Система автоматического регулирования технологических параметров при намотке изделий из композиционных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 359 С 05 0 27/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3285160/28-12,14.05.81.(54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ НАМОТКЕ ИЗДЕЛИИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая блокконтроля натяжения ленты, первыйвыход которого соединен с первымвходом блока коррекции натяжения ленты, выход которого соединен с входом блока регулирования натяженияленты, первый выход которого.соединен с входом блока контроля натяжения ленты, а второй выход соединенс первым входом блока контроля содержания связующего, соединенныа вторым выходом с вторым входом блокакоррекции содержания связующего,,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения точности регулирования технологических параметров,в нее введены блок контроля скорости намотки, блок контроля вязкостисвязующего, блок контроля температуры связующего, блок коррекции температуры связующего, блок регулирования содержания связующего, причем ла 9 г сг вход блока регулирования содержаний связующего связан с выходом блока коррекции содержания связующего, вы,ход блока регулирования содержания связующего соединен с вторым входом блока контроля содержания связующего, первый выход которого соединен с вторым входом блока коррекции натяжения ленты, четвертый вход которого соединен с вторым выходом блока контроля скорости намотки, .третий выход которого соединен с третьим входом блока коррекции содержания связующего, первый вход которого соединен с вторым выходом блока контроля натяжения ленты, при этом выход блока контроля вязкости связу- геФ ющего соединен с третьим входом бло-. ка коррекции натяжения ленты, а второй вход блока контроля вязкости связующего связан с вторым выходом С блока контроля температуры связующего, первый выход которого связан с первым входом блока коррекции температуры связующего, второй вход которого связан с первым выходом блока контроля скорости намотки, выход блока коррекции температуры связующего соединен с входом блока регулирования температуры связующего, первый выход которого связан с входом блока контроля температуры связующего, второй выход блока регу,лирования температуры связующего ,соединен с первым входом блока контроля вязкости связующего.туры связующего, второй выход блока регулирования температуры связующего соединен с первым входом блока контроля вязкости связующего.На фиг. 1 изображена структурная схема автоматической системы регули-5 роваиия технологических параметров, на Фиг. 2 - упрощенная электрическая схема блока коррекции натяжения ленты.Система содержит блок 1 контроля 10 натяжения ленты, блок 2 коррекции натяжения ленты,. блок 3 регулирования натяжения ленты, блок 4 контроля ско. рости йаютки, блок 5 контроля содержания связующего, блок 6 коррек ции содержания связующего, блок 7 регулирования содержания связующего, блок 8 контроля вязкости связующего, блок 9 контроля температуры .связующего, блок 10 коррекции температуры 20 связующего, блок 11 регулирования температуры связующего.Кроме того, на Фиг, 1 изображейц объект управления - пропитанная лента 12, объект контроля - сухая лента 13 и объект управления и контро-. ля - связующее 14 в пропиточной ванне.Первый выход блока 1 контроля натяжения ленты подключен к первому входу блока 2 коррекции натяжения ленты, соединенного последовательно с блоком 3 регулирования натяжения ленты. Второй выход блока 1 контроля натяжения ленты подключен к первому входу блока 6 коррекции содержания связующего, второй, третий, четвертый входы блока 2 коррекции натяжения ленты соединены с выходами блока 5 контроля содержания связующего, блока 8, контроля вязкости связую- "О щего и блока 5 контроля скорости . намотки соответственно. Первый выход блока 4 контроля скорости намотки подключен к второму входу блока 10 коррекции температуры связую щего, Третий выход блока 4 .контроля .скорости намотки связан с третьим входом блока 6 коррекции, содержания связующего и блок 7 регулирования содержания связующего соединены последовательно, а также блок 9 контроля . температуры связующего, блок 10 коррекции температуры связующего и блок 11 регулирования температуры связующего соединены последовательно. Второй выход блока 9 контроля .температуры связующего подключен к второму входу блока 8 контроля вязкости связующего.Блок 1 контроля натяжения ленты содержит датчик 15 натяжения, связанный с усилителем 16 сигнала датчика и преобразователи 17 и 18 сигнала, пропорционального величине натяжения, в нормализованный сигнал65 для регулирования технологическихпараметров. Преобразователи подключены к выходу усилителя 16.Блок 2 коррекции натяжения ленты,содержит нелинейные преобразователи 19 и 22 и эадатчик 23 натяжения,выходы которых подключены к элементу 24 сравнения.Элементы 20 и 21 нелинейностивключают в себя логарифмические усилители, собранные на операционномусилителе Р 1, и дифференцирующиецепи, собранные на операционных усилителях Р 2 и РЗ.Так как изменение содержания и вязкости связующего влияет на коэффициент трения пропитанной ленты онаправляющие ролики тракта намотки,то необходимо учитывать изменениянатяжения ленты от изменения коэффициента трения. Это позволяет сделатьлогарифмический усилитель. Дифференцирующий усилитель реализует функциюскорости изменения параметра и знакего.изменения, что позволяет получить на входе дифференциального усилителя элемента 24 сравнения необхо,димий корректирующий сигнал,Элемент 19 нелинейности содержитсхему линеаризации, собранную наоперационном усилителе, и состоит иэусилителя постоянного тока с нелинейной обратной связью. Нелинейные .характеристики реализуются диодно-резисторными цепями ч 1 ч 9 В 1-В 1, Вб-В 9,Схема линеариэации служит для компенсации систематической погрешности измерения натяжения и нелинейностей, вносимых первичными преобразователями,Элемент 22 нелинейности содержитсхему линеариэации, собранную на операционном усилителе Р 1, и дифференцирующий усилитель, собранный на операционных усилителях Р 2 и Р 3. Схемалинеаризации служит для компенсациизависимости натяжения от скорости протяжки ленты, а дифференцирующий усилитель реализует зависимость натяжения от наиболее влияющего на негофактора - изменения скорости намотки, т.е, ускорения.Задатчик 23 натяжения построен на транзисторе Ч по схеме с общей базой. Транзистор Ч - элемент термокомпенсации. Выходной сигнал изменяется от 0 до 5 мА.Элемент 24 сравнения выполнен набазе дифференциального усилителя,собранного на операционном усилителе Р 1, на один иэ входов которого подается сигнал задатчика 23 натяжения, а на другой - суммарный корректирующий сигнал от блоков 19-22 нелинейности.В зависимости от того какой из сигналов больше (сигнал задатчика натяжения или суммарный скорректи 1075241.рованный сигнал) дифференциальныйусилитель формирует соответствующийпо величине и знаку управляющий сигнал управления для блока 3 управлениянатяжением ленты. Равенство сигналазадания и суммарного корректирующего сигнала соответствует случаю,когда существующее натяжение соответствует заданному. При этом на выходе элемента 24 сравнения отсутствует сигнал управления.30Элементы 44 и 46 нелинейности блока б коррекции содержания связующего и 63 блока 10 коррекции температуры связующего выполнены по схеме,аналогичной схеме элемента 22 нелинейности блока 2 коррекции натяженияленты.Элементы 45 нелинейнОсти блока 6.коррекции содержания связующего и62 блока 10 коррекции температуры 20связующего выполнены по схеме элемента 19 блока 2 коррекции натяжения ленты.Задатчик 47 содержания связующего и задатчик 64 температуры связу".ющего выполнены по схеме, идентичной схеме задатчика 23 натяжения.Элементы 48 сравнения блока бкоррекции содержания связующегои 65 третьего блока 10 коррекциивыполнены по схеме, аналогичнойсхеме элемента 24 сравнения блола 2 коррекции натяжения ленты.Блок 3 регулирования натяженияленты содержит преобразователь-распределитель 25, подключенный к форми 35рователям 26 и 27 управляющих импульсов, которые связаны с тиристор- ным преобразователем 28, Выход преобразователя 28 подключен к исполнительному механизму 29. 40Блок 4 контроля скорости намоткисодержит датчики 30-32 положениярабочих органов станка, подключенные к дифференциаторам 33-35, в своюочередь связанных с нелинейным преобраэователям 36.Блок 5 контроля содержания связующего содержит два датчика 37 и 38,установленные - один на сухой ленте 13, другой - на пропитанной ленте 12. Эти датчики подключены к входам преобразователей 39 и 40, которые в свою очередь связаны со схемой 41 сравнения, выход схемы 41сравнения подключен к преобразователям 42 и 43 в нормализованный сигнал,Блок б коррекции содержания связующего содержит нелинейные преобразователи 44-46, задатчнк 47 содержания связующего, которые подключе-ны к входам элемента 48 сравнения.Блок 7 регулирования содержаниясвязующего содержит преобразователь.распределитель 49, подключенный к 65 формирователям 50 и 51 управляющихимпульсов, выходы которых подсоединены к тиристорному преобразователю 52, связанному с исполнительныммеханизмом 53.Блок 8 контроля вязкости связующего содержит датчик 54 вязкости,генератор 55 высокой частоты, усилитель-преобразователь 56 и преобразователь 57. Генератор 55 связанс усилителем-преобразователем 56 ис датчиком 54 вязкости, который всваю очередь подключен к входу усилителя-преобразователя 55. Генератор 55 связан с усилителем-преобра"эователем 56 и с датчиком 54 вязкости, который в свою очередь подключен к входу усилителя-преобразователя 56, Выход усилителя 56 соеди-.нен с входом преобразователя 56.Блок 9 контроля температуры связующего содержит датчик 58 температуры, подключенный к преобразователю 59, выход которого соединен свходами преобразователей 60 и 61 внормальный сигнал,Блок 10 коррекции температуры свжзующего содержит нелинейные преобразователи 62 и 63 и задатчик 64 темдв-,ратуры связующего, подключенные к элементу 65 сравнения.Блок 11 регулирования температуры связующего содержит преобразова-, тель бб, формирователь 67 управляю". щих импульсов, тиристорный преобразователь 68 и нагревательный элемент 69, соединенные последовательно,Система автоматического регулирования технологических параметровработает следуюЩим образом,Сформированная в начале намоточного тракта лента 13, проходя черезпропиточную ванну со связующим 14и далее, наматывается на оправку.Сигнал о натяжении пропитаннойленты с блока 1 контроля натяженияленты поступает на первый вход блока 2 коррекции натяжения ленты, навторой, третий и четвертый входыкоторого поступают сигналы, о величине содержания связующего от блока 5 контроля содержания связующего, о величине вязкости связующегоот блока 8 контроля вязкости связщщего и о величине скорости движениеленты от блока 4 контроля скоростинамотки соответственно,Преобразованные сигналы об этихпараметрах с выходов нелинейных,элементов 9-22 в блоке 2 коррекцианатяжения ленты поступают на входыэлемента 24 сравнения, туда же заводится сигнал задатчика 23 натяжения. Получившийся на выходе блока 2коррекции натяжения ленты сигналпоступает на вход блока 3 регулирования натяжения ленты.В зависимости от величины сигнала управления, получаемого от элемента 24 сравнения блока 2 коррекции натяжения ленты, в преобразователе-распределителе 25 блока 3 регулирования натяжения ленты формируется прямоугольный импульс, время запуска которого относительно начала полуволны сетевого напряжения зависит от величины сигнала управления, а в зависимости от его знака, выбирается тот или .:иной формирователь 26 и 27 импульсов, где Формируются импульсы для управления тиристорного преобраэовате." ля 28, напряжение с которого поступает на вход исполнительного механизма 29, принцип действия которого заключается в изменении угла охвата исполнительного органа скользящей по нему пропитанной лентой 12, Подключение на входы блока 2 коррекции натяжения ленты корректирующих сигналов о величине содержания и вязкости связующе" го позволяет учитывать при регулировании натяжения изменения величины коэффициента трения, а подключение сигнала, пропорционального скорости движения ленты, позволяет учитывать возмущения, вносимые колебаниями скорости намотки. Все эти факторы позволяют существенно улучшить качество и повысить точность регулирования натяжения ленты.В основу измерения содержания связующего положена зависимость электрической емкости датчиков 37 и 38 блока 5 контроля содержания связующего от объема материала, проходящго через него. Изменение электрической емкости датчика 38, установленного на сухой ленте 13, и датчика 37, установленного на пропитанной.ленте 12, преобразуетсяв изменение частоты электрических колебаний, далее частота преобразуется в код на преобразователях 39 и 40, вычитается на схеме 41 сравнения и преобразуется в нормализованный сигнал в преобразователях 42 и 43 в нормализованный сигнал. Сиг-. нал о содержании связующего с первого выхода блока 5 контроля содержания связующего поступает на второй вход блока 2 коррекции натяжения ленты, а с второго выхода - на второй вход блока 6 коррекции содержания .связующего, на первый и третий входы которого поступают сигналы о величинах натяжения ленты и скорости движения ленты от блока 1 контроля натяжения ленты и блока 4 контроля скорости намотки соответственно.Преобразованные сигналы о величи-. не содержания связующего, натяжения и скорости движения ленты с выходом 4нелинейных преобразователей 44-46блока 6 коррекции содержания связующего поступают на входы элемента 48.сравнения, туда же заведен сигнало величине задания содержания связу 5 ющего от эадатчика 47 содержания связующего.Сигнал управления содержанием связующего с выхода элемента 48 сравнения поступает на вход блока 7 регуО лирования содержания связующего. Впреобразователе 49 распределения блока 7.формируются прямоугольные импульсы, время запуска которых относительно начала полуволны сетевого5 напряжения зависит от величины сигнала управления, а в зависимости отзнака сигнала управления, выбирается тот или иной Формирователь 50или 51 управляющих импульсов, где20 фбрмируются импульсы управлениятиристорным преобразователем 52,напряжение управления с которого поступает на вход исполнительно-о механизма 53, принцип действия которого заключается в изменении сеченияотверстий, через которые пропускаютпряди, из которых состоит лента.Подключение на входы блока 6 коррекции содержания связующего сигналов о величине натяжения и скоростипротяжки ленты позволяет учитыватьпри регулировании содержания связующего возмущения, вносимые колебаниями скорости и натяжения ленты впроцесс реулирования содержаниясвязующего, что позволяет существенно улучшить качество и повысить точность регулирования содержания связующего.В основу измерения температуры40 положена зависимость изменения сопро-,тивления чувствительного элементадатчика 58 температуры от температуры теплоносителя. Сигнал от чувствительного элемента датчика 58 тем 45 пературы преобразуется в аналоговыйэлектрический сигнал с помощью усищтеля-преобразователя 59 и преобразуется в нормализованный сигнал управления в преобразователях 60 и 61.Сигнал о температуре связующего с первого блока 9 контроля температурысвязующего поступает на вход блока 10 коррекции температуры связующего, на второй вход которого поступает сигнал от блока 4 контроля ско 5 рости намотки,Преобразованные сигналы о величине температуры связующего и скорости движения ленты с выходов нелинейных преобразователей 62 и 63 посту 60 пают на вход элемента 65 сравнения,туда же подается, сигнал о задании температуры связующего от задатчика 64температуры связующего,Сигнал управления темйературойщ связующего с выхода элемента 65 срав 1075241 1030 нения блока 10 коррекции температуры связующего поствпает на вход блока 11 регулирования температуры связующегоВ преобразователе 66 блока 11 формируются прямоугольные импульсы, завися щие от величины сигнала управления. 5В формирователе 67 управляющих импульсов формируются импульсы для управления тиристорным преобраэовате" лем 68, напряжение управления с которого поступает на вход нагревательного элемента 69.В основу метода измерения вязкости связующего положена регистрация амплитуды ультразвуковой волны, про" шедшей через связующей состав. В генераторе 55 высокой частоты формируется высокочастотный сигнал, моделируемый двумя, сдвинутыми друг относительно друга импульсами с различной амплитудой. Высокочастотные сигналы, 20 поданные на излучающую пластину пьезокерамики датчика 54 вязкости связующего поступайт на усилитель-преобразователь 56, где этот сигнал уси.- ливается, детектируется, разделяется на два, выпрямляется и вычитается, а на выходе усилителя-преобразователя 56 получается аналоговый сиг-.нал, пропорциональный величине вязкости, который поступает на первый, вход преобразователя 57, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный температуре связующего от блока 9 контроля температуры ,связующего.В преобразователе 57 при формировании нормализованного сигнала вязкости связующего, учитывается сигнал, полученный от схемы измерения вязкости и сигнал, пропорциональный температура связующего. Полученный сигнал поступает на третий вход блока 2 коррекции натяжения ленты, где используется как корректирующий сигнал для определения изменения на тяжения при изменении коэффициента трения пропитанной ленты о направляющие ролики от вязкости связующего.Сигналы от датчиков 30-32 поступают на входы дифференциаторов 33- 35, где дифференцируются и подаются на входы нелинейного преобразователя 36, где осуществляется преобразование в нормированный сигнал величины скорости движения ленты, как Функции производных от сигналов датчиков 30-32 положений.Сигналы с выхбдов блока 4 контроля скорости намотки поступают на входы первого, второго и третьего блоков коррекцииУчитывание взаимного влияния технологических параметров друг на друга позволяет существенно повысить точность регулирования технологических параметров и тем самым улучшить качество изготовляемых иэделий,1075241 Соста Техре тель Е.ХачатуроваЛ.Микеш Корректор Ю.Макаренк1 Редактор ик аказ н 4/5 Патент", г.ужгород, ул.Проектная,л 9 б/41 тираж ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, москва, Ж, 2 Подпкомитета СССРи открытийушская наб., д,