Устройство для регулирования толщины изоляции кабеля

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсккк

Социалистических

Рвспублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 02. 80 (21} 2888788/18-24 (51) М. Кл.з с присоединением заявки М9 (23) ПриоритетG 05 D 5/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 0707.82. Бюллетень МВ 25

Дата опубликования описания 07.07.82

1531УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.М. Иванов и Б.К. Никитин

Всесоюзный научно-исследовательский И проектноконструкторский институт по автоматизированному " электроприводу в промьваленности, сельском хозяйстве и на транспорте (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ

ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЯ

Изобретение относится к автоматизированному 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, co— держащее 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 (11.

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, экструзи онным и тянущим механизмами и индивиду ал ь ными электро при водами 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.

Неизолированная жила сматывается с отдающего барабана при помощи тянущего механизма и подается в экструзион ный механи зм (э кструдер) . Толкающий механизм обеспечивает постоянное натяжение провода, сглаживая толчки и рывки, возникающие иэ-за неравномерного схода жилы с барабана; принимая эти рывки на себя, оно разгружает от них участок изолирования провода, проходящего через экстру. дер. В экструдере происходит наложение на провод изоляции, представляющей собой расплавленную полимерную массу. После выхода из экструдера провод проходит через зону охлаждения, тянущий механизм и наматывается на приемный барабан. Отклонения толщины изоляции от заданного значения, возникающие на выходе из зкструдера, компенсируются внутренним контуром

941944 регулирования с бесконтактным (в данном случае оптическим) измерителем.

В зоне охлаждения происходит усадка и окончательное формирование толщины изоляции, которое вследствие неоднородности изоляционной массы также подвержено случайной флуктуации. Эта флуктуация комйенсируется наружным контуром регулирования, выполненным на базе более простого по конструкции контактного измерителя. 10

Кроме центрированной случайной флуктуации имеется также постоянная составляющая, обусловленная сжатием (усадкой) изоляции при охлаждении.

Электроприводы всех механизмов выпол- )5 иены на постоянном токе по схеме тиристорный преобразователь — двигатель с контуром скорости, подчиненным контуром тока и последовательной коррекцией в каждом контуре (2). 20

Недостатком Известного устройства является наличие большого транспортного запаздывания в наружном контуре, вследствие чего снижается его эффективность, т.е. увеличивается случайная ошибка (остаточное отклонение толщины изоляции) и время переходных процессов. Второй недостаток заключается в том, что используется только один из двух возможных каналов ре-30 гулирования, — в данном случае экструдер. Построение схемы с двумя каналами регулирования затруднено сложностью обеспечения устойчивости получающейся при этом двухсвязной системы иэ-за упругих колебаний жилы при воздействии на тянущее устройство. Особенно сильно эти колебания проявляются при и золировании тонкого провода, который при натяжении ведет себя подобно упругой нити. 40

Цель изобретения - повышение точности регулирования при одновременном сокращении времени переходных процессов.

Указанная цель достигается тем, 45 что в устройство, содержащее толкающий, экструзионный и тянущий механизмы с соответствующими приводами, первый измеритель толщины, установленн и перед зоной оденияу и 50 второй, установленный за зоной охлаждения, первый элемент сравнения, выход которого связан с входом первого регулятора толщины, выходом подключенного к входу привода экструзионного механизма, введены первый фильтр, последовательно соединенные второй элемент сравнения и второй регулятор толщины, а также последовательно соединенные потенциометр, блок запаздывания, второй фильтр и 60 третий элемент сравнения, второй вход которого подключен к выходу потенциометра, а выход — к первым входам первого и второго элементов сравнения, вторые входы которых связаны б5 с выходом первого фильтра, входом подключенного к выходу второго иэмерителя толщины, выход второго регулятора толщины подключен к приводу толкающего механизма, а вход потенциометра соединен с выходом первого иэмерителя толщины.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройствау на фиг. 2 — реакции на единичный скачок эаданияЬЮ3(ур пред" лагаемого устройства и известного, причем для .известного устройства графики построены для разных значений показателя колебательности (параметры регуляторов толщины в обоих случаях выбраны из условия минимума случайной ошибки); на фиг. 3 — временные диаграммы 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 зкструэионного механизма, привод 5 тянущего механизма, второй б и первый 7 регуляторы толщины, второй 8 и первый 9 элементы сравнения, потенциометр 10, блок 11 запаэдывания, второй и первый фильтры 12 и 13, третий элемент 14 сравнения, толкающий, экструзионный и тянущий механизмы 15-17.

На фиг. 2 показаны реакция 18 на единичный скачок задания предлагаемой схемы, реакция 19 на единичный скачок задания известного устройства

Кроме того, на чертежах приняты следующие обозначения: и,п 1 заданные значения скорости толкающего и экструзионного механизмов, и ., и — текущее значение скоростй этйх э механизмов, а †. толщина изоляции, ЗаД ком а„ - заданное, номинальное и установившееся значения толщины, дав,, возмущение по толщине, 3т, - задание величины натяжения через ток (вращающий момент) двигателя тянущего механизма,Те„,Сяор — запаздывание во внутреннем и наружном контурах.

Толкающий механизм с приводом 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 иэ внутреннего контура регулирования путем добавления к нему элемента 14 сравнения и соединенных последователь но блока 11 запаздывания и фильтра

12, является общей для обоих каналов.

Измеритель 1, потенцнометр 10, элементы 8,9 и 14 сравнения, регуляторы б и 7, а также толкающий и экструзионный механизмы с приводами

3 и 4 образуют внутренний контур ре941944 гулирования. Сигнал измерителя 1, попадая на входы регуляторов б н 7, стабилизирует толщину изоляции перед охлаждающей ванной. В наружный контур регулирования входят измеритель

2, фильтр 13, элементы сравнения

8 и 9, регуляторы б и 7, толкающий и экструзионный механизмы с приводами 3 и 4. Наружный контур стабилизирует толщину изоляции на выходе из эоны охлаждения. Таким образом, исполнительными органами как для внутреннего так и для наружного контуров регулирования являются одни и те же механизмы — толкающий и экструзионкыйе

Измерители 1 и 2 отрегулированы так, что их выходной сигнал имеет одинаковое приращение на.единицу измерения толщины, т.е. одинаковый наклон характеристик (B/ìì).

На фиг. 1 приводы толкающего и экструзионного механизмов образуют два параллельных канала регулирования внутреннего контура. Такая схема позволяет всю область рабочих частот разделить на две части и выполнить раздельную настройку каналов. При

20 этом каждый канал с большей точностью отрабатывает возмущения внутри своей узкой полосы частот, чем это сделал бы один общий канал регулирования, настроенный на всю область рабочих частот. Происходит это потому, что точно настроить регулятор можно только иа одну фиксированную частоту, при этом другие частоты, входящие 35 в эту область, отрабатываются с тем большей ошибкой, чем дальше они удалены от частоты настройки.

В предлагаемой схеме привод 3 толкающего механизма работает в режиме +j отработки заданий скорости, а привод

5 тянущего механизма обеспечивает создание постоянного натяжения провода в зоне изолирования за счет введения регулируемого ограничения тока, якоря электродвигателя. Изменение скорости движения провода в зоне изолирования 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 р жиме Отработки заданий скор сти 55 с тянущим, работавшим в режиме поддержания постоянства натяжения, обеспечивает более высокую управляемость канала и отсутствие упругих колебаний изолируемого провода в отличие от варианта, когда система регулиро- 60 вания толщины воздействует на электропривод тяги. Последнее существенно для обеспечения устойчивости системы с двумя взаимно связанными каналами регулирования. 65

При работе схемы выходной сигнал измерителей толщины центрирован относительно среднего значения, т.е. равен нулю, если толщина изоляции соответствует заданней. Входные и выходные сигналы регуляторов б и 7 при этом также равны нулю.

При отклонении теюияины изоляции от заданного значения на выходе измерителей появляеъся сигнал с полярностью, соответствующей знаку отклонения. Если отклеаение возникает на выходе экструде(ра., то оно воспринимается измеритеееаа,1., и попадая через элемент 14 ярввнения на первые входы элементов 8.и 9 сравнения приводит. к увеличению (уменьшению) скорости движения провода и уменьшению (увеличеюно) подачи вольера на экструдере, в результате чего первоначальная толщина 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 восщжнимается измерителем 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 выхода измерителя

2 не будет полностью скомпенсирован отрицательным сигналом измерителя

1, т.е. не будет восстановлено равенство нулю результирующих сигналов на входах элементов 8 и 9 сравнения.

Потенцнометр 10 служит для компенсации избытка сигнала измерителя 1 по сравнению с измерителем 2 из-за уменьшения средней толщины изоляции прн 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 первых входах 8 и 9 уменьшается сигнал П14 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 высокочастотных составляющих с полупериодом меньшим времени запаздывания. Попа941944 данке их на входы регуляторов 6 и 7 заставило бы приводы совераать компенсирующие движения поЪже.возникновения этих отклонений на время запаздЬ1вания и, таким образом, привело бы к увеличению ошибки. Поскольку реально время заПаздывания достигает единиц и даже десятков секунд, наружный контур обладает значительно меньшим быстродействием, чем внутренний.

Инерционность фильтра 13, выбираемо« 10 го из условия его работы в эквивалентной разомкнутой структуре, значительно меньше инерционности регулятора .W (P) в .«эвестном так как последний должен также обеспечить демпфирова- 15 ние колебаний в замкнутой системе с зайаздыванием.

Повыаеиие точности в предлагаемом устройстве означает, что, по сравнеHHQ c известнымр оно сужает зону раэ 20 броса по толщине изоляции в и раз, причем

6 -Ен

m

1-4 з где йрдча „- средненнадрагнчнна отклонения 11pN базовом (известном) и новом (предлагаемом) вариантах устройства.

30

Формула изобретения устройство для регулирования тол- 35 щины изоляции кабеля, содержащее толкающий, экструзионный и тянущий ме,ханизмы с соответствующими приводаМи, первый измеритель толщины, установленный перед зоной охлаждения, н второй, установленный за зоной охлаждения, первый элемент сравнения, выход которого связан с входом первого регулятора толщины, выходом подключенного к входу привода экструзионного механизма, о т л и ч à ю щ ее с я тем, что, с целью повиаення точности устройства, оно содержит 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 входам первого и второго элементов сравнения, вторые входы которых связаны с выходом первого фильтра, входом подключенного к выходу второ"го измерителя, выход второго регулятора толщины подключен к приводу толкающего механизма, а вход потенциометра сое)цинен с выходом первого измерителя толщины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иванов Г.М., Онищенко Г.Б.

Автоматизированный злектропривод в химической промышленности. М., Машиностроение, 1975, с. 267.

2. Никитин Б.К. Применение оптического датчика в системе стабилизации толщины изоляции провода." Электротехническая промьиаленность, сер. Электропривод, 1979, вып.6 (прототип) .

941944

ВНИИПИ Заказ 4837/36

Тирал 914 Подписное

«Юв .Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4