Устройство для регулирования режимов вулканизации изделий Советский патент 1984 года по МПК G05B13/00 

f1 Изобретение относится к устройствам для регулирования режимов вулканизации изделий (в частности, покрышек автомобильных шин) при поточном способе производства и может быть ис пользовано для управления другими производственными процессами, описываемыми уравнениями в частных производных,, типа Фурье. Известно устройство для контроля степени вулканизации, содержащее дат чий температуры, устанавливаемый в заданной точке изделий, и блок расчета показателя степени вулканизации в котором проис зодит сравнения текущего и заданного показателей 1 3. Известно также устройство для моделирования теплопроводности и вулканизации покрышек, содержащее после довательно включенные преобразователи сигналов датчиков температуры, моделирующую RC-сетку и компаратор, сравнивающий текущий сигнал с заданным от блока уставок, а также блок контроля и регистрации параметров, на который поступают сигналы с выхода моделирукицей КС-сетки, блока определения степени вулканизации и блока уставок С2. Управление режимами работы модеэтирующей RC-сетки и блока определения степени вулканизации осуществляется по сигналу от реле срабатывающего при закрытии и открытии вулканизационного пресса. На выходе компаратора, являющемся выходом устройства, формируется управляющее воздей ствие на окончание цикла вулканизаци покрьшки. В устройствах Cl 3 и fZJ время вул канизации зависит от температуры на греющих изделие поверхностях оборудо вания со стороны прессформы и диафра мы. При колебаниях температуры тепло носителей, имеющих место на оборудова-i НИИ,сигнал на проведение заключительных операций режима вулканизации подается на исполнительные механизмы в различное время. Это приводит, к невозможности использования указанных устройств для управления режимами вул. канизации изделий на поточной линии, где цикл вулканизации является посто янной величиной, заранее рассчитанно исходя из наихудших температ урных ус ловий на кэяздой единице оборудования Наиболее близким по технической сущности к 11редлагаемому является ус ройство для решения обратных задач 82 нестационарной теплопроводности, содержащее сеточные модели, которые могут представлять собой две части общей сеточной модели объекта исследования, функциональные преобразователи, дифференциальные усилители, управляемое сопротивление и управляемые стабилизаторы тока. В этом устройстве нестационарность в граничных условиях компенсируется изменением исходного коэффициента теплообмена за счет минимизации разности заданной и моделируемой температур во внутренней точке объек,та. Аналогом искомой величины, например, интенсивности теплообмена может быть скважность сигнала (значение ее может быть вьщелено любым из известныз методов, например выделением среднего), управляющего коэффициентом теплообмена. Таким образом, решение задачи состоит в отыскании граничных условий, компенсирующих известное отклонение температуры внутри изделия СЗ . Недостатком этого устройства является наличие динамической ошибки, обусловленной низким петлевым коэффи1щентом усиления из-за инерционности и запаздывания части модели объекта управления. Увеличение петлевого коэффициента усиления за счет повьшения коэффициента усиления дифференциального усилителя, минимизирующего ошибку, приводит к низкому качеству регулирования. Недостатком устройства является также невозможность прогнозирования изменения температуры во внутренней точке изделия на определенный интервал времени при фактических температурах теплоносителей на оборудовании, что снижает точность регулирования режимов вулканизации при поточном производстве изделий. Цель изобретения - повьщтение точности регулирования режимов вулканизации изделий в условиях их поточного производства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования режимов вулканизации изделий, содержащее два дифференциальных усилителя, входы первого из которых соединены с выходами первого функционального преобразователя и первого управляемого стабилизатора тока, управляемое сопротивление, выход которого соединен с первьв4 входом первой сеточной модели, второй вход которой соединен с выходом первого упр 1Вляёмого стабили3затора тока, второй управляемый стабилизатор тока и вторую сеточную модель, первый вход которой подключен к первому датчику температуры, второй - к выходу второго управляемого стабилизатора ;тока и первому входу второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразо вателя, а также второй функциональный преобразователь, дополнительно содержит сумматсф, третью сеточную модель, второй датчик температуры, блок концевых выключателей, блок управляемых ключей, таймер, формирователь импульсов, первый и второй блоки записи и хранения информации, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго функционального преобразовате ля, первый вход третьей сеточной модели соединен с выходом второго датчика температуры и сигнальным.входом управляемого сопротивления, второй с вьлсодом блока концевых выключателей и входами первого и второго функциональных преобразователей, сигнальные входы блока управляемых ключей соединены с соответствующими выходами третьей сеточной модели, а выходы - с третьимивходами первой и второй сеточных моделей, выход таймера подключен к управляющим входам блока ключей, четвертым входам первой и второй сеточных моделей и входу формирователя импульсов, сигнальный вход первого блока записи и хранения ин формации соединен с выходом первого дифференциального усилителя, первый управляющий вход первого блока записи и хранения информации соединен с выходом формирователя импульсов, а второй управляющий вход - с выходом таймера, а вйход - с вторым входом сумматора и управляющим входом управ ляемого сопротивления выход второго блока записи и хранения информации соединен с входами первого и второго управляемых стабилизаторов тока« пер вый управляющий вход - с выходом фор мирователя импульсов, второй управля ющий вход - с выходом таймера а сйг нальный вход - с выходом второго дйф ференциального усилителя. На фиг.1 изображена функциональна схема предлагаемого устройства-, на фиг.2 - вариант выполнения электрической схемы блоков записи и хранения информации на фиг.З - вариант вьшолненил электрической схемы сов118 4 местно работающих блоков: управляемого стабилизатора тока, сеточных моделей, таймера, блока.управляемых ключей. Устройство содержит первый и второй дифференциальные усилители 1 и 2, первый функциональный преобразователь 3, первы управляемый стабилизатор 4 тока, управляемое сопротивление 5, первую сеточную модель 6, вторрй управляемый стабилизатор 7 тока, вторую сеточную модель 8j первый датчик 9 температуры, второй функциональный преобразователь 10, сумматор 11, третью сеточную модель 12, второй датчик 13 температуры, блок 14 концевых выключателей, блок 15 управляемых ... .. ключей, таймер 16, форм рователь 17 импульсов, первый и второй блоки 18 и 19 записи и информации. Электрическая схема блоков 18 и 19 записи и хранения информации (фиг.2) содержит управляемый ключ 20, резистор 21, конденсатор 22, операционный усилитель 23, резистор 24, управляемый ключ 25, операционный усилитель 26, конденсатор 27, первый управляющий вход Х2, второй управлякиций вход Х2, сигнальный вход ХЗ. Электрическая схема блоков 10 и 11, связанных с блоками 2,5 и 6 (фиг.З) содержит резистор 28, операционный усилитель 29, полевой транзистор 30, резисторы 31, конденсатор 32, ключ 33, операционный усилитель 34, конденсатор 35, резисторы 36, ключ 37... Предлагаемое устройство работает следукицим образом. Третья сеточная модель 12 моделирует неизотермические Т(Т) условия вулканизации изделия в реальном масштабе времени. Первая и вторая сеточные модели 6 и 8 представляют собой отдельные части одной сеточной модели, моделирующей эти условия в ускоренном масштабе времени. При этом первая сеточная модель 8 отображает изменение температур в области изделия от диафраг а|| до какой-то внутренней точки А, для которой Т (и) задано. Вторая сеточная модель 8 моделирует температурные условия в области между внешней поверхностью изделия и точкой А. Таймер 16 определяет период работы первой и второй сеточных моделей 6 и 8. В первый полупериод работы таймера 16 сеточные модели 6 и 8 переходят в режим НУ-ввода начальных условий, при котором в узловые точки 510 моделей 6 и 8 вводятся через блок 15 управляемых ключей напряжения из соответствующих узловых точек третьей сеточной, модели 12, Во второй полупе риод работы таймера 16 первая и вторая сеточные модели 6 и 8 переводятся в режим ГУ-отработки граничных условий, подаваемых от второго датчика 13 температуры на первый вход третьай сеточной модели 12 и через управляемое сопротивление 5 на первы вход первой сеточной модели 6, а от первого датчика 9 температуры - на второй вход третьей сеточной модели 12 и первый вход второй сеточной модели 8. Управляемое сопротивление 5 предназначено для моделирования коэф фициента теплообмена на первой сеточ ной модели 6. Первый и второй функци ональные преобразователи 3 и 10 формируют напряжения, моделирующие эталонные изменения Т (Т) на границе и во внутренней точке А изделия. В режиме НУ на вторые управляющие входы блоков 18 и Г9 записи и хранения информации от таймера 16 поступает сигнал, запрещающий ввод информации от дифференциальных усилителей 1 и 2, соответственно. В режиме ГУ первая и вторая сеточные модели 6 и 8 моделируют Т (f) в точке А изделия, а в блоках 18 и 19 записи и хранения информации запоминаются текущие значения сигналов, пропорциональных разностям сигналов на входах дифференциальных усилителей 1 и 2 соответственно. При переходе из режима ГУ в режим НУ на выходе формирователя 17 импульсов формируется короткий управляющий импульс и в блоках 18 и 19 запоминания и хранения информации запоминат ется сигнал.Уд, пропорциональный измеренной разности температур. Если , то температура среды равна заданной, т.е. равна температуре, задаваемой вторым функциональным преобразователем 10. Если , то первый дифференциальный усилитель 1 минимизирует разность напряжений V, одно из которых вьфабатывается первым функ циональным преобразователем 3, а второе измеряется во внутренней точке А на втором входе первой сеточной модели 6. В конце каждого периода работы таймера 16 запомненное значение V поступает на управляющий вход управля емого сопротивления 5, формирующего 86 на своем выходе сигнал, компенсирующий Уд. Работа первого и второго блоков 18 и 19 записи и хранения информации (фиг.2) заключается в следующем. В Одном из периодов работы таймера 16 (режим ГУ) импульс с его выхода поступает на управляющий вход Х2, ключ 20 включен, и входной сигнал ХЗ (V.) повторяется на конденсаторе 22. По окончании импульса управления ключ 20 размыкается и запомненное значение напряжения через усилитель 23 с высоким входным сопротивлением поступает на конденсатор 27 через резистор 24 в момент формирования короткого импульса (на входе XI) по заднему фронту импульса режима ГУ формирователя 17 импульсов (фиг.1). После окончания этого импульса запомненное значение напряжения V. через повторитель 26 напряжения с высоким входным сопротивлением поступает на вход блока 18 (19) записи и хранения информации, и изменяется коэффициент передачи управляемого сопротивления 5. В следующем периоде работы таймера 16 (режим ГУ) моделирование процесса вулканизации происходит с учетом коррекции в граничных условиях. Следовательно, в предлагаемом устройстве осуществляется прогнозирование поведения моделируемого процесса на один такт работы первой и второй сеточных моделей 6 и 8, определяемый таймером 16. Процессы поиска граничных условий циклически повторяются относительно реального процесса вулканизации, моделируемого третьей сеточной моделью 12. Работа управляемого стабилизатора 7 тока, второй сеточной модели 8, третьей сеточной модели 12, блока 15 управляемых ключей и таймера 16 заключается в cJ|eдyющeм. В режиме НУ в узловую точку модели 8 через буферный каскад, вьшолненньй на операционном усилителе 34, нанапряжение на узловой точке А модели 12 через вводится в узловую точку А модели 11. Напряжение на конденсаторе 35 равно напряжению Уд. Ключ 37 разомкнут и напряжение У, не поступает на резистор R, ли 8. В режиме ГУ ключ 37 замкнут, ключи 33 разомкнуты. Напряжение в точке А модели 8 равно , tт (-R(t)(riaf, I354 ; 35.35 J (,, ток 1д() задается стабилизатором 7 тока с истока полевого транзистора 30. Если V(.(r), то . Если V(f)V (С) ,то и напряжение резисторе равно V. Величи на тока i «ГдСЕО-ХдХ устанавливается такой величины, чтобы обеспечилось равенство V(r)V(C). Если изменение напряжения пропорциональное температуре на выходе первого датчика 9 температуры, отличается от заданного, то закон изменения напряжения д(С) отличается от V(f), а равенство V(f) нарушается. Управляющее напряжение на выходе операционного уси лителя 29 изменяется таким образом, чтобы сопротивление стока-истока установилось такой величины, чтобы обеспечить равенство V2Q(r)Vx(T) в соответствии с (1). Таким образом, изменения составляющей тока ij через конденсатор 35,- в точке А модели 8 вызванное, например, изменением внеш ней температуры, приводит к изменени составлянмцей тока и компенсиру ется изменением .составляющей i(f), а закон изменения напряжения ) в соответствии с (1) остается неизменнымПетлевой коэффициент усиления К (р) в замкнутом контуре обратной связи первого дифференциального уси- лителя 1 для прототипа и предлагаемо го устройства равен ()(p)w:,(p). ; где (p),N,,,((P) 1188 передаточньш функции управляемого сопротивления 5, первой сеточной модели 6, первого дифференциального усилителя t и первого блока 18 записи и хранения информации соответственно, р - оператор Лапласа. Передаточная функция по ошибке W.(p) в контуре обратной связи дифференциального усилителя 1 равна 4И-17 Петлевые коэффициенты усиления в контуре обратной связи дифференциального усилителя 1 для предлагаемого устройства - к (р) и прототипа ): К( , .), I где Wg ip) и Wg (pl - передаточные . функции первой сеточной модели 6 в предлагаемом устройстве и в прототипе соответственно. Сеточная модель 6 в предлагаемом устройстве работает в ускоренном в tn раз (m7l) по сравнению с прототипом масштабе времени, т.е. по теореме масштабирования преобразователя Лапласа f(f)( и следовательно ;кУ) Чьр) |К(Р) Ч(Р1 Таким образом, значение, передаточной функции по ооибке VV. (р) в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом снизилось, а точность регулирования режимов вулканизации в условиях их поточного производства стала выше.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ВУЛКАНИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ, содер, жащее, два дифференциальных усилителя, входы первого из которых соединены с выходами первого функционального преобразователя и первого управляемого стабилизатора тока, управляемое сопротивление, выход которого соеди нен с первым входом первой сеточной модели, второй вход которой соединен с выходом первого управляемого стабилизатора тока, второй управляемый стабилизатор тока и вторую сеточную модель, первый вход которой подключен к первому датчику температуры, второй - к вьгходу второго управляемого стабилизатора тока и первому входу второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого функхщонального преобразователя, а также второй функциональный преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования режимов вулканизации изделий в условиях их поточного производства, оно дополнительно содержит сумматор, третью сеточную модель, второй датчик температуры, блок концевых выключателей, блок управляемых ключей, таймер, формирователь импульсов, первый и второй блоки записи и хранения информа- . ции, причем первый вход сумматора подключен к.выходу второго функционального преобразователя, первый вход третьей сеточной модели соединен с выходом второго датчика температуры и сигнальным входом управляемого сопротивления, второй - с выходом блока концевых выключателей и входами первого и второго функциональных преобразователей, сигнальные входы блока управляемых ключей соединены с соответствующими выходами третьей сеточной модели, а выходы - с тре(Л тьими входами первой и второй сеточных моделей, выход таймера подключен к управляющим входам блока ,управляемых ключей, четвертым входам первой и .е второй сеточных моделей и входу форми рователя импульсов, сигнальный вход первого блока записи и хранения информации соединен с выходом первого СО дифференциального усилителя, первый управляющий вход первого блока записи и хранения информации соединен с выходом формирователя импульсов, а 00 второй управляющий вход - с выходом таймера, а выход - с вторым входом сумматора и управляющим входом управляемого сопротивления, выход второго блока записи и хранения информации соединен с входами первого и второго управляемых стабилизаторов тока, первый управляющий вход - с выходом формирователя 1лщ1упъсов, второй управляющий вход - с выходом таймера, а сигнальный вход - с выходом второт го дифференциального усилителя.