Самонастраивающаяся система стабилизации диаметра изолированного провода (кабеля)

) (1 Ц 2 5 й)5 6 05 О 5/О ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВ СО КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1118967, кл, О 05 О 5/03, 1985,(54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ДИАМЕТРА ИЗОЛИРОВАННОГО ПРОВОДА (КАБЕЛЯ)(57) Сущность изобретения: устройство содержит 1 регулятор диаметра, регуляторпрогноза диаметра на выходе экструдера, 1блок произведения 3, 1 блок регулирования частоты вращения экструдера 4, 1 экструдер 5, 1 ванну охлаждения 6, 1 блок вычисления диаметра 7, 1 датчик мощности нагрева экструдера 8, 1 датчик скорости изолирования провода 9, 1 датчик диаметра 10, 2 элемента выборки-хранения 11, 12, 1 блок уставок 13, 1 датчик частоты вращения экструдера 14, 1, датчик температуры расплава 15, 1 датчик давления расплава в головке экструдера 16, 1 датчик, мощности электродвигателя 17, 1 датчик вязкости расплава 18. 1-2 - 3-4-5-6- 10 - 11 - 1; 5-16 - 7; 5 - 15 - 7; 4 - 14 - 7; 7 - 12 - 3;17-18-7; 7-11; 7-12; 7-2; 8-7; 13-7; 10-7;9 - 7; 14-4; 14 - 18; 16 - 18. 2 з.п. ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к автоматиче- сти нагрева экструдера, датчик скорости скому регулированию и может быть исполь- изолирования провода, два элемента вызовано при изготовлении проводов и борки-хранения, блок уставок, датчик темкабелей с пластмассовой изоляцией, пературы расплава, датчик мощностиИзвестны устройства, в которых исполь двигателя экструдера и датчик вязкости расзуются два датчика диаметра, один из кото- плава, выход регулятора диаметра через порых установлен за ванной охлаждения, а следовательно соединенные регулятор второй расположен сразу за экструдером. прогноза диаметра на выходе экструдера и Однако в таких устройствах очень значи- блок произведения подключен к первому тельно повышаются требования к поддер входу блока регулирования частоты вращежанию натяжения провода (кабеля) очень ния экструдера, выход датчика мощности стабильным, в противном случае возникают нагрева экструдера соединен с первым входополнительные погрешности от колебания дом блока вычисления диаметра, подклюпровода относительно. луча-лазера или фо- ченного вторым входом к выходу датчика тоэлектрического пучка, особеннодля кабе скорости изолирования провода, а третьим лей большого диаметра, Механическая входом - к выходу датчика диаметра и инстабилизация натяжения провода путем формационному входу первого элемента опоры на ролики невозможна, так как зто выборки-хранения, выход датчика мощно- приводит к деформации несформировав- сти двигателя соединен с первым входом шейся изоляции сразу на выходе из экстру датчика вязкости расплава, подключенного дера. вторым входом к выходу датчика частотыИзвестны устройства, которые содер- вращения экструдера, второму входу блока жат один датчик диаметра, расположенный регулирования частоты вращения экструдеза ваннойохлаждения. Однакотакиесисте- ра и четвертому входу блока вычисления мы обладают невысокой точностью регули диаметра, пятый вход которого соединен с рования и малым быстродействием из-за выходом датчика температуры расплава, наличия транспортного запаздывания, ко- шестой вход - с выходом датчика давления торое к томухе является переменным, расплава в головке.экструдера и третьимНаиболее близкой к изобретению явля- входом датчика вязкости расплава, подклюется система регулирования диаметра ка- ЗС ченного выходом к седьмому входу блока бельных изделий, содержащая регулятор вычисления диаметра, входы которого с диаметра, блок регулирования частоты вра- восьмого по двенадцатый соединены соотщения экструдера, экструдер, ванну охлаж- ветственно с выходами блока уставок с пердения, датчик диаметра, датчик частоты вого по пятый, первый и второй выходы вращения экструдера и датчик давления 35 блока вычисления диаметра подключены сорасплава в головке экструдера, Однако та- ответственно к второму входу регулятора кая система не обладает высокой точно- прогноза диаметра на выходе экструдера и стью, быстродействием, а также к информационному входу второго элеменпомехозащищенностью, В ней не учитыва- та выборки-хранения, соединенного входом ются характеристики применяемых матери разрешения считывания с входом разрешеалов и экструдера как объекта управления, ния считывания первого элемента выборкиЦелью изобретения является повыше- хранения и третьим выходом блока ние точности-; быстродействия и помехоза- вычисления диаметра, а выходом - с вторым щищенности системы, Это позволит входом. блока произведения, выход первого получить значительнуюэкономию материа элемента выборки-хранения подключен к лов. входу обратной связи регулятора диаметра,Цель достигается тем, что в известную вход задания которого является входом сасистему, включающую регулятор диаметра, монастраивающейся системы стабилизапоследовательно соединенные блок регули- ции диаметра изолированного провода.рования частоты вращения экструдера, экс Важным отличием является то, что даттрудер, ванну охлаждения, датчик чик вязкости расплава содержит сумматор, диаметра, а также датчик частоты вращения элемент давления, квадратор и три умножиэкструдера, подключенный входом к выходу теля, первый вход датчика вязкости расплаблока регулирования частоты вращения экс- ва через последовательно соединенные трудера и датчик давления расплава в голо сумматор и элемент деления подключен к вке экструдера, соединенный входом с выходу датчика вязкости расплава, второй вторым выходом экструдера, введены до- вход датчика вязкости расплава через пополнительно регулятор прогноза диаметра следовательно соединенные первый и втона выходе экструдера, блок произведения, рой умножители подключен к второму входу блок вычисления диаметра, датчик мощно- сумматора, а через последовательно соеди-ненные квадратор и третий умножитель подключен к входу делителя элемента деления, третий вход датчика вязкости расплава подключен к второму входу второго умно- жителя, вторые входы умножителей подключены к соответствующим шинам задания констат,Также важным отличием является то, что блок вычисления диаметра содержит восемь умножителей, два сумматора, два элемента деления, два квадратора, компаратор и элемент выделения квадратного корня, первый вход блока вычисления диаметра через последовательно соединенный первый умножитель, первый сумматор, первый элемент деления, второй сумматор, второй умножитель, элемент выделения квадратного корня подключен к первому выходу блока вычисления диаметра, соединенному через второй элемент деления со своим вторым выходом, второй вход блока вычисления диаметра через последовательно подключенные седьмой и восьмой умножители соединен с входом делителя первого элемента деления, третий вход блока вычисления диаметра подключен к входу делимого второго элемента деления, соединенного выходом через компаратор с третьим выходом блока вычисления диаметра, четвертый вход которого через последовательно подключенные первый квадратор, третий и четвертый умножители соединен с вторым входом первого сумматора, а через последовательно подключенные пятый и шестой умножители с третьим входом первого сумматора, входы блока вычисления диаметра с пятого по десятый соединены с вторыми входами соответственно восьмрго, шестого, четвертого, первого, пятого и третьего умножителей, а его одиннадцатый вход - с вторыми входами второго и седьмого умножителей, двенадцатый вход блока вычисления диаметра через второй, квадратор подключен к второму входу второго сумматора.На фиг. 1 приведена блок-схема самонастраивающейся системы стабилизации диаметра; на фиг. 2 - блок-схема датчика вязкости расплава; на фиг, 3 - блок-схема блока вычисления диаметра,Самонастрайвающаяся система стабилизации диаметра содержит регулятор 1 диаметра, регулятор 2 прогноза диаметра на выходе экструдера, блок 3 произведения, блок 4 регулирования частоты вращения экструдера, экструдер 5, ванну 6 охлаждения, блок 7 вычисления диаметра, датчик 8 мощности нагрева экструдера, датчик 9 скорости изолирования провода, датчик .10 диаметра, первый элемент 11 выборки хранения, второй элемент 12 выборки-хранения, блок 13 уставок, датчик 14 частоты вращения экструдера, датчик 15 температуры расплава, датчик 16 давления расплава в 5 головке экструдера, датчик 17 мощностиэлектродвигателя и датчик 18 вязкости рас,плава.Датчик 18 вязкости расплава содержитсумматор 19, элемент 20 деления, три умно жителя 21, 22 и 24 и квадратор 23,Блок 7 вычисления диаметра содержит восемь умножителей 25, 40, 32 - 37, два сумматора 26 и 28, элементы 27 и 39 деления, элемент 29 выделения корня квадратного, 15 компаратор 30 и квадраторы 31 и 38.Принцип. действия системы стабилизации диаметра провода Э(кабеля) основан на следующих математических зависимостях.Диаметр провода на выходе блока 7 вы числения диаметра определяется 25 (1) где Р - мощность нагрева экструдера;ЛТ - перепад температуры при нагреве изоляции в экструдере; и - частота вращения экструдера; Р - давление расплава; ,и - средняя вязкость расплава; Ч - скорость изолирования провода; б - диаметр металлического проводника провода (кабеля); 357 п СпК 2=Оч /6219 ф /7 пСп 40 4 Л Оч 1.2 2и соз ф)п Сп 45 К 4= 1 - м м- коэффициентп Сп ты пропорциональности; где ц - КПД способа нагрева изоляции в экструдере; 50 п и ум - удельные веса изоляции и металла провода;Сп и См - удельные теплоемкости изоляции и металла провода (кабеля);Оч - диаметр червяка (шнека) экструде Райч - глубина нарезки червяка экструдера;р- угол подъема нарезки червяка экструдера;1-2 - его длина.Уравнение (1) получено из уравнения теплового баланса нагрева изоляции в экструдере при вып рессовы вании СпСп ЛТ+ОмСм ЛТ=(Рн 3+Ров)1, (2) где бп и Ом - веса изоляции и металла провода;Рдв - мощность двигателя экструдера;1=1/Ч - время разогрева массы изоляции и металла провода (кабеля),- длина вып рессовы ваемо го участка.Уравнение (2) приводится к единице длины провода.Величина вязкости,и на выходе датчика 18 вязкости расплава определяется Рдв - К 5 пр К 6 ппропорциональностиФормула (3) получена иэ уравнения Рд = 4 О ьгрц р+ к О2 з з и (.2п 2 соз ф= К 5 пр+К 5 п,и Следовател ьно, самонастраивающаяся система стабилизации диаметра провода (кабеля) функционирует на основании следующих положений; вычисляется на основании зависимости (1) в блоке 7 вычисления прогнозируемый диаметр О 1 и выдается на вход регулятора 2 прогноза диаметра на выходе экструдера; определяется коэффициент усадки изоляции в ванне охлаждения ОгКу=01(5) где 02 - диаметр, измеряемый датчиком 10 диаметра провода (кабеля),В случае 1 Ку О выдается сигнал из блока 7 вычисления в элемент 11 выборки- хранения, переводящий его в режим хранения предыдущего запомненного значения сигнала с датчика 10 диаметра, что позволяет устранить прохождение сигналов на вход регулятора 1 диаметра с выхода датцика 10 диаметра, несущих ложную информацию (помехи и сбои в датчике 10 диаметра), сигнал, пропорциональный значению коэффициента усадки при О Ку 1, выдается из блока 7 вычисления через элемент 12 выборки-хранения на вход блока 3 произведения,что позволяет создать эффект настройки регулятора 2 прогноза диаметра, При 1 КуО (что недостоверно) сигнал из элемента5 12 выборки-хранения выдается предыдущим запомненным; при этом на входе блока3 произведения остается предыдущее значение, так как по третьему выходу блока 7вычисления поступает сигнал запрета на10 вход разрешения считывания второго элемента выборки-хранения,Блок 13 уставок предназначен для выдачи уставок коэффициентов К 1-К 4 по первому- четвертому выходам и значения диаметра15 б в блок 7 вычисления,Датчик 18 вязкости расплава действуетна основании алгоритма (3). На выходе первого умножителя 21 образуется сигнал, пропорциональный К 5 п, на выходе второго20 умножителя 22 образуется напряжение,пропорциональное К 5 пр, на выходе сумматора 19 - Рдв - К 5 пр, на выходе квадратора 232- и, на выходе третьего умножителя 24 -гК 5 п, на выходе элемента 20 деления обра 25 зуется напряжение, пропорциональное величине вязкости расплава,Блок 7 вычисления Диаметра на выходеэкструдера действует на основании алгоритма (1). На выходе первого умножителя 2530 образуется напряжение, пропорциональное К 1 Рп, на выходе первого квадратора 31г- и, на выходе третьего умножителя 32 -2Кзп, на выходе четвертого умножителя -2Кзп,и, на выходе пятого умножителя 34 -35 К 2 п, на выходе шестого умножителя 35 - К 2пР, на выходе седьмого умножителя 36 -К 4 Ч, на выходе восьмого умножителя 37 -К 4 ЛТЧ, на выходе второго квадратора 38 -гб, на выходе первого сумматора 26 -40 К 1 Рн+К 2 пр+Кзп,и; на выходе первого эле 2мента 27 деления - К 1 Рн+К 2 пр+Кзп,и/К 4Кч; на выходе второго сумматора 28 -К 1 Рн+ К 2 пр+Кзп,и/К 4 ЛТЧ+б; на выходевторого умножителя 40 - К 4(К 1 Р +г 2,н+К 2 пр+Кзп,и)/К 4 ЛТЧ+б; на выходе элемента 29 вы еления ко ня ква атного -01 - К 4 ( К 1 Рн + К 2 пр + КЗ п,й )/К 4 Ь т Ч + с 3на выходе второго элемента 39 деления -Ку=Ог/О , на выходе компаратора 30 сигнализменяется по определенному виду,На фиг, 4, где приняты следующие обозначения, регулятор 41 частоты вращения,регулятор 42 тока; тиристорный преобразователь 43; электродвигатель 44; датчик 45тока,Самонастраивающаяся система стабилизации диаметра запускается в работу следующим образом,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вначале включается разогрев экструдера. При этом на втором выходе блока 7 вычисления сигнал равен нулю, так как в этом случае 02=0 на входе второго элемента 39 деления, следовательно, и на выходе второго элемента 12 выборки-хранения сигнал также равен нулю, так как сигнал запрета имеется на входе разрешения считывания второго элемента 12 выборки-хранения, но значение напряжения внутри элемента 12 еще равно нулю. Следовательно, на выходе блока 3 произведения напряжение также равно нулю. При этом в датчике 18 вязкости расплава установлены коэффициенты Кв и К 6, но сигнал на его выходе равен нулю, так как Рдв=О, п=О, Затем по мере разогрева экструдера при установленном значении диаметра на входе задания диаметра регулятора 1 диаметра с датчиков 8 - 10, 15-18 начнут нарастать напряжения, при этом запускается блок 4 регулирования частоты вращения и через экструдер тянущим механизмом (условно не показан) начинает протягиваться с линейной скоростью Ч провод диаметром б. При этом на информационном входе первого элемента 11 выборки-хранения появляется сигнал главной обратной связи, который начинает запоминаться, При этом, если коэффициент усадки 1 КУ=О 2/010, то сигнал поступает на вход обратной связи регулятора 1 диаметра (при этом сигнал запрета на вход разрешения считывания элемента 11 выборки-хранения не поступает), Аналогично на первом выходе блока 7 вычисления появляется сигнал, пропорциональный 01, который в виде сигнала обратной связи поступает на второй вход регулятора 2 прогноза диаметра, При этом на втором входе блока 3 произведения сигнал пока равен нулю и блок 4 регулирования работает в ручном режиме. Также постепенно начинают появляться напряжения, пропорциональные Рн, п, Ч, ЛТи, 01 и Ог на входах соответственно - первом, четвертом, втором, пятом, седьмом, третьем и двенадцатом блока 7 вычисления, а значит на втором входе блока 3 произведения. При этом, если 1 КУ=О 2/010, то сигнал запрета на входе разрешения считывания элемента 12 выборки-хранения не появляется и, следовательно, он открыт для прохождения сигнала с второго выхода блока 7 на второй вход блока 3 произведения. Это приводит к установке в блоке 3 требуемого коэффици.ента передачи. Таким образом, система плавно разгоняется до установки на ее выходе (ванна 6 охлаждения) требуемого диаметра провода (кабеля), Если происходят небольшие изменения напряжений на выходах датчиков 8-9, 14 - 18, то отработка происходит в основном через блок 7 вычисления диаметра и регулятор 2 прогноза диаметра, Это позволяет устранить возникшие возмущения от действия перечисленных параметров.Если 1 КО=02/01 О, то на третьем выходе блока 7 вычисления (выход компаратора 30) возникает запрещающий сигиал, в результате чего на первый вход регулятора 1 диаметра будет поступать сигнал от элемента 11 выборки-хранения предыдущего значения, как достоверный, Это свидетельствует о том, что на выходе датчика 10 диаметра возник невозможный сигнал (помеха,сбой), Сигнал запрета на входе разрешения считывания элемента 11 выборки-хранения будет действовать до тех пор, пока коэффициент усадки КУ=02/01 не будет находиться в пределе 1 Ку 0, после чего сигнал датчика 10 диаметра вновь будет проходить через элемент 11 на вход обратной связи регулятора 1, По второму выходу блока 7 вычисления формируется сигнал, пропорциональный коэффициенту усадки Ку, Следовательно, при изменениях в температурных режимах экструдера 5 или ванны б охлаждения он будет также изменяться, что приведет к изменению сигнала на втором входе блока 3 произведения. Это позволит фактически сделать изменяемым от 0 до 1 коэффициент передачи блока 3 произведения и, следовательно, создать эффект самонастройки коэффициента передачи регулирующего устройства, Коэффициент передачи блока 3 можно менять до тех пор, пока Ку находится в пределах 0 - 1. Если 1КуО, то на третьем выходе блока 7 вычисления возникнет запрещающий сигнал, который по входу разрешения считывания переведет элемент 12 выборки-хранения в работу с режимом хранения предыдущего значения Ку. Это говорит о том, что значения 02 и О 1 находятся в данный момент в противоречии (например, О 102: 02=0). Таким образом, эффект самонастройки. позволит с высокой точностью отрабатывать крупные возмущения с большой скоростью. На регулятор 1 возлагается отработка медленных и небольших по амплитуде остающихся от регулятора 2 возмущений. Если необходимо работать с другими скооостями изолирования, начальными диаметрами проводов, материалами изоляции и т,пто система запускается аналогичным образом, при этом изменяются коэффициенты К 1 - Кд и б в блоке 13 уставок.Формула изобретения 1, Самонастраивающаяся система стабилизации диаметра изолированного про 1735812 12вода (кабеля), содержащая регулятор диаметра, последовательно соединенные блок регулирования частоты вращения экструдера, экструдер, ванну охлаждения, датчик диаметра, а также датчик частоты вращения экструдера, подключенный входом к выходу блока регулирования частоты вращения экструдерэ, и датчик давления расплава в головке экструдера, соединенный входом с вторым выходом экструдера, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и помехозащищенности системы, в нее введены регулятор прогноза диаметра на выходе экструдера, блок произведения, блок вычисления диаметра, датчик мощности нагрева экструдера, датчик скорости изолирования провода, два элемента выборки-хранения, блок уставок, датчик температуры оасплава, датчик мощности двигателя и датчик вязкости расплава, выход регулятора диаметра через последовательно соединенные регулятор прогноза диаметра на выходе экструдера, блок произведения подключен к первому входу блока регулирования частоты вращения экструдера, выход датчика мощности нагрева экструдера соединен с первым входом блока вычисления диаметра, подключенного вторым входом к выходу датчика скорости изолирования провода, а третьим входом - к выходу датчика диаметра и входу разрешения считывания первого элемента выборки-хранения, выход датчика мощности двигателя соединен с первым входом датчика вязкости расплава, подключенного вторым входом к выходу датчика частоты вращения экструдера, второму входу блока регулирования частоты вращения экструдера и четвертому входу блока вычисления диаметра, пятый вход которого соединен с выходом датчика температуры расплава, шестой вход - с выходом датчика давления расплава в головке экструдера и третьим входом датчика вязкости расплава, подключенного выходом к седьмому входу блока вычисления диаметра, входы которого с восьмого по двенадцатый соединены соответственно с выходами блока уставок с первого по пятый, первый и второй выходы блока вычислениядиаметрэ подключены соответственно к второму входу регулятора прогноза диаметра на выходе экструдера, и к входу разрешения считывания второго элемента выборки-хранения, соединенного информационным входом с информационным входом первого элемента выборки-хранения и третьим выходом блока вычисления диаметра, а выходом - с вторым входом блока произведения, выход первого элемента выборки-хранения подключен к входу обратной связи регулятора диаметра, входзадания которого является входом самонастраивающейся системы стабилизации диаметра изолированного провода,5 2. Система поп.1, отл и ч а ю щаяс я тем, что датчик вязкости расплава содержит сумматор, элемент деления, квадратори три умножителя, первый вход датчикавязкости расплава через последовательно сое 10 диненные сумматор и элемент. деленияподключен к выходу датчика вязкости расплава, второй вход датчика вязкости расплава через последовательно соединенныепервый и второй умножители подключен к15 второму входу сумматора, а через последовательно соединенные квадрэтор и третийумножитель подключен к входу делителяэлемента деления, третий вход датчика вязкости расплава подключен к второму входу20 второго умножителя, вторые входы умножителей подключены к соответствующим шинам задания констант.3, Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что блок вычисления диаметра со 25 держит восемь умножителей, двэ сумматора, два элемента деления, два квадратора,компаратор и элемент выделения квадратного корня, первый вход блока вычислениядиаметра через последовательно соединен 30 ные первый умножитель, первый сумматор,первый элемент деления, второй сумматор,второй умножитель, элемент выделенияквадратного корня подключен к первомувходу блока вычисления диаметра, соеди 35 ненному через второй элемент деления сосвоим вторым выходом, второй вход блокавычисления диаметра через последовательно подключенные седьмой и восьмой умножители соединен со входом делителя40 первого элемента деления, третий вход блока вычисления диаметра подключен к входуделимого второго элемента деления, соединенного выходом через компаратор с третьим выходом блока вычисления диаметра,45 четвертый вход которого через последовательно подключенные первый квадратор,третий и четвертый умножители соединен свторым входом первого сумматора, а черезпоследовательно подключенные пятый и50 шестой умножители - с третьим входом первого сумматора, входы блока вычислениядиаметра с пятого по десятый соединены свторыми входами соответственно восьмого,шестого, четвертого, первого, пятого и55 третьего умножителей, а его одиннадцатыйвход - с вторыми входами второго и седьмого умножителей, двенадцатый вход блокавычисления диаметра через второй квадратор подключен к второму входу второго сумматора,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар 10 каз 1815 ВНИИПИ Г Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5