Устройство для регулирования режимов вулканизации изделий

(19 3(50 С 05 В ЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Патент Франции В 2033979,кл. В 29 Н 5/00, опублик. 1976.2. Патент США Ф 4044600,кл. 73/15 К, опублик. 1978.3. Авторское свидетельство СССРУ 462187, кл, С 06 6 .7/48, опублик. 1973 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯРЕЖИИОВ ВУЛКАНИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ, содер жащее два дифференциальных усилителя,входы первого из которых соединены свыходами первого функционального преобразователя и первого управляемогостабилизатора тока, унравляемоесопротивление, выход которого соеди нен с первым входом первой сеточноймодели, второй вход которой соединенс выходом первого управляемого стабилизатора тока, второй управляемыйстабилизатор тока и вторую сеточнуюмодель, первый вход которой подключен к первому датчику температуры,второй - к выходу второго управляемого стабилизатора тока и первому входувторого дифференциального усилителя,второй вход которого соединен свыходом первого функционального пре-.образователя, а также второй функциональный преобразователь, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности регулирования режимов вулканизации изделий в условияхих поточного производства, оно допол"кительно содержит сумматор,третьюсеточную модель, второй датчик температуры, блок концевых выключателей,блок управляемых ключей, таймер, формирователь импульсов, первый и второй блоки записи и хранения информации, причем первый вход сумматораподключен к выходу второго функционального преобразователя, первый входтретьей сеточной. модели соединен свыходом второго датчика температуры исигнальным входом управляемого сопротивления, второй - с выходом блока концевых выключателей и входамнпервого и второго функциональных преобразователей, сигнальные входы блока управляемых ключей соединены ссоответствующими выходами третьейсеточной модели, а выходы - с третьими входами первой и второй сеточных моделей, выход таймера подключенк управляющим входам блока,управляемых ключей, четвертым входам первой ивторой сеточных моделей и входу формирователя импульсов, сигнальный входпервого блока записи и хранения информации соединен с выходом первогодифференциального усилителя; первыйуправляющий вход первого блока записи и хранения информации соединен свыходом формирователя импульсов, авторой управляющий вход - с выходомтаймера, а выход - с вторым входомсумматора и управляющим входом управ"ляемого сопротивления, выход второгоблока записи и хранения информациисоединен с входами первого и второгоуправляемых стабилизаторов тока, первый управляющий вход - с выходомформирователя импульсов, второй управляющий вход - с выходом таймера,а сигнальный вход - с выходом второ-,го дифференциального усилителя, 10911Изобретение относится к устройствам для регулирования режимов вулканизации изделий в частности, покрышек автомобильных шин) при поточном способе. производства и может быть ис"5 пользовано для управления другимипроизводственными процессами, описываемыми уравнениями в частных производных,. типа Фурье.Известно устройство для контроля степени вулканизации, содержащее датчик температуры, устанавливаемый в заданной точке изделий, и блок рас" чета показателя степени вулканизации, в котором проис 5 одит сравнения текущего и заданного показателей1 2.Известно также устройство для моделирования.теплопроводности и вулканизации покрышек, содержащее последовательно включенные преобразователи сигналов датчиков температуры, моделирующую КС-сетку и компаратор, сравнивающий текущий сигнал.с заданным от блока уставок, а также блок контроля и регистрации параметров, на который поступают сигналы с выхода моделирующей КС-сетки, блока определения степени вулканизации и блока уставок 2 3.Управление режимами работы модеЗО иирующей КС-сетки и блока определения степени вулканизации осуществляется по сигналу от реле срабатывающего при закрытии и открытии вулканизационного пресса. На выходе компаратора, являющемся выходом устрой- З 5 ства, формируется управляющее воздействие на окончание цикла вулканизации покрышки.В устройствах 1и 2 1 время вулканизации зависит от температуры на греющих иэделие поверхностях оборудования со стороны прессформы и диафрагмы. При колебаниях температуры теплоносителей, имеющих место на оборудова- нии, сигнал на проведение заключитель ных 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 рассчитанной, исходя из наихудших температурных условий иа каждой единице оборудования.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяустройство для решения обратных задач 18 1нестационарной теплопроводности, содержащее сеточные модели, которые могут представлять собой две части общей сеточной модели объекта исследования, функциональные преобразователи, дифференциальные усилители, управляеомое 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 объекта. Аналогом искомой величины, например, интенсивности теплообмена может быть скважность сигнала (значение ее может быть выделено любым из известныз методов, например выделением среднего), управляющего коэффициентом теплообмена. Таким образом, решение задачи состоит в отыскании граничных условий, компенсирующих из" вестное отклонение температуры внутри изделия Г 33.Недостатком этого устройства является наличие динамической ошибки, обусловленной низким петлевым коэффи" циентом усиления из-за инерционности и запаздывания части модели объекта управления. Увеличение етлевого коэффициента усиления за счет повышения 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 - повышение 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 первым входом первой сеточной модели, второй вход которой соединен с выходом первого управляемого стабили, стабилизатора тока, сеточных моделей, таймера, блока. управляемых ключей.Устройство содержит первый и второй дифференциальные усилители 1 и 2, первый функциональный преобразователь 3, первый управляемый стабилизатор 4 тока, управляемое сопротивление 5, первую сеточную модель 6, вторрй управляемый стабилизатор 7 тока, вторую сеточную модель 8, 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, формирователь 17 импульсов, первый и второй блоки 18 и 19 записи и хранения 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 управляв" щий вход Х 2, второй управляющий вход Х 2, сигнальный вход Х 3.Электрическая схема блоков 10 и 11, связанных с блоками 2,5 и 6 (фиг.3) 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 следующим образом.Третья сеточная модель 12 моделирует неизотермические Т(ь) условиявулканнзации изделия в реальном масштабе времени. Первая и вторая сеточные модели 6 и 8 представляют собой отдельные части одной сеточной модели, моделирующей эти условия в ускаренном масштабе времени. При этомпервая сеточная модель 8 отображаетизменение температур в области изделия от диафрагмы до какой-то внутреннейточки А, для которой Т (Ъ) задано. температурные условия в области между внешней поверхностью изделия иточкой А. Таймер 16 определяет периодработы первой и второй сеточных моделей 6 н 8. В первый полупериод работы таймера 16 сеточные модели 6 и 8переходят в режим НУ-ввода начальных условий, при котором в узлойые точки 3109затора тока, второй управляемый стабилизатор тока и вторую сеточную модель, первый вход которой подключенк первому датчику температуры, второй - к выходу второго управляемого5стабилизатора, тока и первому входувторого дифференциального усилителя,второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а также второй Функциональный 1 бпреобразователь, дополнительно содержит сумматор, третью сеточную модель,второй датчик температуры, блок концевьпс.выключателей, блок управляемыхключей, таймер, формирователь импульсов, первый и второй блоки записи ихранения информации, причем первыйвход сумматора подключен к выходувторого Функционального преобразователя, первый вход третьей сеточной модели соединен с выходом второго датчика температуры и сигнальным входомуправляемого сопротивления, второйс.выходом блока концевых выключателейи входами первого и второго функциональных преобразователей, сигнальныевходы блока управляемых ключей соеди"иены с соответствующими выходами третьей сеточной модели, а выходы - стретьимивходамн первой и второй се 30точных моделей, выход таймера подключен к управляющим входам блока ключей, четвертым входам первой и второй сеточных моделей и входу Формирователя импульсов, сигнальный входпервого блока записи и хранения ин,формации соединен с выходом первогодифференциального усилителя, первыйуправляющий вход первого. блока запи. си и хранения информации соединен свыхоДом формирователя импульсов, авторой управляющий вход - с выходомтаймера,ф а вйход - с вторым входомсумматора и управляющим входом управ.ляемого сопротивления выход второгоблока записи и хранения информациисоединен с входами первого и второгоуправляемых стабилизаторов тока, первый управляющий вход - с выходом Формирователя импульсов, второй управля- ющий вход - с выходом таймера, а сигО Вторая сеточная модель 8 моделируетнальный вход - с выходом второго дифференциального усилителя.На Фиг.1 изображена функциональнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - вариант выполнения электрической схемы блоков записи и хранения информации, на фиг3 - вариантвыполненИя электрической схемы сов5 10911 моделей 6 и 8 вводятся через блок 15 управляемых ключей напряжения из соответствующих узловых точек третьей сеточной модели 12. Во второй полупериод работы таймера 16 первая и вто рая сеточные модели Ь и 8 переводятся в режим ГУ-отработки граничных условий, подаваемых от второго датчика 13 температуры на первый вход третьей сеточной модели 12 и через О управляемое сопротивление 5 на первый вход первой сеточной модели 6, а от первого датчика 9 температуры - на второй вход третьей сеточной модели 12 и первый вход второй сеточной мо дели 8. Управляемое сопротивление 5 предназначено для моделирования коэффициента теплообмена на первой сеточной модели 6. Первый и второй функциональные преобразователи 3 и 10 фор мируют напряжения, моделирующие эталонные изменения Тна границе и во внутренней точке А изделия. В режиме НУ на вторые управляющие р 5входы блоков 18 и 19 записи и хранения информации от таймера 16 поступает сигнал, запрещающий ввод информации от дифференциальных усилителей1 и 2, соответственно. В режиме ГУпервая и вторая сеточные модели 6 и 8моделируют Т (ь) в точке А изделия,а в блоках 18 и 19 записи и храненияинформации запоминаются текущие значения сигналов, пропорциональных раз 35ностям сигналов на входах дифференци"альных усилителей 1 и 2 соответственно,При переходе из режима ГУ в режимНУ на выходе формирователя 17 импульсов формируется короткий управляющийимпульс и в блоках 18 и 19 запоминания и хранения информации запоминается сигнал.7 пропорциональный измеренной разности температур. ЕслиЧ =О, то температура среды равна заданной, т,е. равна температуре, задаваемой вторым функциональным преобразователем 10. Если Ч ФО, то первыйдифференциальный усилитель 1 миними 50зирует разность напряжений Ч, одноиз которых вырабатывается первым функциональным преобразователем 3, а второе измеряется во внутренней точке Ана втором входе первой сеточной модели 6. В конце каждого периода работытаймера 16 запомненное значение Чпоступает на управляющий вход управляемого сопротивления 5, формирующего на своем выходе сигнал, компенсирующий Ч,Работа первого и второго блоков 18и 19 записи и хранения информации(фиг.2) заключается в следующем.В одном из периодов работы таймера 16 (режим ГУ) импульс с его выходапоступает на управляющий вход Х 2,ключ 20 включен, и входной сигнал ХЗ(Ч ) повторяется на конденсаторе 22.По окончании импульса управления ключ20 размыкается и запомненное значениенапряжения через усилитель 23 с высоким входным сопротивлением поступаетна конденсатор 27 через резистор 24в момент формирования короткого импульса (на входе Х 1) по заднему фронту импульса режима ГУ формирователя17 импульсов (фиг,1). После окончанияэтого импульса ъапомненное значениенапряжения Ч через повторитель 26 надпряжения 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 учетомкоррекции в граничных условиях, Следовательно, в предлагаемом устройстве осуществляется прогнозированиеповедения моделируемого процесса наодин такт работы первой и второй сеточных моделей 6 и 8, определяемыйтаймером 16. Процессы поиска граничных условий циклически повторяютсяотносительно реального процесса вулканизации, моделируемого .третьей сеточной моделью 12,Работа управляемого стабилизатора7 тока, второй сеточной модели 8,третьей сеточной модели 12, блока 15управляемых ключей и таймера 16 за"ключается в следующем.В режиме НУ в узловую точку модели 8 через буферный каскад, выполненный на операционном усилителе 34, нанапряжение на узловой точке А модели12 через ключ 33 вводится в узловуюточку А модели 11, Напряжение на конденсаторе 35 равно напряжению Чд,Ключ 37 разомкнут и напряжение Ч12не поступает на резистор К модели 8.36 1 В режиме ГУ ключ 37 замкнут, ключи 33 разомкнуты. Напряжение в точке А модели 8 равно.О О токзадается стабилизатором 7 , 5Атока с истока полевого транзистора 30, Если 7(Ю:Ч. ("ъ), то Ч =О. Если ЧА(ь)=7+ (Г),то Фд=О и напряжение 7 яна резисторе Ка равно Ч. Величина тока=1 Л) -1 Щ устанавлива О ется такой величины, чтобы обеспечилось равенство 18 8передаточные функции управляемого сопротивления 5, первой сеточноймодели 6, первого дифференциального усилителя 1 и первого блока 18 записи и хранения информации соответственно, р - оператор Лапласа.Передаточная функция по ошибке И(р) в контуре обратной связи дифференциального усилителя 1 равна 4 (Р)- 1+1(Р 1(-.)-Ч(")А 1+Если изменение напряжения Ч 1 М5 пропорциональное температуре на выходе первого датчика 9 температуры, отличается от заданного, то закон изменения напряжения 7 (Г) отличает 4ся от Ч, а равенство ЧЖ= 20 =78 (с йарушается. Управляющее напряжение на выходе операционного усилителя 29 изменяется таким образом, чтобы сопротивление стока-истока установилось такой величины, чтобы 25 обеспечить равенство 7 =7 (Г) в28 Ь соответствии с (1), Таким образом, изменения составляющей тока хс через конденсатор 35; в точке А модели 8, вызванное, например, изменением внеш-ЗО ней температуры, приводит к изменению составляющей тока(Ф) и компенсируется изменением .составляющей дА(Ф), а закон изменения напряжения ЧА(В) в соответствии с (1) остается неизменным еПетлевой коэффициент усиления К (р) в замкнутом контуре обратной связи первого дифференциального усилителя 1 для прототипа и предлагаемоО го устройства равенк(ю(РЧ,(Р)(Р)ф 6(И где Ф 1(р)е 1 ф(Р) в ф 1(Р) фф ф 1 а(И Петлевые коэффициенты усиления в контуре обратной связи дифференциального усилителя 1 для предлагаемого устройства - К(р) и прототипа -К (Р 1 %1 (Ифифе СРф,где %8 р) и Ф(р - передаточные функции первой сеточной модели 6 в предлагаемом устройстве и в прототипе соответственно. Сеточная модель 6 в предлагаемом устройстве работает в ускоренном в 1 п раэ (ВМ) по сравнению с прототипом масштабе времени, т.е. по теореме масштабирования преобразователя Лапласа и следовательно)1кФ ф 4(ИТаким образом, значение. передаточной функции по ошибке Ф (рв предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом снизилось, а точность регулирования режимов вулканизации в условиях их поточного производства стала выше,