具有結構緊湊、功能全面、使用方便、性能穩定等特點，專門針對橡塑行業應用需求，強化了網絡通信、分布式可編程控制、控制參數自整定、無超調控制等功能。據我們估計，經過機電配套和工程項目應用，本產品將在國際市場上以高性價比的優勢站穩腳跟，而且可以替代進口產品。
