Система автоматического регулирования технологических параметров при намотке изделий из композиционных материалов

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ НАМОТКЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая блок контроля натяжения ленты, первый выход кот 5рого соединен с первым входом блока коррекции натяжения ленты , выход которого соединен с входом блока регулирования натяжения ленты, первый выход которого.соединен с входом блока контроля натяжения ленты, а второй выход соединен с первым входом блока контроля содержаниясвязующего , соединенные вторым выходом с вторым входом блока коррекции содержания связующего, ,отличающаяс я тем, что, с целью повышения точности регулирования технологических параметров, в нее введены блок контроля скорости намотки, блок контроля вязкости связующего, блок контроля температуры связующего, блок коррекции температуры связующегоf блок регулирования содержания связующего, причем вход блока регулирования содержания 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 связующего соединен с третьим входом блоV ка коррекции натяжения ленты, а второй вход блока контроля вязкости С связующего связан с вторым выходом 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 ,лирова«ия температуры связующего ,соединен с первым входом блока контроля вязкости связующего.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 G 05 D 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3 46 601 5/28-1 2 (22) 05.07.82 (46) .23.02.84. Бюл. гг 7 (72) A.Ë.Aëåêñàíäðîâ, С.A.Âîòèí, Ю.Ф.Гетманов, С.Б.Лебедев и С.В.Нефедов (53) 677.03(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3285160/28-12, 14.05.81. (54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ OAPANETPOB ПРИ НАМОТКЕ ИЗДЕЛИИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая блок контроля натяжения ленты, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции натяжения ленты, выход которого соединен с входом блока регулирования натяжения ленты, первый выход которого.соединен с входом блока контроля натяжения ленты, а второй выход соединен с первым входом блока контроля содержания связующего, соединенныа вторым выходом с вторым входом блока коррекции содержания связующего, ,отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования технологических параметров, в нее введены блок контроля скорости намотки, блок контроля вязкости связующего, блок контроля температуры связующего, блок коррекции температуры связующего, блок регулирования содержания связующего, причем л.. а9г сг» вход блока регулирования содержания .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- гр

Ф 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,лироваиия температуры связующего ,соединен с первым входом блока контроля вязкости связующего.

1075241

Изобретение относится к автоматическому регулированию технологических параметров и может использоваться при изготовлении иэделий иэ композиционных материалов методом намотки.

При намотке изделий иэ композицион-, ных материалов необходимо контролировать, а также регулировать следующие технологические параметры, существенно влияющие на процесс формования изделий: натяжение пропитанной ленты, температуру связующего в пропиточной ванне; вязкость связующего в пропиточной ванне, содержание связующего в пропитанной ленте. Указанные параметры существенно влияют на вес и прочность сформированного изделия.

Натяжение пропитанной ленты в конце тракта намотки — технологический параметр, наибольшим образом влияющий на прочность намотанного изделия — мож но определить по следующей формуле

Тд =Т„ехр,-qU (ехр Мюс-i), где Т вЂ” натяжение пропитанной ленты

31 на выходе тракта намотки, Т вЂ” натяжение ленты в начале

Н тракта намотки, к — коэффициент трения пропитанной ленты о направляющие З0 ролики тракта намотки, К=А +К - суммарный угол охвата напг

,,-,м равляющих роликов, скользящей по ним пропитанной лентой, 35 — единица массы длины ленты, Ч вЂ” скорость движения ленты.

Из формулы (1) видно, что натяжение пропитанное ленты существенно зависит от угла охвата направляющих ро-pg ликов скользящей по ним пропитанной лентой, коэффициента трения ленты о направляющие ролики, скорости движения ленты и начального натяжения.

Температура связующего в пропиточ-„.

45 ной ванне зависит от состояния окружающей среды и от скорости намотки, что изменяет интенсивность перемешивания и изменяет равномерность прогрева связующего в пропиточной ванне. Вязкость связующего самым существенным образом зависит от температуры связующего.

Равномерность насоса связующего на пропитанную ленту зависит от постоянства натяжения ленты. Коэффициент

I трения пропитанной ленты о направляю-55 щие ролики. зависит от вязкости свя, зующего и содержания связующего в пропиточной ленте.

Известна система автоматического 60 регулирования технологических параметров, содержащая блок контроля натяжения ленты, блок регулирования натяжения ленты и блок контроля содержания связующего, при этом блок контро ля натяжения ленты и блок контроля содержания связующего подклю =-ены к блоку регулирования натяжения ленты через блок коррекции:(1) .

Однако данная система автоматическ ого регулирования не учитывает изменения коэффициента трения от изменения вязкости связующего, изменения натяжения от изменения скорости намотки и изменения содержания связующего от изменения натяжения. целью изобретения является повышение точности регулирования технологических параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматического регулирования технологических параметров, содержащую блок контроля натяжения ленты, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции натяжения ленты, выход которого соединен с входом блока регулирования натяжения ленты, первый выход которого соединен с входом блока контроля натяжения ленты, а второй выход соединен с первым входом блока контроля содержания связующего, соединенным вторым выходом с вторым входом блока коррекции содержания свяэ"ющего, введены блок контроля скорости намотки, блок контроля вязкости связующего, блок контроля температуры связующего, блок коррекции температуры связующего, блок регулирования содержания связующего, причем вход блока регулирования содержания связующего связан с выходом блока коррекции содержания связующего выход 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 связующего соединен с третьим входом блока коррекции натяжения ленты, а второй вход блока контроля вязкости связующего связан с вторым выходом 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 темпера-:

1075241 туры связующего, второй выход блока регулирования температуры свяэующего 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 натяжения ленты, блок 2 коррекции натяжения ленты,. блок 3 регулирования натяжения ленты, блок 4 контроля скорости йа юотки, блок 5 контроля содержания связующего, блок 6 коррек- 15 ции содержания связующего, блок 7 регулирования содержания связующего, блок 8 контроля вязкости связующего, блок 9 контроля температуры .связующего, блок 10 коррекции температуры gQ связующего, блок 11 регулирования температуры связующего.

Кроме того, на фиг. 1 изображейы объект управления — пропитанная лен та 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 б коррекции содержания связующего, второй, третий, четвертый входы блока 2 коррекции натяжения ленты соединены с выходами блока 5 контроля содержания связующего, блока 8, контроля вязкости связующего и блока 5 контроля скорости.. намотки соответственно. Первый выход блока 4 контроля скорости намотки подключен к второму входу блока 10 коррекции температуры связую- 45 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 сигнал i 65 для регулирования технологических параметров. 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 нелинейности включают в себя логарифмические усилители, собранные на операционном усилителе D1 и дифференцирующие цепи, собранные на операционных усилителях D2 и РЗ.

Так как изменение содержания и вязкости связующего влияет на коэффициент трения пропитанной ленты о направляющие ролики тракта намотки, то необходимо учитывать изменения натяжения ленты от изменения коэффициента трения. Это позволяет сделать логарифмический усилитель. Дифферен,цирующий усилитель реализует функцию скорости изменения параметра и знак его.изменения, что позволяет получить на входе дифференциального усилителя элемента 24 сравнения необхо.,димий корректирующий сигнал.

Элемент 19 нелинейности содержит схему линеаризации, собранную на операционном усилителе, и состоит иэ усилителя постоянного тока с нелинейной обратной связью. Нелинейные .характеристики реализуются диодно-резисторными цепями V1 yg Rl -R4, R6-R9, Схема линеариэации служит для компенсации систематической погрешности измерения натяжения и нелинейностей, вносимых первичными преобразователями.

Элемент 22 нелинейности содержит схему линеариэации, собранную на опе» рационном усилителе Р1, и дифференцирующий усилитель, собранный íà операционных усилителях D2 и D3. Схема линеаризации служит для компенсации зависимости натяжения от скорости протяжки ленты, а дифференцирующий усилитель реализует зависимость натяжения от наиболее влияющего на него фактора - изменения скорости намотки, т.е, ускорения.

Задатчик 23 натяжения построен на транзисторе Ч по схеме с общей базой. Транзистор Ч вЂ” элемент термокомпенсации . Выходной сигнал изменяется от 0 до 5 мА.

Элемент 24 сравнения выполнен на базе дифференциального усилителя, собранного на операционном усилителе Р1, 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 скорректи1075241.рованный сигнал) дифференциальный усилитель формирует соответствующий по величине и знаку управляющий сигнал управления для блока 3 управления натяжением ленты. Равенство сигнала задания и суммарного корректирующего сигнала соответствует случаю, когда существующее натяжение соответствует заданному. При этом на выходе элемента 24 сравнения отсутствует сигнал управления.

Элементы 44 и 46 нелинейности бло ка 6 коррекции содержания связующего и 63 блока 10 коррекции температуры связующего выполнены по схеме, аналогичной схеме элемента 22 нели- 15 нейности блока 2 коррекции натяжения ленты.

Элементы 45 нелинейнОсти блока 6.. коррекции содержания связующего и

62 блока 10 коррекции температуры связующего 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 6 коррекции содержания связующего и 65 третьего блока 10 коррекции выполнены по схеме, аналогичной схеме элемента 24 сравнения блала 2 коррекции натяжения ленты.

Блок 3 регулирования натяжения ленты содержит преобразователь-распределитель 25, подключенный к форми35 рователям 26 и 27 управляющих импульсов, которые связаны с тиристор ным преобразователем 28. Выход преобразователя 28 подключен к исполнительному механизму 29. 40

Блок 4 контроля скорости намотки содержит датчики 30-32 положения рабочих органов станка, подключенные к дифференциаторам 33-35, в свою очередь связанных с нелинейным пре- 45 обраэователям 36.

Блок 5 контроля содержания связующего содержит два датчика 37 и 38, установленные — один на сухой ленте 13, другой - на пропитанной лен- 50 те 12. Эти датчики подключены к входам преобразователей 39 и 40, которые в свою очередь связаны co схемой 41 сравнения, выход схемы 41 сравнения подключен к преобразова- 55 телям 42 и 43 в нормализованный сигнал.

Блок 6 коррекции содержания связующего содержит нелинейные преобразователи 44-46, задатчнк 47 садер- @ жания связующего, которые подключе- ны к входам элемента 48 сравнения.

Блок 7 регулирования содержания связующего содержит преобраэовательраспределитель 49, подключенный к формирователям 50 и 51 управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к тиристарнаму преобразователю 52, связанному с исполнительным механизмом 53.

Блок 8 контроля вязкости связующего содержит датчик 54 вязкости, генератор 55 высокой частоты, усилитель-преобразователь 56 и преобразователь 57. Генератор 55 связан с усилителем-преобразователем 56 и с датчиком 54 вязкости, который в сваю очередь подключен к входу усилителя-преобразователя 55. Генератор 55 связан с усилителем-преобразователем 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 с входами преобразователей 60 и 61 в нормальный сигнал, Блок 10 коррекции температуры свжзующего содержит нелинейные преабра».. зователи 62 и 63 и задатчик 64 темпв-. ратуры связующего, подключенные к элементу 65 сравнения.

Блок 11 регулирования температуры связующего содержит преобразова-..., тель 66, формирователь 67 управляю . щих импульсов, тиристорный преобразователь 68 и нагревательный элемент 69, соединенные последовательно, Система автоматического регулирования технологических параметров работает следуюЩим образом, Сформированная в начале намоточного тракта лента 13, проходя через пропиточную ванну со связующим 14 и далее, наматывается на оправку.

Сигнал о натяжении пропитанной ленты с блока 1 контроля натяжения ленты поступает на первый вход блока 2 коррекции натяжения ленты, на второй, третий и четвертый входы которого поступают сигналы, о вели чине содержания связующего от бло . ка 5 контроля содержания связующего, о величине вязкости связующего от блока 8 контроля вязкости связу р щего и о величине скорости движение ленты от блока 4 контроля скорости намотки соответственно.

Преобразованные сигналы аб этих параметрах с выходов нелинейных, элементов 9-22 в блоке 2 коррекции натяжения ленты поступают на входы элемента 24 сравнения, туда же заводится сигнал задатчика 23 натяжения. Получившийся на выходе блока 2 коррекции натяжения ленты сигнал поступает на вход блока 3 регулирования натяжения ленты.

1075241

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 связующего 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, преобразуется в 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

4 нелинейных преобразователей 44-46 блока 6 коррекции содержания связующего поступают на входы элемента 48 .сравнения, туда же заведен сигнал о величине задания содержания связующего от эадатчика 47 содержания связуощего.

Сигнал управления содержанием связующего с выхода элемента 48 сравнения поступает на вход блока 7 регу10 лирования содержания связующего. В преобразователе 49 распределения блока 7.формируются прямоугольные импульсы, время запуска которых относительно начала полуволны сетевого

f5 напряжения зависит от величины сигнала управления, а в зависимости от знака сигнала управления, выбирается тот или иной формирователь 50 или 51 управляющих импульсов, где фбрмируются импульсы управления тиристорным преобразователем 52, напряжение управления с которого поступает на вход исполнительно-о механизма 53, принцип действия которого заключается в изменении сечения отверстий, через которые пропускают пряди, из которых состоит лента.

Подключение на входы блока 6 коррекции содержания связующего сигналов о величине натяжения и скорости протяжки ленты позволяет учитывать при регулировании содержания связующего возмущения, вносимые колебаниями скорости и натяжения ленты в процесс регулирования содержания связующего, что позволяет существен но улучшить качество и повысить точность регулирования содержания связующего.

В основу измерения температуры

40 положена зависимость изменения сопро: — . тивления чувствительного элемента датчика 58 температуры от температуры теплоносителя. Сигнал от чувствительного элемента датчика 58 тем45 пературы преобразуется в аналоговый электрический сигнал с помощью усищ теля-преобразователя 59 и преобразу» ется в нормализованный сигнал управ ления в преобразователях 60 и 61.Сигнал о температуре связующего с первого блока 9 контроля температуры связующего поступает на вход блока 10 коррекции температуры связующе го, на второй вход которого поступа ет сигнал от блока 4 контроля ско55 рости намотки, Преобразованные сигналы о величи» не температуры связующего и скорости движения ленты с выходов нелинейных преобразователей 62 и 63 посту60 пают на вход элемента 65 сравнения, туда же подается, сигнал о задании температуры связующего от задатчика 64 температуры связующего.

Сигнал управления темйературой

65 связующего с выхода элемента 65 срав10

1075241

30 нения блока 10 коррекции температуры, связующего поствпает на вход блока 11 регулирования температуры связующего °

В преобразователе 66 блока 11 формируются прямоугольные импульсы, завися щие от величины сигнала управления.

В формирователе 67 управляющих импульсов формируются импульсы для управления тиристорным преобразователем 68, напряжение управления с кото-. рого поступает на вход нагревательно-10 го 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 относидруга импульсами с различной 20 амплитудой. Высокочастотные сигналы, 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 связующеro 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 температур а 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 3335, 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 коррекции °

Учитывание взаимного влияния технологических параметров друг на друга позволяет существенно повысить точность регулирования технологических параметров и тем самым улучшить качество изготовляемых иэделий, 1075241

1075241

Составитель Е. Хачатурова

Техред Л.Микеш Корректор Ю.Макаренко

Редактор P.Öèöèõà

Филиал @IIII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 49б/41 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений:-:и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5