Устройство для регулирования толщины изоляции кабеля Советский патент 1982 года по МПК G05D5/02 

Изобретение относится к автомати- зированному электроприводу и может быть использовано в производстве проводов и кабелей с пластмассовой изоляцией.

Известно устройство управления в функции толщины изоляции электроприводом кабельной линии, включающей в себя экструзионный, толкающий и тянущий механизмы и зону охлаждения, содержащее измеритель толщины, установленный за зоной охлаждения, и регулятор с органом на входе электропривода тянущего механизма. Регулирование толщины наносимого изоляционного слоя осуществляется путем воздействия на скорость тянущего механизма, причем увеличение ее приводит к уменьшению толщины изоляции 1.

Недостатком такого устройства является низкая эффективность вследствие наличия в контуре регулирования большого транспортного запаздывания, обусловленного прохождением изоляции через зону охлаждения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство управления электроприводами кабельной линии с толкающим, экструзионным и тянущим механизмами и индивидуальными электроприводами каждого механизма, содержащее первый измеритель толщины перед зоной охлаждения и второй за зоной охлаждения, орган сравнения, выход которого связан с входом регулятора толщины, а выход последнего с входом электропривода экструзионного механизма.

10

Неизолированная жила сматывается с отдающего барабана при помощи тянущего механизма и подается в экструзионный механизм (экструдер). Толкающий механизм обеспечивает постоян15ное натяжение провода, сглаживая толчки и рывки, возникающие из-за неравномерного схода жилы с барабана; принимая эти рывки на себя, оно разгружает от них участок изолирова20ния провода, проходящего через экструдер. В экструдере происходит наложение на провод изоляции, представляющей собой расплавленную полимерную массу. После выхода из экструдера

25 провод проходит через зону охлс1ждения, тянущий механизм и наматывается на приемный барабан. Отклонения толщины изоляции от заданного значения, возникающие на выходе из экструдера,

30 .компенсируются внутренним контуром регулирования с бесконтактшом (в данном случае оптическим) измерителе В зоне охлаждения происходит усад ка и окончательное формирование толщины изоляции, которое вследствие неоднородности изоляционной массы также подвержено случайной флуктуации. Эта флуктуация компенсируется наружньи контуром регулирования, выполненным на базе более простого по конструкции контактного измерителя. Кроме центрированной случайной флуктуации имеется также постоянная составляющая, обусловленная сжатием (усадкой) изоляции при охлаждении. Электроприводы всех механизмов выпол .нены на постоянном токе по схеме тиристорный преобразователь - двигатель с контуром скорости, подчиненным контуром тока и последовательной коррекцией в каждом контуре 2. Недостатком известного устройства является наличие большого транспо ного запаздывания в наружном контуре вследствие чего снижается его эффективность, т.е. увеличивается случайная сяиибка (остаточное отклонение толщины изоляции) и время переходных процессов. Второй недостаток заключается в том, что используется только один Из двух возможных каналов ре гулирования, - в данном случае зкстРУДер. Построение схемы с двумя каналами регулирования затруднено слож ностью обеспечения устойчивости получающейся при этом двухсвязной системы из-за упругих колебаний жилы при воздействии на тянущее устройство. Особенно сильно эти колебания пр являются при изолировании тонкого провода, которой при натяжении ведет себя подобно упругой нити. Цель изобретения - повышение точности регулирования при одновременном сокращении времени переходных процессов. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее толкающий, экструзионный и тянущий механизмы с соответствующими приводами, первый измеритель толщины, установленный перед зоной охлаждения, и второй, установленный за зоной охлаждения , первый элемент сравнения, выход которого связан с входом первого регулятора толщины, выходом подключенного к входу привода экстру зионного механизма, введены первый фильтр, последовательно соединенные второй элемент сравнения и второй регулятор толщины, а также последовательно соединенные потенциометр, блок запаздывания, второй фильтр и третий элемент сравнения, второй вход которого подключен к выходу потенциометра, а выход - к первым вхоДс1м первого и второго элементов срав нения , вторые входы которых связаны с выходом первого фильтра, входом подключенного к выходу второго измерителя толщины, выход второго регулятора толщины подключен к приводу толкающего механизма, а вход потенциометра соединен с выходом первого измерителя толщины. На фиг. 1 изобргикена блок-схема устройства; на фиг. 2 - реакции на единичный скачок заданиядазд предлагаемого устройства и известного, причем для .известного устройства графики пострюены для разных значений показателя колебательности (параметры регуляторов толщины в обоих случаях выбраны из условия минимума случайной ошибки); на фиг. 3 - временные днаграима сигналов в различных точках предлагаемого устройства при отработке ступенчатого возмущения по толщине изоляции. Устройство содержит первый и второй измерители 1 и 2 толщины изоляции, привод 3 толкающего механизма, привод 4 экструзионного механизма, привод 5 тянущего механизма, второй 6 и первый 7 регуляторы толщины, второй 8 и первый 9 элементы сравнения, потенциометр 10, блок 11 запаздывания, второй и первый фильтры 12 и 13, третий элемент 14 сравнения, толкгиощий, экструзионный и тянущий механизмы 15-17. На фиг. 2 показаны рееисция 18 на единичный скачок задания предлагаемой схемы, реакция 19 на единичный скачок задания известного устройства Кроме того, на чертежах приняты следукицие обозначения: т.ъaд тicl заданные значения скорости толкающего и экструзионного механизмов, п, п - текущее значение скорости этих механизмов, а - толщина изоляции, да - приращение толщины, ajQ,a,fo , - заданное, номинальное и установившееся значения толщины, возмущение по толщине, Эу.эад адание величины натяжения через ток (вращающий момент) двигателя тянущего механизма, Трц г Спар запаздывание во внутреннем и наружном контурах. Толкакмций механизм с ПЕМВОДОМ 3, регулятором 6 и элементом 8 сравнения образует первый канал регулирования толщины изоляции, экструдер с приводом 4, регулятором 7 и элементом 9 сравнения - второй канал. Обратная связь, образованная из внутреннего контура регулирования путем добавления к нему элемента 14 сравнения и соединенных последовательно блока 11 запаздывания и фильтра 12, является общей для обоих канашов. Измеритель 1, потенциометр 10, элементы 8,9 и 14 сравнения, регуляторы 6 и 7, а также толкающий и экструзионный механизмы с приводами 3 и 4 образуют внутренний контур регулирования. Сигнал измерителя 1, попадая на входы регуляторов 6 и 7, стабилизирует толщину изоляции перед рхл икдаю|цей ванной. В наружный контур регулирования входят измеритель 2, фильтр 13, элементы сравнения 8 и 9, регуляторы 6 и 7, толкающий и экструзионный механизмы с приводами 3 и 4 . Наружный контур стабилизирует толщину изоляции на выходе из зоны охлаждения, таким образом, исполнительнь1ми органгши как для внутреннего так и для наружного контуров регулирования являются одни и те же механизмы - толкающий и экструзионкый. Измерители 1 и 2 отрегулированы ТсШ, что их выходной сигнал имеет одинаковое приращение на единицу измерения толщины, т.е. одинаковый наклон характеристик (В/мм). На фиг. 1 П1ЖВОДЫ толкающего и экструзионного механизмов образуют два парсшлельных канала регулирования внутреннего контура. Такая схема позволяет всю область рабочих частот разделить на две части и выполнить раздельную настройку каналов. При этом кгикдый кансш с большей точность отрабатывает возмущения внутри своей узкой полосы частот, чем это сделал бы один общий канал регулироваимя, настроенный на всю область рабочих частот. Происходит это потому что точно настроить регулятор можно только на одну фиксированиую частоту при этом другие частоты, входжцие в эту область, отрабатываются с тем большей ошибкой, чем дальше они удалены от частоты настройки. В предлагаемой схеме привод 3 тол кающего механизма работает в режиме (Отработки заданий скорости, а привод 5 тянущего механизма обеспечивает создание постоянного натяжения провода в зоне изолирования за счет вве дения регулируемого ограничения тока якоря электродвигателя. Изменение скорости движения провода в зоне изо лирования осуществлено путем воздействия на привод толкающего механизма благодаря чему участок изолирования разгружен от динамических усилий, возникающих при работе системы регулирования толщины. Такое сочетание .толкающего механизма, работающего в режиме отработки заданий скорости с тянущим,работающим в оежиме подцер жания постоянства натяжения, обеспе чивает более высокую управляемость канала и отсутствие упругих колеба.ний изолируемого провода в отличие от варианта, когда система регулиро вания толщины воздействует на электропривод тяги. Последнее существен но для обеспечения устойчивости системы с двумя взаимно связанными ка налами регулирования. При работе схемы выходной сигнал измерителей толщины центрирован относительно среднего значения, т.е. равен нулю, если толщина изоляции соответствует заданмвй. Входные и выходные сигналы регуляторов 6 и 7 при этом также рав«ы нулю. При отклонении толщины изоляции от заданного значения на шлсоде измерителей появляется сигнал с полярностью, соответствующей знаку отклонения. Если отклонение возникает на выходе экструя ра, то оно воспринимается измерителем., и попадая через элемент 14 на первые входы элементов 8. и 9 с М1В11ения/П1Жводнт. к увеличению (уменьшению) скорости движения провода и уменьшению (увеличешно) подачи полимера на экструдере, в результате чего первоначальная TOJrawHa восстанавливается. Процесс в этом случае замыкается во внутреннем контуре регулирования, наружный контур в отработке отклонения не участвует. Если ступенчатое отклонение (для определенности положительное) возникает в зоне охлаждения, например, в точке В , то оно воспринимается изме(жтелем 2, выходной сигнал которого через фильтр 3 попадает на вторые входы элементов 8 и 9 сравнения, скорость движения провода увеличивается, подача полимера уменьшается и, как следствие, уменьшается толщина изоляции. Уменьшение толщины изоляции воспринимается измерителем 1 и происходит до тех пор, пока положительный сигнал с в1:Бсода измерителя 2 не будет полностью скомпенсирован отрицательньи сигналом измерителя 1, т.е. не будет восстановлено равенство нулю результирующих сигналов на входах элементов 8 и 9 сравнения Потенциометр 10 служит для компенсации избытка сигнала измерителя 1 по сравнению с измерителем 2 из-за уменьшения средней толщины изоляции при охлаждении. Провод с измененным до прежнего уровня значением толщины изоляции идет через зону охлаждения (физическое звено запаздывания), а соответствующий ему сигнал с измерителя 1 через блок 11 запаздывания. По истечении времени запаздывания измененное значение толщины воспринимается измерителем 2, и его сигнал на вторых входах элементов 8 и 9 сравнения начинает уменьшаться. Одновременно на первьк входах 8 и 9 уменьшается сигнал Щ с элемента 14 сравнения, и схема приходит в исходное состояние. В отработке отклонения принимают участие оба контура. Фильтр 13 служит для подавления в сигнале измерителя 2 высокочастотньтс составляющих с полупериодом меньшим времени запаздывания. Попадание их а входы регуляторов б и 7 заставило бы приводы совершать компенсируюсцие движения поЗЯсе. воэЦикиовения этих отклонений на время запаздывания и, таким образом, привело бы к увеличению ошибки. Поскольку регшьио время заЛаздывания достигает единиц и даже десятков секунд, наруж ный контур обладает значительно мень шим быстродействием, чем внутренний. Ине1н(иойность фильтра 13, выбираемого из условия его работы в эквивален ной разомкнутой структуре значительно меныое инд1Ж1Ионности регулятора Wf(Р) в .идвестном. так как последний должен также обеспечить демпфирование колебаний в замкнутой системе с запаздыванием. Повышение точности в предлагаемом устройстве означает, что, по сравнению с известным, оно сужает зону раз броса по толщине изоляции д п раз, причем I «Г + 2 -г- 1 «f где 6б;11 /5 н - среднеквадратичные отклонения при базовом (известном) и новом (предлагаемом) вариантах устройства. Формула изобретения Устройство для регулирования толцины изоляции кабеля, содержащее тол кагаций, экструзнойный и тянущий ме.ханизмл с соответствующими приводаbta, первый измеритель толщины, установленный перед зоной охлаждения, и второй,-установленный за зоной охлаждения, первый элемент сравнения, выход которого связан с входом первого регулятора толщины, выходом подключенного к входу привода экструзионного механизма, отличающееся тек, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый фильтр, последовательно соединенные второй элемент сравнения и второй регулятор толщины, а также последовательно- соединенные потенциометр, блок запаздывания, второй филь- р и третий элемент сравнения, второй вход которого подключен к выходу потенциометра, а выход - к первым входам первого и второго элементов сравнения, вторые входы которых связаны с выходом первого фильтра, входом подключенного к выходу вторбо измерителя, выход второго регулятора толщины подключен к приводу толкающего механизма, а вход потенциометра сочинен с выходом первого измерителя толщины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Иванов Г.М., Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод в химической прЬмыапенности. М., Машиностроение, 1975, с. 267. 2.Никитин Б.К. Псжменение оптического датчика в системе стабилизации толщины изоляции провод.-Электротехническая прокиишенность, сер. Электропривод , 1979, вып.6 (прототип).