Устройство для управления процессомнанесения жидкости ha подложку
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Республик
Гвсудврстаевний пеиатет СССР во делам изобретвнай в аткритай (53) УДК 62.50 (088.8) Опубликовано 23,06,81. Бюллетень М 23 Дата опубликования описания 26.06,81 Л, Н, Тютюник, В. И. Чайка, В, Е. Новиков, А. К. Залесов и С. В. Сутырин Специальное конструкторско-технологическое бюро,химикот фотографической промышленности и Днепропетро с фй химико-технологический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ITPOUECCOM НАНЕСЕНИЯ ЖИДКОСТИ HA ПОДЛОЖКУ Изобретение относится к технике автоматического управления технологическими процессами, в частности процессом нанесения фотоэмульсии на движуптуюся основу кинофотоматериалов. Устройство может быть использовано в бумажной промышлен5 ности и полиграфии, а также в других отраслях, где требуется наносить жидкостные слои с высокой точностью. В известном устройстве для нанесения ! О равномерных по высоте слоев.жидкости . на гибкие движущиеся подложки, обеспечивающее жесткую функциональную связь (синхронизацию) между мгновенными значениями расхода жидкости, подаваемой на 15 подложку, скорости протяжки подложки в точке нанесения и содержание контролируемой компоненты жидкости в единице площади ее наноса на гибкую подложку(1) и(2) 20 Это содержание контролируемой компт ° ненты жидкости, в конечном счете, определяет качество наносимого слоя на гибкую подложку. Однако устройства не обеспечивают такой синхронизации, поскольку имеют элементы, управляющие отдельно скоростью движения подложки и расходом жидкости и не связанные между собой. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению явля.ется устройство, включающее термостат для хранения жидкости, соединенный с кла паном подачи жидкости, связанный с исполнительным механизмом жидкости, датчик расхода жидкости, узел протяжки гибкой подложки, связанный с механизмом регулирования скорости протяжки, датчик контроля нанесения жидкости на подложку, блок задания объема тракта жидкости, блок запаздывания, блок отклонения, блок задания ширины слоя, блок задания высоты слоя, логический блок, выходы которого подсоединены к исполнительному механизму цодачи жидкости и механизму регулирования скорости протяжки, а входы подсоединены к входам датчика нанесения жидкости на подложку, к блоку отклонений 84003 и датчику скорости протяжки, соединенным между собой, блок задания ширины слоя и блок задания высоты слоя соединены с блоком отклонений, к которому подключен датчик расхода жидкости через блок запаздывания, соединенный с блоком задания объема тракта жидкости (3). Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная тем, что управление процессом нанесения жидкости !0 на гибкую подложку осуществляется посредством не связанных между собой контуров стабилизации основных управляемых 1 параметров с одновременным автоматическим контролем содержания контролируемой компоненты жидкости, В случае, если содержание контролируемой компоненты отличается от требуемого значения, оператор вручную изменяет величину задания величины основного управляемого парамет- 20 ра. Такое устройство не позволяет получить лаже в пределах одной партии поливаемой фотоэмульсии одинаковое в пределах, одной партии содержание серебра в единице площади наноса фотоэмульсии на основу, т.е. не позволяет получить заданные однородные фотосвойства кинофотоматериалов. Цель изобретения — повышение точнос30 ти устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соепиненные датчик расхода жидкости, первый и второй функциональные 35 преобразователи, первый интегратор, третий функциональный преобразователь, формирователь и сумматор, Bbtxollbl которого подключены к входам регуляторов расхода жидкости и скорости движения подлож40 ки, соответственно, последовательно соединенные задатчик объема жидкости и первый блок определения времени транспортного запаздывания, выходом подключенный к второму входу первого функционального 4 преобразователя, а вторым входом — к датчику расхода жидкости, последовательно соединенные датчик скорости движения подложки, четвертый функциональный преобобразователь и второй интегратор, выходом подключенный к второму входу третьего функционального преобразователя, задатчик времени интеграторов, последовательно соединенные задатчик длины подложки и второй блок определения времени транспортного запаздывания, входом подключенный к датчику скорости движения подложки, а выходом - к вторым входам второго и четвертого функциональных 3 4 преобразователей, датчик содержания контролируемой компоненты жидкости, задатчик нечувствительности, подключенный к второму входу формирователя, задатчик управляемого параметра, подключенный к второму входу сумматора, и задатчик ширины слоя жидкости, соединенный с третьим входом третьего функционального преобразователя, введены последовательно со- единенные задатчик содержания контролируемой компоненты жидкости и блок сравнения, а также последовательно соединенные блок определения высоты слоя жидкости, пятый функциональный преобразователь, третий интегратор, блок определения эквивалентного отклонения высоты слоя жидкости, выходом подключенный к четвертому входу третьего функционального преобразователя, а вторым и третьим входомсоответственно к выходу блока сравнения и к выходу датчика содержания контролируемой компоненты жидкости, соединенному со вторым входом блока сравнения, причем второй вход третьего интегратора подключен к задатчику времени интегрирования, второй вход пятого функционального преобразователя соединен с выходом второго блока определения времени транспортного запаздывания, а датчик скорости движения подложки соединен с первым входом блока определения высоты слоя жидкости, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а третий вход — к задатчику ширины слоя жидкости. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит термостат 1 для хранения жидкости, экструзионное поливное, устройство (ЭГИДУ) 2, поливной валик 3, электродвигатель 4, гибкую подложку 5, регулятор 6 расхода жидкости, регулятор 7 скорости движения подложки, датчик 8 содержания контролируемой компоненты жидкости, датчик 9 расхода жидкости, датчик 10 скорости движения подложки, задатчик 11 обьема жидкости от точки измерения ее расхода до точки нанесения на подложки, первый блок 12 определения времени транспортного запаздывания, определяющий время движения жидкости от точки измерения ее расхода до точки нанесения на подложку, первый функциональный преобразователь 13, задатчик 14 сс держания контролируемой. компоненты жидкости, блок 15 сравнения, блок 16 определения высоты слоя жидкости, второй функциональный преобразователь 17, пер5 8400 вый интегратор 18, третий функциональ1 ный преобразователь 19, второй интегратор 20, четвертый функциональный преобразователь 21, пятый функциональйьтй ре образователь 22, третий интегратор 23, задатчик 24 длины подложки, второй блок 25 определения времени транспортного запаздывания, эадатчик 26 времени интегри» рования, блок 27 определения эквивалентного отклонения высоты слоя жидкости, т0 задатчик 28 ширины слоя жидкости, формирователь 29, задатчйк 30 нечувствительности 30, сумматор 31, задатчик 32 управляемого параметра, клапан 33, регулирующий подачу жидкости. !5 Устройство работает следующим образом. Определяется мгновенное значение высоты наноса жидкости на гибкую подложку в точке полива. Из-за конструктивных 20 особенностей ЭПУ 2 датчики 9 и 10 устанавливаются в разных точках. Первый до ЭПУ, а второй в точке полива. С выхода датчика 9 сигнал J (f ), пропорциональный величине расхода, подается на один из входов первого функционального преобразователя 13, реализующего функцию переменного запаздывания Л (С вЂ” Т„), учитывающую время движения измеренного мгновенного значения расхода жидкости 3(t ) or точки его измерения до точки нанесения на гибкую подложку 5. Для это ro задатчик 11 вырабатывает сигнал Ч,, пропорциональный объему тракта подачи жидкости на полив. от точки измерения З5 его расхода до точки нанесения на гибкую подложку. Этот сигнал поступает на один из входов блока 12. Одновременно на второй вход блока 12 подается сигнал, пропорциональный величине 3 (t). На осно- 40 ве этих двух входных сигналов Ч и 3 (С) блок 12 определяется время Ъ< транспортного запаздывания жидкости от точки измерения ее расхода до точки нанесения ее на гибкую подложку, как отГ 45 ношение „@ .ж -т, ВО(t) (2) ку в точке полива; — ширина наносимого слоя, которую практически можно считать постоянной, определяет величину h (e ) . Для этого на третий вход блока 16 с выхода задатчика 28 подается сигнал, пропорциональный величине ширины наносимого слоя В. Так как величина содержания контро.лируемой компоненты жидкости в единице плошади ее наноса на подложку явля ется среднеинтегральной характеристикой наносимого на подложку слоя жидкости, измеряемой с постоянной времени измерения Т, и используется. в вычислительных операциях по управлению рассматриваемым процессом совместно с величинами расхода жидкости на полив, скоросги протяжки подложки и высоты наносимого слоя жидкости, то и эти величины также необходимо определять как среднеинтегральные с временем интегрирования — Т, приведенные в точку измерения контролируемой компоненты жидкости. Приведение, этих величин в точку измерения контролируемой компоненты жидкости осуществляется следующим образом. Сигнал, пропсрцио нальный мгновенному значению высоты наноса жидкости на подложку в точке нане- . сения h(t), с выхода блока. 16 поступает на олин из входов функционального преобразователя 22, который реализует функцию перемснного запаздывания и (Ь - ), учитывающую,вреыя движения нанесенного слоя жидкости от точки нанесения до точки измерения содержания контролируемой компоненты жидкости. Для этого задатчик 24 вырабатывает сигнал, пропорциональный расстоянию с от точки измерения содержания контролируемой компоненты жидкости до точки нанесения. Этот сигнал пог = Ч/3 (<) с выхода блока 12 сигнал, пропорциональ50 ный величине Ъ, поступает на второй вход функционального преобразователя 13, на выход которого снимается сигнал, пропорциональный величине )(t- ь) . Этот сигнал появится на выходе блока 13, тогда, 55 когда измеренный элементарный объем жидкости, (С) достигает точки полива. При этом изменение мгновенных значений . величины ) (t ) учитывается переменным 33 6 временем трансп ртного запаздывания с, посредством блока 12. Датчиком 10 измеряется мгновенное значение скорости протяжки гибкой подложки 5 в точке нанесе-. ния U(e). Приведенные в одну точку нанесения жидкости на подложку сигналы, пропорциональные мгновенному расходу жидкости и скорости протяжки подложки поступают на оба входа блока 16, который по известному соотношению где h (<) — мгновенное значение высоты нанесения жидкости на подлож7 8400 ступает на .один из входов блока 25. Одновременно на второй вход блока 25 подае тся сигнал, пропорциональный U(t). На основе этих двух сигналов блок 25 определяет время транспортного запаздывания Ъ0 как отношение 33 8 Принятые допущения позволяют считать, что для элементарной площадки д5 между мгновенным значением высоты износа жидкости 6 (1 ) и содержанием контролируемой компоненты жидкости 6 (t) существует линейная зависимость. i =3/u(t) (3) h =--— ,( - -гс (4) Аналогично интеграторы 18 и 20 определяют в точке измерения содержания 40 контролируемой компоненты жидкости среднеинтегральные значения расхода жид кости на полив С и скорости протяжки гибкой подложки Ц : 1с 3 = — S 3(t- -7ü ) dt (5) тс (у = — О(-„,„., (6) При определении эквивалентного огклонения высоты нанесенного слоя жидкости на подложку gh исходим из того, что абсолютная высота наносимых на подложку слоев жидкости обычно не превосходит 100-150 мк, что, в свою оче55 редь позволяет пренебречь градиентом концентрации содержания контролируемой компоненты по высоте слоя жидкости. С выхода блока 25 сигнал, пропорцио \ нальный Ь, поступает на второй вход 10 функционального преобразователя 22, на выходе которого снимается сигнал, пропорциональный величине h (t = L g ). Этот сигнал появляется на выходе блока 22 тогда, когда определенное расчетным пу- l5 тем в точке нанесения значения высоты наноса жидкости достигает точки измерения содержания контролируемой компоненты жидкости.. При этом изменение мгновенных значений высоты учитывается перемен-20 ным временем запаздывания посредством блока 25. Аналогично осуществляется реализация функций переменного запаздывания 3 (t-7<-ь2) и U{t-(, ), выполняемые соответственно функциональными преобраэова " телями 17 и 21. С выхода функционального преобразователя 22 сигнал, пропорциональный и (— L ) поступает на один из выходов интегратора 23, на другой вход которого с выхода задатчика 26 поступает сигнал, пропорциональный времени интегрирования Т . Интегратор 23 onpenewer в точке измерения содержания контролируемой компоненты жидкости средне интегральное значение высоты нанесенного 55 слоя жидкости h< Цт,) -aC(t ) (7) Ь® gb (t) Ь с и ( б ДС (8) где С вЂ” среднеинтегральное значение содержания контролируемой компоненты жидкости, дС- отклонение среднеинтегрального значения содержания контролируемой компоненты or его заданного значения, She -среднеинтегральное значение эквивалентного отклонения высоты наноса жидкости. Из выражения (3) следует, что дС, bhC-ИС вЂ” Ñ (9) На основании выражения (9) блок 27 определяет эквивалентное отклонение высоты наноса жидкости на подложку, для чего на его входы поступают соответственно с выхoдoв блоков 23, 8, 15 сигналы, пропорциональные среднеинтегральным значениям высоты наноса жидкости tl, содержания контролируемой компоненты жидкости С и ее отклонению b. С or заданного значения. Выработанный блоком 27 сигнал пропорциональный эквивалентному .отклонению высоты наноса жидкости на подл-жку Ь Ьс необходимо преобразовать в сигнал, пропорциональный эквивалентному отклонению управляемого параметра Ь.5 или ЬО, имеющего меньшую постоянную времени по в где Ь с (t) — приращение содержания контролируемой компоненты жидкости на площадке bg ЬЬ (t) — приращение (эквивалентное отклонение) высоты наноса жидкости, обусловившее приращение содержания контролируемой компоненты Д с (t) . Обычное содержание контролируемой компоненты относят к 1 м поверхности слоя жидкости 9. на подложке, учитывая то, ч"о время наноса жидкости на 1 м подложки соответственно. при ширине и скорости полива1200 мм и 20 мlмин очень мало и составляет порядка 2,5 сек, можно принять градиент концентрации контролируемой компоненты по длине полива равной нулю. С учетом принятого допущения выражения (7) можно записать 840033 10 или Ь U),,о условленные соответствующими эквивалентными отклонениями высоты наноса жидкости на гибкую подложку, Для этого на входы функционального, преобразователя 19 с выходов блоков 27, 18,20 и 28 соответственно подают сигналы, пропорциональные эквивалентному отклонению высоты наноса жидкости на подложку h „среднеинтегральным значениям расхода жидкости З и скорости протяжки подложки U в точке определения содержания контролируемой комп ненты жидкости, а также ширине наносимого слоя В. С выхода функционального преобразователя 19 сигнал, пропорциональный отклонению основного управляемого параметра подается на один иэ входов формирователя 24, который выполняет функции ПИЙрегулятора. Изменением параметров формирователя 29 можно получать П, И-, IlH- или ПИЛ- законы управления. Задат- чик 30 определяет величину эквивалентного отклонения основного управляемого параметра, на основе которой окончательно формируется корректирующий импульс величины задания одной из автоматических систем стабилизации. С выхода формцрователя 29 окончательно сформированный в соответствии с принятым законом управления корректирующий сигнал для одной из автоматических систем стабилизации подается на один из входов сумматора 31, на второй вход которого с задатчика 32 подается сигнал, tlpoBopgHQHQIIbHbIH величине задания этой же автоматической системе стабилизации. С выхода сумматора 31 сигнал, пропорциональный окончательной величине изменения основного управляемого параметра, имеющего меньшую постоянную времени по основному каналу управления, подается на вход регулятора 6 или на вход реулятора 7. После чего соответствующая автоматическая система стабилизации посредством регулирующего клапана 33 изменяет подачу жидкости для нанесения ее на подложку или посредством.электродвигателя 4 изменяет скорость вращения поливного валика 3. т - д4т6 U На одном экструзионном поливном уст-25 ройстве могут быть скомпонованы автоматические стабилизирующие системы с различным соотношением постоянных времени по основным каналам управления 7> = g и Th - Ц, т.е. возможны случаи, когда Th Л)П 0 или Th UrTh З (10) Из этого следует, что для повышения равномерности содержания контролируембй компоненты жидкости в качестве основного управляемого следует выбирать параметр, имеющий меньшую постоянную времени по основному каналу управления, а в 4О данном случае необходимо в качестве возможных основных управляемых параметров рассматривать как 3 так и U . Рассмотрим случай, когда в качестве основного управляемого параметра приня45 тоде ° На основании выражения (2) можно записать - " В(0ф 0,) откуда - "о-ь(и().д Д u() Выражая (10) и (1 1) посредством функционального преобразователя 19, со55 ответственно получаются сигналы, пропор циональные эквивалентным отклонениям основного управляемого параметра (53O) Использование предлагаемого устройст. ва для автоматического управления процессом нанесения жидкости на гибкую подложку позволяет повысить точность автоматического управления нанесением жидкости на подложку, что, в конечном счете, улучшает качество наносимого на гибкую подложку слоя жидкости, а для кинофотоматериалов — их качество. основному каналу управления. Из выражения (1) следует, что в качестве основных управляемых параметров при рассматриваемом экструэионном способе полива могут быть приняты расход жидкости на полив Д и скорость протяжки гибкой подложки Ц, а основными каналами управления является: высота наноса жидкости h — расход жидкости на полив 3 и высота наноса жидкости h — скорость протяжки йод-. ложки U Проведенное исследование динамики существующих автоматических стабилизирующих систем pacxofla жидкости на полив и скорости протяжки показало следующее. Ввиду своих конструктивных особенностей эти системы, как правило, имеют различное время переходного процесса и, следовательно, различные постоянные времени (Т) по основным каналам управления ЭПУ, 2О т.е. 840033 Формула изобретения Устройство для управления процессом нанесения жидкости на подложку, сойержащее последовательно соединенные датчик расхода жидкости, первый и второй функциональные преобразователи, первый интегратор, третий функциональный преобразователь, формирователь и сумматор выходы которого подключены к входам lo регуляторов расхода жидкости и скорости движения подложки соответственно, последовательно соединенные задатчик обьема жидкости и первый блок опраделения времени транспортного запаздывания, выходом подключенный к второму входу первого функционального преобразователя, а вторым входом - к датчику расхода жидкости, последовательно соединенные дат чик скорости движения подложки, четвер- 20 гый функциональный преобразователь и ворой интегратор, выходом подключенный к второму входу третьего функционального преобразователя, задатчик времени интегрирования, подключенный к вторым вхо-25 дам первого и второго интегратора, последовательно соединенные задатчик длины подложки и второй блок определения времени транспортного запаздывания, входом подключенный к датчику скорости движения подложки, а BbIxogoM - к BTdpbIM входам второго и четвертого функциональных преобразователей, датчик содержания конт ролируемой компоненты жидкости, задатчик нечувствительности, подключенный к второму входу формирователя, задатчик управляемого параметра, подключенный к втсрому входу .сумматора, и задатчик ширины слоя жидкости, соединенный с третьим входом третьего функционального преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, îíî содержит последовательно соединенные задатчик содержания контролируемой компоненты жидкости и блок сравнения, а также последовательно соединенные блок определения высоты слоя жидкости, пятый функциональный преобразователь, третий интегратор, блок опре- деления эквивалентного отклонения высоты слоя жидкости, выходом подключенный к четвертому входу функционального преобразователя, а вторым и третьим входом— соответственно к выходу блока сравнения и к выходу датчика содержания контролируемой компоненты жидкости, соединенному со вторым входом блока сравнения, причем второй вход третьего интегратора подключен к задатчику времени интегрированияр второй вход пятого функционального преобразователя соединен с выходом второго блока определения времени транспортного запаздывания, а датчик скорости движения подложки соединен с первым входом блока определения высоты слоя жидкости, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразов|ателя, а третий вход - к задатчику ширины слоя жидкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Шеберетов В. И. и др. Основы технологии светочувствительных фотомагер иалов, М., Химия", 1977, с. 336-339. 2. Патент Великобритании ¹ 1216233, кл, 5 050 5/03, 1968. 3..Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2560333, 18-24, кл. + 05+ 5/03„26.12.77 (прототип).
