Система контроля технологических параметров оборудования для производства рулонного материала Советский патент 1991 года по МПК B65H43/00 E02F3/88 

СП

с

Изобретение относится к средствам контроля параметров технологического процесса при производстве рулонных материалов типа искусственной кожи и пленочных материалов, а именно скорости их перемещения в процессе производства. Целью изобретения является расширение технологических возможностей системы. Система содержит датчики, переключатель ситуаций, переключатель режима работы, вычислительный блок скорости материала, блоки индикации ситуаций, блок определения ситуаций, блок сравнения совпадений, блок эталонных скоростей. Система позволяет имитировать разные ситуации неисправностей оборудования, в режиме обучения запоминать, определять их, выявлять и индицировать неисправности оборудования в процессе работы. 1 ил

Изобретение относится к средствам контроля параметров технологических процессов производства рулонных материалов типа искусственной кожи (ИК), пленочных материалов(ПМ) и может найти применение в легкой промышленности

Известно устройство для измерения скорости движения обьекта, содержащее 2 расположенных один з.а другим в направлении движения материала измерительных датчика. Датчики вырабатывают соответствующие физической структуре обьекта и сдвинутые один относительно другого на время пробега Т недетерминированные сигналы. Сигнал, выработанный первым датчиком, с целью ею коррекции подается на включенный за первым датчиком блок обработки сигналов В блоке обработки указанный сигнал при помощи звена задержки

автоматически задерживается на имитируемое время г пробега, обратно пропорциональное скорости обьекта Сигнал задерживается до тех пор, пока средне- к адратичное отклонение обоих сигналов не достигает максимума.

Этому устройству, как и любому, использующему корреляционный метод обработки информации, присущи следующие недостатки, делающие его непригодным для контроля движения материалов типа искусственной кожи (ИК) и пленочных материалов (ПМ) на работающем со скоростью до 100 м/мин оборудовании, а именно высокие требования к стационарности входных сигналов; высокие требования к ширине и положению полосы частот их спектров

Поскольку при указанных технологических процессах частоты спектров лежат в

О

Оч XI

диапазоне нескольких герц, то для получения информации о скорости материала, обработка низкочастотного процесса должна выполняться в течение нескольких минут. Это недопустимо сточки зрения требования к точности и динамическим характеристикам устройства.

Известно устройство для измерения скорости движения твердой фазы пульпы земснаряда, в работе которого использует- I ся дискретно-непрерывный вероятностный метод (ДН В метод) обработки информации. Устройство позволяет определять скорость движения твердой фазы пульпы, нанося на локальные обьемы пульпы метки (запоминая физическое состояние локального объема) с дальнейшим распознаванием метки на фиксированном (базовом) расстоянии. Устройство имеет блока для определения доминирующей частоты спектра процесса, что позволяет повысить помехозащищенность. Устройство, использующее ДНВ метод, имеет высокие динамические характеристики (позволяет производить десятки измерений скорости в секунду), что делает указанный метод измерения предпочтительным длячсоздания системы.

Однако использование этого устройства для измерения параметров движения рулонных материалов типа ИК и ПМ не позволяет получить достаточную полную картину технологического процесса и состояния технологического оборудования, поскольку устройство не содержит элементов, позволяющих получать информацию о динамических характеристиках технологического процесса, не содержит средств контроля выработки материала и диагностики состояния технологического оборудования, что не позволяет оптимизировать процесс производства,

Предлагаемая система контроля параметров движения рулонного материала, помимо измерения скорости движения материала, содержит средство для определения и индикации длины материала, элементы для определения динамических характеристик процесса и, кроме того, блок определения состояния технологического оборудования путем выделения доминирующей частоты реальной ситуации и сравнения ее с эталонной, соответствующей конкретному состоянию оборудования.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей системы.

Указанная цель достигается тем, что система контроля технологических параметров оборудования для производства рулонного материала, содержащая два измерительных датчика, расположенных на

одной линии на фиксированном расстоянии друг от друга вдоль направления движения материала, подключенных к двухканально- му коммутатору, выход которого соединен

с входом измерительного преобразователя, выход которого подключен к входу управляемого узкополосного фильтра, выходом соединенного с входом элемента дифференцирования, выход которого под0 ключей к первым входам соответственно двухканального элемента сравнения и двухканального элемента -памяти, выходы последнего соединены с вторым и третьим входами двухканального элемента сравне5 ния, выходы которого подключены к входам элемента совпадения, выходом соединенного с входом счетчика времени и узла управления, выход последнего подключен к второму входу двухканального элемента па0 мяти, четвертому входу двухканального элемента сравнения, входу двухканального коммутатора и второму входу счетчика вре- . мени, причем выход управляемого узкополосного фильтра соединен соответственно

5 с пятым входом двухканального элемента сравнения и третьим входом двухканального элемента памяти, а второй вход управляемого узкополосного фильтра соединен с выходом блока управления фильтром,

0 входы которого связаны соответственно с выходами узла управления и блока определения доминирующей частоты, входы которого связаны с выходами многоканального спектроанализатора-коррелятора,

5 входом связанного с выходом измерительного преобразователя, дополнительно снабжена блоком индикации ситуации, блоком сравнения-совпадения, блоком записи ситуации и блоком эталонных скоростей, при

0 этом блок индикации ситуации включает - элемент дифференцирования, элемент интегрирования, индикаторы скорости, ускорения и длины и индикатор ситуации, причем выход счетчика времени связан с

5 входами элемента дифференцирования; элемента интегрирования и индикатором скорости, выход элемента дифференцирования связан с входом индикатора ускорения, выход элемента интегрирования

0 связан с входом индикатора -длины, блок сравнения-совпадения состоит из схем сравнения ситуаций, блок записи ситуации включает двухвходовой элемент ИЛИ с инверсией по входу, связанный прямым и ин5 версным входами с выходом элемента дифференцирования, элемент И, первый вход которого связан с выходом двухвходо- вого элемента ИЛИ, а второй с источником постоянного единичного уровня, а также схемы сравнения скорости и элементы памяти ситуации, при этом число схем сравнения скорости равно числу выходов блока эталонных скоростей и каждый выход последнего связан со своим входом схемы сравнения скорости, на второй вход каждой из которых заведена связь с выхода счетчика времени, а выход каждой связан с входами по меньшей мере двух элементов памяти ситуации, каждый из которых выходом связан с первым входом схемы сравнения ситуации, образуя канал обра- ботки информации, вторые входы каждого из элементов памяти ситуации соединены с выходом элемента И, кроме того, система оснащена переключателем режимов работы и переключателем ситуации, первый контакт которого соединен с третьим контактом переключателя режимов работы, первым контактом связанным с выходом блока определения доминирующей частоты, а остальные контакты переключателя ситуаций, число которых равно числу схем сравнения скоростей, связаны с соот- (ветствующими им каждым элементом памяти ситуации всех каналов обработки информации, на вторые входы каждой схемы сравнения ситуации заведена связь с второго контакта переключателя режимов работы, при этом выходы соответствующих схем сравнения ситуаций каждого канала обработки информации объединены и связаны с входами соответствующих индикаторов ситуации блока индикации ситуации, причем число индикаторов ситуации равно числу элементов памяти ситуаций, подключенных к одной схеме сравнения скоростей.

На чертеже приведена функциональная схема системы контроля параметров движения рулонного материала.

Система содержит два датчика 1 и 2 (например, высокочастотных емкостных проходного типа), расположенных на фиксированном расстоянии ДБ один от другого вдоль направления движения материала 3. Датчики подключены к двухканальному коммутатору 4, выход которого соединен с входом измерительного преобразователя 5 (например, высокочастотного диэль- кометрического). С выходом измерительного преобразователя 5 соединен вход многоканального спектроанализатора-коррелято- ра (спектра) 6, выходы которого подключены к входам блока 7 определения доминирующей частоты с задатчиком времени анализа (ta), чей выход подключен к входу блока управления фильтром 8, выход которого соединен с входом управления управляемого узкополосного фильтра 9, вход подключен к входу блока 6, а выход соединен с входом элемента

дифференцирования 10 вычислительного блока (В Б) 11.

ВБ 11 имеет также двухканальные элементы сравнения 12 и памяти 13. К выходам 5 элемента 12 подключен элемент 14 совпадения, выход которого соединен с входами счетчика 15 времени и узла 16 управления, выход которого подключен к входам управления коммутатора 4 и блока управления 10 фильтром 8, а также к входам элементов памяти 13, сравнения 12 и второму входу счетчика 15 времени.

Входы первых каналов элементов 12 и 13 соединены между собой, образуя вход 5 ВБ 11, с которым связан и вход элемента 10. Выход элемента 10 соединен с входом второго канала элемента 13 памяти и первым входом аналогичного каналу элемента 12 сравнения. Вторые входы каналовэлемен- 0 та 12 сравнения связаны с выходами аналогичных каналов элемента 13 памяти. Выход счетчика 15 времени является выходом ВБ 11, Счетчик 15 времени своим выходом связан с элементом 17 диффе- 5 ренцирования (например, дифференцирующей цепочкой), элементом 18 нитеинтегрирования (интегрирующей цепочкой) и индикатором- 19 скорости. Элементы 17 и 18 связаны соответственно с 0 индикаторами ускорения 20 и длины 21. В качестве индикаторов возможно использование стрелочных приборов.

Элементы 17-21 входят в состав блока 22 индикации ситуации, в который также 5 включены индикаторы 23 ситуации. Последние высвечивают ситуации, соответствующие определенному состоянию технологического оборудования, например, Перекос валков каландра, Биение валков каландра и т.д. 0Система содержит также блок 24 записи

ситуации, блок 25 сравнения совпадения и блок 26 эталонных скоростей.

Блок 24 записи ситуации включает двух- 5 входовой элемент ИЛИ 27 с инверсией по входу. При этом инвертирующий вход реагирует не на нулевой сигнал, а на отрицательный. Входы последнего связаны с выходом элемента 17 дифференцирования, 0 а выход - с элементом И 28, также входящим в блок 24, куда включены,-кроме того, схемы 29 сравнения скорости, число которых равно числу выходов блока эталонных скоростей и входы которых связаны с этими 5 выходами, а также элементы 30 памяти ситуации, объединенные в группы. При этом каждая группа, число элементов в которой определяется возможным состоянием технологического оборудования, соединена входами своих элементов 30 с выходом одной схемы 29 сравнения скорости. На другой вход каждого элемента 30 заведена связь с выхода элемента И 28, на второй вход которого подан уровень, соответствующий единице. На второй вход всех схем 29 сравнения скорости заведена связь с выхода счетчика 15 времени.

В состав системы входят также переключатель 31 режимов работы, представляющий собой, например, тумблер на два положения - Режим распознавания ситуации и Режим обучения системы, а также переключатель 32 ситуаций, связанный первым контактом с контактом переключателя 31 Режим обучения системы, а остальными контактами, число которых равно числу возможных ситуаций состояния оборудования (Перекос валков каландра, Биение валков каландра и т.д.}- с каждой из групп элементов 30 памяти ситуации. Выходы последних соединены с входами соответствующих -схем 33 сравнения ситуаций, число которых равно числу элементов 30 памяти ситуаций. При этом все элементы 30 и 33, подключенные к одной схеме 29 сравнения скорости, образуют канал обработки информации. На вторые входы всех схем 33 сравнения ситуаций заведена связь с контакта Режим распознавания ситуации переключателя 31 режимов работы, на первый контакт которого подан сигнал с выхода блока 7 определения доминирующей частоты.

Выходы каждых первых схем 33 сравнения ситуаций каждого канала обработки информации объединены и связаны с входом соответствующего индикатора 23 ситуаций, то же и в отношении вторых и т.д. схем 33 сравнения ситуаций.

Указанная часть системы может быть выполнена на микропроцессорной основе, с использованием, например, контроллера типа Электроника М02702,

Идея работы системы заключается в том, что каждому технологическому процессу производства, в данном случае рулонных материалов, присуща строго фиксированная доминирующая частота, зависящая от скорости перемещения материала, его физических свойств, а также состояния технологического оборудования.

Выявлено, что для каждого скоростного режима оборудования можно записать его спектральный портрет. При этом нестабильности в работе оборудования, вызванные нарушением режимов его работы (Перекос валков каландра, Биение валков каландра и т.д.) резко поднимают доминирующую частоту, которая, для указанных

процессов в стабильном режиме составляет порядка 3-7 Гц.

Система работает следующим образом. При подаче в дискретный момент

времени сигнала с узла 16 управления коммутатор 4 подключает датчик 1 к измерительному преобразователю 5. Одновременно с этим элемент 13 памяти включается, а элемент 12 сравнения отклю0 чается. При этом сигнал, пропорциональный текущему значению диэлектрической проницаемости материала 3 (VKA), определяемой датчиком 1, поступает на вход блока 6. При прохождении этого сигнала через

5 управляемый узкополосный фильтр 9 из него выделяется составляющая VKA(fy) с доминирующей частотой тд его спектра, которая и поступает в вычислительный блок 11 для определения скорости движения материала

0 3. В блоке 11 происходит запоминание в двухканальном элементе 13 памяти совокупности признаков распознавания локаль- . ного объема материала (его метки): мгновенного значения и знака производной

5 процесса ее изменения, определяемого с помощью элемента 10, Одновременно включается счетчик 15 времени. После окончания процесса по команде с узла 16 коммутатор 4 подключает к измерительному

0 преобразователю5 датчик 2. Одновременно

с этим включается элемент 12 сравнения.

Теперь на вход блока 6 поступает сигнал

„ УКБ, а на вход блока 11 V«B(fy). С помощью

элемента 12 сравнения происходит непре5 рывное сравнение запомненной с помощью элемента 13 памяти совокупности признаков распознавания меченого датчиком 1 локального объема материала 3 с его текущими значениями, определяемыми изме0 рительным преобразователем 5 и фильтром 9, а также элементом 10 дифференцирования.

При прохождении меченого локального объема материала 3 через датчик 2 на

5 элементе 12 происходит совпадение залом- ненной совокупности его признаков распознавания, что фиксируется с помощью элемента 14 совпадения. По сигналу с выхода последнего счетчик 15 останавливается.

0 а узел управления переводит схему в исходное состояние, подготавливая ее к очередному циклу измерения VT. Определяя время, затраченное меченным локальным материалом 3 на прохождение измерительного

5 участка ДБ, вычисляют скорость Vr, в значениях которой градуируется выход блока 11. Если по причине возможного искажения признаков распознавания меченого локального объема материала происходит сбой в его обнаружении, то по истечении

установленного времени t сброса подается команда с узла 16 на сброс памяти (элемент 13) и времени (счетчик 15).

После этого схема переводится в исходное состояние и начинается новый цикл из- мерения VT. При этом на выходе счетчика 15 запоминается (хранится) значение VT, вычисленное в предыдущем цикле измерения. Цикл измерения скорости периодически повторяется, причем частота повторения цик- лов (их количество) автоматически меняется в зависимости от величины VT. Это обеспечивается наличием функциональной связи с выхода элемента 14 на вход узла 16 управления. При этом поддерживается практиче- ски неизменным отношение количества .измерений в секунду и величины VT, что приводит к постоянству погрешности измерений во всем диапазоне ее изменения.

Определение и выделение доминиру- ющей частоты спектра контролируемого процесса изменения величины консистенции пульпы осуществляется блоками 6-9 следующим образом.

Сигнал VK(A,B) поступает на вход много- канального спектроанзлизатора-коррелято- ра (спектра) 6, который обеспечивает непрерывный качественный анализ спектра процесса изменения во времени консистенции пульпы Ку, например, в диапазоне час- тот до 25 Гц. При этом на его выходах определяются мощность случайного сигнала Ук(А.Б) Bj (1,...,п), полоса частот его

спектраСт ,G2 Gn . Блок7определения

доминирующей частоты тд анализирует ин- формацию, поступающую на его входы со спектроанализатора 6 в течение времени анализа ta, устанавливаемого задатчиком V(ta). По окончании времени ta происходит уточнение величины сигнала на выходе бло- ка 8, пропорционального значению тд спектра анализируемого процесса V«(t), и начинается новый цикл анализа, по окончании которого вновь происходит уточнение выходного сигнала, поступающего на блок управления фильтром, и т.д.

Блок 8 вырабатывает команду Vynp для перестройки узкополосного фильтра 9. При- чем изменение этой команды, а значит и перестройка фильтра, разрешается только в течение времени подготовки (tn) элемента 13 памяти к запоминанию информации. Указанное время перестройки фильтра 9 определяется командой V(tn), поступающей на вход управления блока 8 с узла 16 управлег ния. Такая синхронизация работы элемента вычислительного олока 11 и моментов перестройки фильтра 9 исключает возможность искусственного искажения информации, поступающей через него на блок 11 вычисления VT. По команде Vynp фильтр 9 перестраивается на одну из его дискретных полос (до 25 Гц), обеспечивая тем самым выделение из сигнала А-(А,Б) составляющей VK(A,5) (fy) с доминирующей частотой гд его спектра, которая в данный момент определена устройством. При этом высокая точность определения доминирующей частоты тд обеспечивается использованием в устройстве не просто спектроанализатора, а спектра (спектроанализатора-коррелятора), реализующего высококачественный спектральный анализ исследуемого случайного сигнала.

Текущее значение скорости индицируется на индикаторе 19 скорости, а также, будучи продифференцированным элементом 17 дифференцирования, позволяет судить о ускорении движения материала. Это индицируется на индикаторе 20 ускорения и проинтегрированным элементом Т8 интегрирования дает информацию о длине материала, что индицирует индикатор 21 длины.

Для диагностики состояния оборудования необходимо выполнить следующие операции.

Переключатель 31 режимов работы переводится в положение Режим обучения системы, переключатель ситуаций 32 - в первое положение, которое соответствует имитируемому в данный момент времени настабильному режиму работы оборудования, например, Перенос валков каландра. При этом блоком 7 определения доминирующей частоты выделяется соответствующая этому режиму доминирующая частота тд и на его выходе появляется напряжение, соответствующее этой частоте VfA для текущей, скорости движения материала.

Оборудование работает с постоянным повышением текущей скорости. При этом предположим, что на первой схеме 29 сравнения скорости происходит совпадение текущего и эталонного значений скорости, поступивших с выхода блока 26 эталонных скоростей (все значения скоростей представлены в виде напряжения). При совпадении текущего и эталонного значений скорости поступает разрешение на запись в первый элемент 30 памяти ситуации первого канала обработки информации значения /гд, соответствующего доминирующей частоте процесса на данной скорости. Затем скорость повышается на определенную, соответствующую требованиям, предъявленным к технологическому процессу, величину и происходит ее совпадение с второй эталонной скоростью с выхода блока 26 эталонных скоростей на второй схеме 29 сравнения скорости. Так происходит запись первой ситуации (Перенос валков каландра) во все первые элементы 30 памяти ситуации всех каналов обработки информации.

Затем переключатель32 ситуаций переводится во второе положение. Имитируется следующее состояние технологического оборудования, например, Биение валков каландра. Напряжение, соответствующее доминирующим частотам этой ситуации для всех скоростей, записываются во вторые элементы 30 памяти ситуации всех каналов обработки информации. Имитируя различные ситуации, присущие данному технологическому процессу, записывается информация для всех скоростей во все элементы 30 памяти ситуаций всех каналов обработки информации, Затем переключатель 31 режимов работы переводится в положение Режим распознавания ситуации. Информация о доминирующей частоте процесса, уже реально происходящего с работающим оборудованием, поступает на все первые входы схем 33 сравнения ситуаций. Одновременно с этим, путем автоматического сравнения текущего значения скорости и эталонных значений с блока 26 эталонных скоростей, выбирается определенный канал обработки информации, соответствующий этому значению скорости. Однако до тех пор, пока технологический процесс стационарен, т.е. ускорение движения материала 3 равно нулю, ситуации являются стабильными и оборудование работает в нормальном режиме

При возникновении какой-либо нестабильности в работе оборудования на выходе элемента 17 дифференцирования возникает сигнал положительной или отрицательной полярности, который, пройдя двухвходовой элемент ИЛИ 27, служащий для инвертирования отрицательного сигнала, и элемент И 28, служащий для калибровки сигнала (т.е. обеспечивающий прохождение сигнала только в случае соответствия его требуемого уровня), поступает на входы всех элементов 30 памяти ситуации. В этом случае происходит выбор того канала обработки информации, который соответствует текущей скорости. Сигналы с выхода всех элементов 30 памяти ситуации этого канала поступают на соответствующие схемы 33 сравнения ситуации, однако сравнение происходит только с той ситуацией, записанной в один из элементов 30 памяти ситуации, которая соответствует текущему значению ее доминирующей частоты, поступающему с выхода блока определения доминирующей частоты

Индентифицированная ситуация высвечивается на соответствующем индикаторе 23 ситуации (например, Биение валков каландра), а также может выводиться на исполнительные механизмы управления работой оборудования.

Таким образом, система производит постоянное вычисление текущего значения скорости движения материала, ускорение

0 его движения, длины прошедшего материала и, кроме того, позволяет судить о нестабильности в работе оборудования, т.е. оптимизировать его работу. Это приводит к повышению качества продукции, увеличе5 нию срока службы оборудования, более точному учету готовой продукции.

Формула изобретения Система контроля технологических параметров оборудования для производства

0 рулонного материала, содержащая два измерительных датчика, расположенных на одной линии на фиксированном расстоянии друг от друга вдоль направления движения материала, подключенных

5 выходами соответственно к первому и второму информационным входам двухка- нального коммутатора, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом вычислительного блока и с входом уп0 равления блока управления фильтром, а выход через измерительный преобразователь - к информационному входу узкополосного фильтра и к информационному входу многоканального спектроанализато5 pa-коррелятора, подключенного выходами к соответствующим входам блока определения доминирующей частоты, выход которого соединен с информационным входом блока управления фильтром, подключен0 ного выходом к входу управления узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом вычислительного блока, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей системы пу5 тем диагностики состояния оборудования, в ftero введены блок индикации ситуации, блок сравнения-совпадения, блок определения ситуации, блок эталонных скоростей, переключатель режимов работы, пере0 ключатель ситуаций, блок индикации и измерения скорости, ускорения и длины материала, причем выход блока определения доминирующей частоты соединен с входом переключателя режимов работы,

5 первый выход которого соединен с информационным входом блока сравнения-совпадения, выходы которого подключены соответственно к входам блока индикации ситуаций, а информационные входы имитации ситуации - соответственно к выходам

блока определения ситуаций, входы эталонных сигналов которого соединены соответственно с выходами блока эталонных скоростей, а входы управления ситуаций - к соответствующим выходам переключателя ситуаций, вход которого подключен к второму выходу

переключателя режимов р

,

при

ер

этом выход скорости материала вычислительного блока подключен к входу блока индикации и измерения скорости, ускорения и длины материала, выход ускорения материала которого соединен с входом определения нестабильной работы оборудования блока определения ситуаций.

На управление

работой оборудования