Система управления режимом вулканизации изделий Советский патент 1985 года по МПК B29C35/00 G05D23/22 B29K19/00 B29L30/00 

Изобретение относится к технике вулканизации изделий и предназначено для управления режи,мом вулканизации изделий, в частности покрышек автомобильных шин.

Известна система для управления режимом вулканизации резиновых изделий, содержаш,ая последовательно включенные блок преобразователей, модель изделия, блок расчета степени вул канизации, селектор экстремального сигнала и блок сравнения, выход которого.является выходом сиетемы 1 .

Недостатком этой системы является невысокая точность определения продолжительности процесса из-за невозможности прогнозирования довулканизации изделий при их охлаждении вне оборудования.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система управления режимом вулканизации изделий, содержащая последовательно включенные блок преобразователей, модель, блок определения степени вулканизации, сумматор, блок сравнения и вычислительный блок.

В этой системе вычислительный блок подключен между вторым выходом модели и вторым входом сумматора, а выход блока сравнения является выходом системы. Последняя позволяет точно определять момент подачи сигнала на проведение заключительных операций режима вулканизации изделий за счет вычисления степени довулканизации изделий, как функция температуры в лимитирующей процесс точке изделия (модели). .Эта величина суммируется с текущей степенью вулканизации, в результате чего при определении момента проведения заключительных операций режима осуществляется прогнозирование прироста степени вулканизации изделия при его охлаждении 2.

Недостатком известной системы является невысокая точность определения степени довулканизации изделия и, следовательно, регулирования режима вулканизации в целом, поскольку степень довулканизации является функцией не только температуры на лимитирующем {например, наиболее прогреваемом) участке, а и функцией распределения температур по профилю изделия к моменту его охлаждения.

Цель изобретения - повышение точности определения продолжительности процесса вулканизации.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую последовательно включенные блок преобразователей, модель, блок определения степени вулканизации, сумматор, блок сравнения и вычислительный блок, введены дополнительная модель для моделирования процесса довулканизации изделия при охлаждении вне оборудования, блок ключей, задатчик граничных условий

в дополнительную модель, блок запоминания и хранения информации, таймер и формирователь импульсов, причем блок запоминания и хранения информации подключен выходом к второму входу сумматора, первы.м входом - к выходу вычислительного блока, вторым входом - к входам задатчика и формирователя импульсов, управляющему входу блока ключей и к выходу таймера, третьим входом - к выходу формирователя импульсов, а второй выход основной модели через блок ключей подключен к первому входу дополнительной модели, которая выходом подключена к входу вычислительного блока, вторым входом - к выходу аадатчика.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - электрическая схема блока записи и хранения информации; на фиг. 3 - временная диаграмма работы системы.

Система управления режимом вулканизации изделий содержит блок 1 преобразователей, основную модель 2, блок 3 определения степени вулканизации, сумматор 4, блок 5 сравнения, вычислительный блок 6, блок 7 ключей, дополнительную модель 8 для моделирования процесса довулканизации изделия вне оборудования, задатчик 9 граничных условий в дополнительную модель, блок 10 запоминания и хранения инфор.мации, таймер 11 и формирователь 12 импульсов.

Блок 10 запоминания и хранения информации подключен выходом к второму входу сумматора 4, первым входом к выходу вычислительного блока 6, вторым входом - к входам задатчика 9 и формирователя 12 импульсов, управляющему входу блока 7 ключей и к выходу таймера 11, третьим входом - к выходу формирователя 12 импульсов, а второй выход основной модели 2 через блок 7 ключей подключен к первому входу дополнительной модели 8, которая выходом подключена к входу вычислительного блока 6 а вторым входом - к выходу задатчика 9.

Электрическая схема блока 10 записи и хранения информации (фиг. 2) включает ключи 13 и 14, резисторы 15 и 16, буферные усилители 17 и 18 и конденсаторы 19 и 20.

Модель 2 предназначена для моделирования процесса вулканизации изделия в оборудовании в реальном относительно технологического процесса масштабе времени. Модель 8 предназначена для моделирования (прогнозирования) температур в изделии при его довулканизации на стадии охлаждения, в качестве,ее может быть использована, например, электрическая сеточная RC-модель, и работает в отличие от основной модели 2 в ускоренном относите„1ьно реального процесса масштабе времени. Вычислительный блок 6 предназначен для расчета степени довулканизации при охлаждении, являюодейся функцией температуры, определяемой на дополнительной модели 8. Блок 7 ключей предназначен для дискретного по времени задания распределения напряжений (температур) из узловых точек пёрвой модели 2, на которой определяются температурные поля в изделии при вулканизации в оборудовании в соответствующие узловые точки дополнительной модели 9, где моделируются температурные поля на стадии довулканизации изделия в процессе его охлаждения вне вулканизационного оборудования. Задатчик 9 периодически воспроизводит на втором входе модели 8 изменение по напряжению сигналов, пропорциональных коэффициентам теплоотдачи с внешней и внутренней сторон охлаждаемого изделия при заданной температуре окружающей среды, т. е. блок 9 на своем выходе в масштабе времени работы модели 8 формирует такой закон изменения напряжения, который соответствует изменению граничных условий (ГУ) третьего рода -при охлаждении изделия вне оборудования - изменению коэффициентов теплоотдачи с внешней и внутренней сторон изделия при заданной температуре окружающей среды. Поскольку температура в изделии при его охлаждении вне оборудования является функцией начального (перед выгрузкой) распределения температур, то для прогнозирования довулканизации изделия требуется периодическое воспроизведение распределения температур в узловых точках второй модели 8 по соответствующим температурам в узловых точках первой модели 2. Это воспроизведение или «повторение температур (напряжений) между узловыми точками обеих моделей осуществляется блоком 7 ключей, которые через определенные (задаваемые таймером 11) интервалы времени соединяют соответствующие узловые точки и температуры (напряжения) первой модели «повторяются на второй. В следующий момент ключи блока 7 размыкаются и на второй модели 8 в быстром масщтабе времени моделируется охлаждение изделия вне оборудования. Таймер 11 предназначен для организации такой последовательности работы элементов 7, 8, 10 и 12 системы, которая на каждом шаге квантования по времени осуществляет моделирование процесса теплопроводности при ГУ третьего рода и прогнозирование довулканизации изделия. Таймер 11 выполняет обычные для всех таймеров функции формирует через заданные интервалы времени на своем выходе сигналы (импульсы). например, прямоугольной формы. Формирователь 12 импульсов и блок 10 запоминания и хранения информации предназначены для формирования на втором входе сумматора сигнала, пропорционального степени довулканизации, как функции распределения температур по профилю изделия перед его охлаждением. Блок 5 сравнения предназначен для сравнения постоянно в нем присутствующей эталонной уставки с сигналом, вырабатываемым на выходе сумматора 4 и пропорциональным суммарной величине степени вулканизации и довулканизации изделия. Система работает следующим образом. Сигналы от датчиков температуры теплоносителей на оборудовании (не показано) через блок 1 преобразователей в качестве ГУ первого рода поступают на вход основной модели 2 (используется, например, электрическая сеточная RC-модель), на которой решается уравнение теплопроводности Фурье. На ее выходе формируется сигнал, пропорциональный температуре в лимитирующей (наименее прогреваемой) продолжительность режима вулканизации точке. По величине этого сигнала в блоке 3 в соответствии с известными выражениями рассчитывается текущая степень вулканизации изделия в реальном относительно процесса в оборудовании масштабе времени. Из блока 3 сигнал далее поступает на первый вход сумматора 4. На каждый предыдущий период времени таймер 11 реализует режим ввода в дополнительную модель 8 начальных условий (НУ). При этом он замыкает ключи блока 7, приводит задатчик 9 функциональных преобразователей в состояние, при котором сигнал на его выходе отсутствует, а на второй вход и через формирователь 12 импульсов третий вход блока I1 запоминания и хранения информации поступают сигналы, запрещающие ввод по первому входу сигнала от вычислительного блока 6. В каждый последующий период времени таймер 11 реализует режим ввода ГУ третьего рода по второму входу задатчика 9, где формируются сигналы, пропорциональные изменению коэффициентов теплоотдачи на поверхностях изделия при его охлаждении в ускоренном относительно реального процесса в оборудовании масщтабе времени, В этом же масштабе времени на выходе дополнительной модели 8 вырабатывается сигнал, пропорциональный температуре на лимитирующем участке изделия, который поступает на выход вычислительного блока 6, где вычисляется степень довулканизации. Сигналы таймера II, поступающие на второй вход блока 10 запоминания и хранения информации, разрешают ввод информации по первому его входу от вычислительного блока 6. При переходе из режима ГУ в режим НУ формирователь 12 импульсов формирует короткий управляющий импульс, поступающий на третий вход блока 10. При этом на выходе блока 10 запоминается информация, присутствующая на первом входе. Электрическая схе.ма блока 10. запоминания и хранения информации (фиг. 2) работает следующим образом.

В одном из периодов работы таймера 11 (режим ГУ) импульс с его выхода поступает на второй вход блока 10, ключ 13 включен и сигнал на первом входе повторяется на конденсаторе 19. По окончании импульса управления на втором входе, В момент появления короткого импульса на третьем входе, ключ 13 размыкается и запомненное на конденсаторе 19 значение напряжения через буферный усилитель 17 с высоким входным сопротивлением поступает на конденсатор 20 через резистор 16. Коротк-ий импульс на третьем входе формируется по заднему фронту импульса в периоде. ГУ, поступающего от таймера 11. После окончания импульса на третьем входе запомненное на конденсаторе 20 напряжение через буферный усилитель 18 поступает на выход блока 10.

Таким образом, прогнозирование моделируемого процесса, а следовательно, и расчет степени довулканизации изделия осуществляется периодически за каждый такт (период) работы таймера 11 и на выходе блока 10 запоминания и хранения информации формируется сигнал, пропорциональный степени довулканизации, как функция текущего распределения температур по профилю изделия. Этот .сигнал поступает на второй вход сумматора 4. В сумматоре 4 суммируются сигналы от блоков 3 и 6, пропорциональные степени вулканизации и довулканизации изделия, а на выходе его вырабатывается сигнал, пропорциональный их суммарной величине.

Таким образом, на вход блока 5 сравнения поступает от модели 2 постоянно возрастающий в процессе вулканизации сигнал, пропорциональный степени вулканизации изделия на оборудовании, к которому, через период квантования, периодически прибавляется сигнал, пропорциональный степени довулканизации, вычисляемой по информации от второй модели 8. Поэтому на выходе сумматора 4 присутствует скачкообразно возрастающий во времени сигнал, который в момент скачка соответствует суммарной (с учетом довулканизации) величине степени вулканизации. Величина эталонной уставки присутствует, как указывалось, в блоке 5 постоянно. В момент достижения суммарной величиной на выходе сумматора 4 значения эталонной уставки на выходе блока 5 сравнения вырабатывается сигнал управляющего воздействия на заверщение режима вулканизации изделий.

Использование предлагаемой системы для управления режимом вулканизации покрыщек автомобильных щин типоразмера

260-508 Р позволяет за счет повышения точности регулирования процесса сократить продолжительность цикла в среднем на 3- 5°/о по сравнению с известным при одновременном повыщении однородности вулканизируемых изделий.

Преимущества использования предлагаемой системы вытекают из следующих положений.

И в известной и в предлагаемой системах продолжительность режима вулканизации Г определяется моментом достижения в изделии с учетом его довулканизации степени вулканизации . где Som. - опти.мальная величина показателя. Известно, что S является функцией температуры f для конт0 ролируемой точки изделия.

Отсюда очевидно, что точность определения S и, следовательно, возможное сокращение 2 непосредственно зависят от точности определения t (t) в контролируемой точке изделия.

В известной системе степень довулканизации определяется как функция температуры в одной точке однозначно, что возможно в предложении с равномерным прогревом по всему его профилю. В предла ае0 мой системе прогнозирование степени довулканизации осуществляется посредством моделирования поведения объекта на второй модели по фактическому текущему распределению температур по профилю изделия. Покажем, что t (С) в контролкруемой точке различно для случаев равномерного и переменного распределения температур по профилю вулканизируемого изделия. Для этого воспользуемся преобразованиями уравнения Фурье для одноименного теплового потока:

0 а JH dt

lu Sv-После разложения в ряд Тэйлора t (х,С) по t, пренебрегая малыми членами ряда после указанных преобразований, получаем

5 /а t t(x,C-t-At-t(x,r) . /хД-

fd4 t(X-bAX,t)-2t(X,C)-ht(X-AX,r)

( )2

0 Подставив два последних выражения в уравнение Фурье, получим:

tu-t-Ax,-r)-2t(x,rj+t(x-Ax,i:) (дх)

.H- ACJ-tCx.C)

адт

Тогда, для частного случая

t(x,) (X-Ax,t)-bt (x+AX.t)

T. e. для простейшего случая показано, что температура в точке х. в каждый последующий момент времени (€+дТ) равна средней величине из температур -(х-дх, Г) и 1(л: + дл:, t) в соседних точках в предыдущий момент времени t и, следовательно, зависимости t(t;), определенные при использоваНИИ известного (равная температура в соседних точках) и предлагаемого объекта (в общем случае переменная температура), приведут к различным значениям степеней вулканизации S и 5л.с соответственно. Раз-, ность этих значений|5и-Sn. определяет повыщение точности регулирования и возможный резерв сокращения режимов вулканизации изделий.

W/, Режим

Режин ббоаа

Выход

ГУ

ui.2

ноделироВанм (;анизсги и ujff&fu ffs. oSopijdoSaHM

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ВУЛКАНИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ, содержаш,ая последовательно включенные блок преобразователей, модель, блок определения степени вулканизации, сумматор. блок сравнения и вычислительный блок, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности определения продолжительности процесса вулканизации, в нее введены дополнительная модель для моделирования процесса довулканизации изделия при охлаждении вне оборудования, блок ключей, задатчик граничных условий в дополнительную модель, блок запоминания и хранения информации, таймер и формирователь импульсов, причем блок запоминания и хранения информации лодключен выходом к второму входу сумматора, первым входом - к выходу вычислительного блока, вторым входом - к входам задатчика и формирователя импульсов, управляющему входу блока ключей и к выходу таймера, третьим входом - к выходу формирователя импуль(Л сов, a второй выход основной модели через блок ключей подключен к первому входу дополнительной модели, которая выходом подключена к входу вычислительного блока, a вторым входом - к выходу задатчика. Bbfwd со