Цифровой регулятор перемещения длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины

 

Цифровой регулятор перемещения материала относится к средствам автоматизации листоштамповочного и отрезного оборудования в машиностроении. Изобретение позволяет повысить производительность оборудования за счет автоматической регулировки темпа замедления привода подачи материала в конце каждого цикла работы по состоянию тепловых потерь в двигателе привода в предыдущем цикле работы. Такой режим работы обеспечивается цифровым регулятором, содержащим задатчик величины подачи материала, командный блок, привод подачи с датчиком тока, датчик величины подачи материала, два источника напряжения и блок сравнения, обеспечивающие контроль эффективного значения тока двигателя, интегратор, усилитель с управляемой величиной коэффициента обратной связи, нуль-орган, основной и дополнительный реверсивные счетчики и логические элементы для связи этих узлов регулятора. Изменение темпа замедления от цикла к циклу обусловливается изменением коэффициента отрицательной обратной связи усилителя через управляемые дополнитель (Л ным реверсивным счетчиком ключи по результатам оценки интегратором и нуль-органом тепловых потерь в двигателе за весь предыдущий любой цикл подачи и обработки материала. Приведена зависимость длительности цикла и кратности тока торможения , полученная в обрабатывающей маю щине с использованием цифрового регулятора . 4 ил. 00 Is:)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ I 274821

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3897329/25-27 (22) 20.05.85 (46) 07.12.86. Бюл. № 45 (71) Научно-исследовательский институт автоматизации управления и производства (72) И. П. Капустник, В. Ф. Кокорев, А. И. Павлов и С. В. Суярко (53) 621.967.3 (088.8) (56) Срибнер Л. А., Шраго Л. К. Проектирование позиционных систем программного управления.— М.: Машгиз,, 1962, с. 8 — 11.

Авторское свидетельство СССР № 904841, кл. В 21 D 43/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1092482, кл. G 05 В 19/00, 1984. (54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА B РАБОЧУЮ ЗОНУ ОБРАБАТЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ (57) Цифровой регулятор перемещения материала относится к средствам автоматизации листоштамповочного и отрезного оборудования в машиностроении. Изобретение позволяет повысить производительность оборудования за счет автоматической регулировки темпа замедления привода подачи материала в конце каждого цикла работы (Su 4 В 21 D 43/00, G 05 В 19/00 по состоянию тепловых потерь в двигателе привода в предыдущем цикле работы. Такой режим работы обеспечивается цифровым регулятором, содержащим задатчик величины подачи материала, командный блок, привод подачи с датчиком тока, датчик величины подачи материала, два источника напряжения и блок сравнения, обеспечивающие контроль эффективного значения тока двигателя, интегратор, усилитель с управляемой величиной коэффициента обратной связи, нуль-орган, основной и дополнительHblH реверсивные счетчики и логические элементы для связи этих узлов регулятора.

Изменение темпа замедления от цикла к циклу обусловливается изменением коэффициента отрицательной обратной связи усилителя через управляемые дополнительным реверсивным счетчиком ключи по результатам оценки интегратором и нуль-органом тепловых потерь в двигателе за весь предыдущий любой цикл подачи и обработки материала. 11риведена зависимость длительности цикла и кратности тока торможения, полученная в обрабатывающей машине с использованием цифрового регулятора. 4 ил.

1274821

Изобретение относится к средствам автоматизации листоштамповочного и отрезного оборудования в машиностроении.

Цель изобретения — повышение производительности регулятора перемещения длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины за счет автоматической регулировки темпа заме;.ления привода в конце каждого последующего цикла работы но состоянию тепловых потерь в двигателе привода в конце предыдущего цикла работы.

На фиг. 1 приведена общая функциональная схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 — функциональная схема командного блока; на фиг. 3 — временные диаграммы работы регулятора; на фиг. 4 — — кривая, характеризующая изменение длительности цикла обработки в зависимости от изменения кратности тока торможения (темпа торможения) .

Цифровой регулятор перемещения длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины содержит задатчик 1 величины подачи, реверсивный счетчик 2, командный блок 3, привод 4 подачи, состоящий из усилительно-преобразователыгого каскада 5 и двигателя 6 с датчиком 7 тока, датчик 8 величины подачи с мерительным роликом 9, взаимодействующим с материалом 10 (полосой или лентой), блок !1 напряжения,пропорционального квадрату м гновенного тока двигателя, источник 12 напряжения, пропорционального квадрату номинального тока двигателя, блок 13 сравнения. интегратор 14, нуль-орган 15, инверторы 16 и 17, элементы ЗИ 18, 2И 19 и 20, элемент

ИЛИ 21, элемент 22 задержки, дополнительный реверсивный счетчик 23, одновибратор

24, усилитель 25, ключи 26(1) — 26(п+1 1, резисторы 27(1) — 27(n+3), элемент И вЂ” НЕ

28 и вход 29 регулятора.

Двигатель 6 связан с подающими валками 30 и 31, у которых установлен исполнительный орган 32 обрабатывающей машины (например, ножницы). Датчик 8 величиHbl подачи подключен к вычитающему Входу реверсивного счетчика 2. Один вход блока

13 сравнения подключен к источнику 12 напряжения, второй (вычитающий) вход блока

13 подключен к выходу блока 11 напряжения, пропорционального квадрату мгHoвенного тока двигателя 6, вход которого соединен с выходом датчика 7 тока двигателя. Выход блока 13 сравнения подключен к входу интегратора 14, выход которого соединен с входом нуль-органа 15. Вход усилителя 25 подключен к первому выходу командного блока 3, а выход — к приводу 4 подачи.

Резисторы 27 (1) — -27 (п) включены параллельно друг другу через ключи 26(1)—

26(п) с размыка>ощими контактами и с резистором 27(n+11 параллельно усилителю

25. Резистор 27(n+2) включен параллельно интегратору 14 через ключ 26(п-+1) с замы5

10 !

55 кающим контактом, а резистор 27 (n+3) включен между источником напряжения, величина которого соответствует уровню логической единицы U>ã, и первыми входами первого 18 и второго 19:>лементов И, входом одновибратора 24 и через размыкающий контакт исполнительного органа 32 обрабатывающей машины с нулевым полюсом источника питания.

Выход одновибратора 24 подключен к управляющему входу ключа 26(n+ I ) и к пер вому входу элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с выходом инвертора 16.

Вход инвертора 16 подключен к входу 29 устройства, входу элемента 22 задержки и к установочному входу дополнительного реверсивного счетчика 23. Суммирующий вход дополнительного реверсивного счетчика 23 соединен с выходом элемента ЗИ 18, второй вход которого подк.ночен к выходу нульоргана 15 и к входу инвертора 17. Выход инвертора 17 соединен с вторым входом элемента 2И 19, выход которого соединен с вычитающим входом дополнительного реверсивного счетчика 23. Выходы последнего подключены к соответствующим цепям управления ключей 26(1) — 26(n) и к входам элемента И†HE 28, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИ !8.

Выход элемента ИЛИ 21 соединен с входом предварительной записи реверсивного счетчика 2. Второй выход командного блока 3 подключен к первому входу элемента 2И 20, второй вход которого соединен с выходом элемента 22 задержки, а выход подключен к входу исполнительного органа

32 обрабатывающей машины.

Командный блок (фиг. 2) содержит функциональный цифроаналоговый преобразователь 33, выходной сигнал которого связан с рассогласованием по перемещению параболической зависимостью, элемент ИЛИ

34 и элемент ИЛИ вЂ” НЕ 35. Так как разрядность функционального цифроаналогового преобразователя 33 выбирается исходя из требуемого пути торможения материала с максимальной скоростью, выходы старших разрядов реверсивного счетчика 2 подключены к входам элемента ИЛИ 34. выход которого соединен с входом старшего разряда функционального цифроаналогового преобразователя 33. Выходы младших разрядов реверсивного счетчика 2 соединены с соответствующими входами функционального цифроаналогового преобразователя 33. Выходы реверсивного счетчика 2 подключены также к входам элемента ИЛИ--HE 35.

При пуске, т.е. после подачи сигнала на вход регулятора 29, обнуляется дополнительный реверсивный счетчик 23, а в реверсивный счетчик 2 при помощи задатчика 1 величины подачи, выполненного, например, на программных переклк>чателях, вводится информация о величине подачи матерна,ià.

Командный блок 3 вырабатывает в определенной последовательности команды для

1274821 управления процессом подачи и на срабатьIвание исполнительного органа 32 обрабатывающей машины. Привод 4 подачи при помощи валков 30 и 31 отрабатывает заданное перемещение обрабатываемого материала, в результате чего приводится во вращение мерительный ролик 9. Сигнал от датчика 8 величины подачи поступает на вход реверсивного счетчика 2, уменьшая число, содержащееся в нем.

После отработки заданной величины подачи командный блок 3 вырабатывает сигнал на срабатывание исполнительного органа 32 обрабатывающей машины.

В течение всего цикла работы на вход интегратора 14 подается величина, пропорциональная разности квадратов номинального тока двигателя и мгновенного значения тока двигателя. Интеграл этой разности является величиной, характеризующей состояние тепловых потерь в двигателе с начала и до конца любого цикла. Если эта величина в конце цикла имеет нулевое или положительное значение, что свидетельствует о допустимых по условиям нагрева потерях в двигателе, на выходе нуль-органа

15 формируется «логическая единица». Если этот интеграл имеет отрицательное значение, что свидетельствует о недопустимых тепловых потерях в двигателе, на выходе нуль-органа 15 формируется «логический нуль».

После первого срабатывания исполнительного органа 32 обрабатывающей машины на выходе нуль-органа 15 формируется «логическая единица», что обуславливается минимальным темпом замедления привода подачи в конце первого цикла (фиг. 3).

Последнее обеспечивается тем, что усилитель 25 в течение первого цикла оказывается охваченным сильной обратной отрицательной связью при помощи параллельно включенных резисторов 27 (1) — 27 (и) через ключи 26(1) — 26(n) . Это приводит к уменьшению крутизны характеристики, определяющей зависимость задающего напряжения в функции остатка пути отработки.

При наличии «логической единицы» на выходе нуль-органа 15 после срабатывания исполнительного органа 32 обрабатывающей машины в дополнительный реверсивный счетчик 23 через элемент ЗИ 18 записывается «единица», а в основной реверсивный счетчик 2 вводится информация о величине подачи и цикл повторяется.

Темп замедления привода в конце второго цикла выше, чем в конце первого, так как отрицательная обработная связь усилителя 25 под действием»единицы» в дополнительном реверсивном счетчике 23 уменьшается за счет того, что открывается ключ 26(n) и отключает резистор 27(n).

После отработки второго цикла при наличии

«логической единицы» на выходе нуль-ор5

55 гана 15 открывается ключ 26 (п — 1) и отключает резистор 27 (и — -1), ключ 26(n) закрывается и подключает резистор 27(п), сопротивление которого выбрано большим, чеM сопротивление резистора 27(n — 1). Это приводит к дальнейшему увеличению темпа замедления привода подачи в конце трегьего цикла.

Форсировка темпа замедления производится до тех пор, пока на выходе нуль-органа 15 (в конце цикла) формируется «логическая единица», вызывающая увеличение числа, содержащегося в дополнительном реверсивном счетчике 23, что приводит к увеличению общего сопротиг.леi(èÿ резисторов в цепи отрицательной обратной связи ус ил и тел я 25.

Если на выходе нуль-органа 15 по истечении и циклов формируется «логический нуль», свидетельствующий о недопустимых тепловых потерях в двигателе, на выходе инвертора 17 формируется «логическая единица», которая через элемент 2И 19 поступает на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 23. Число, содержащееся в этом счетчике, уменьшается, и обратная связь усилителя 25 возрастает. Темп замедления привода при отработке последующего цикла уменьшится.

При накоплении в дополнительном счетчике 23 числа и (например, при изготовлении длинных технологических карт) элементы ЗИ 18 блокируются и работа производится с максимальным темпом замедления привода 4 подачи, так как в цепи обратной связи усилителя 25 остается включенным только резистор 27(n+1).

Следовательно, предлагаемый цифровой регулятор перемещения длинномерного материала в первые несколько циклов производит самонастройку на максимальную производительность с дальнейшим автоматическим поддержанием тепловых потерь в двигателе на уровне допустимых путем автоматического регулирования темпа замедления привода в конце каждого последующего цикла работы по состоянию тепловых потерь в двигателе в конце предыдущего цикла. Эта регулировка производится таким образом, чтобы действующее значение тока двигателя за цикл удерживалось на уровне значения номинального тока. При этом повышается производительность регулятора, так как работа производится прн минимальной бестоковой паузе, обусловленной, в основном, временем срабатывания исполнительного органа обрабатывающей машины.

На фиг. 3 приведены временные диаграммы изменения скорости V обрабатываемого материала 10 при порезке коротких заготовок; квадрата номинального тока 1 - двигателя, пропорционального выходному напряжению источника 12; квадр гга чгно ) венного тока - двигателя, пропорцнона.п1274821

Кчакс Кмакс — gg Roc ) 2" ° Q Roc (5) 20 (б) (7) а=м

Кмнн К..., ., R 2 (2) (3) (8) S ного выходному напряжению блока 11, разности 1 — ы (пропорциональной входному напряжению интегратора 14; выходного напряжения V. интегратора 14 и выходного напряжения U .. нуль-органа 15.

Из приведенных диаграмм видно, что напряжение U °, соответствующее «логической единице», формируется в интервале времени, когда потери в двигателе но условиям нагрева ниже допустимых. Форсировка темпа замедления на приведенных диаграммах производится до четвертого цикла.

В конце четвертого цикла выходное напряжение нуль-органа 15 равно нулю. Поэтому темп замедления в пятом цикле уменьшается.

Номиналы резисторов 27(1) 27(n), а также их количество выбираются исходя из темпа замедления привода а ., определяющего максимальную производительность, минимального темпа замедления аман и выбранного максимального приращения темпа замедления при обработке заготовки наиболее ходового типоразмера аа.

3а минимальный темп замедления амн принимаетя такой темп, при котором тепловые потери в конце цикла при обработке заготовок требуемой минимальной длины с учетом максимальной нагрузки двигателя, а также времени срабатывания ножниц, равны допустимым.

В случае применения двоичного счетчика 23 номиналы резисторов 27(1)- 27(п) должны составлять ряд возрастающей геометрической прогрессии, i-й член которого определяется зависимостью

R;= К.2 (1) где R — — весовое сопротивление.

Максимальная проводимость резисторов в цепи обратной связи усилителя 25 определяется зависимостью где Кчнн и — эквивалентные сопротивления в

Кмакс. — ЦЕПИ О6РНТНОН СВН3Н У4CH;IHTB. III

25 соответственно при минимальНОМ (а.. ) И МаКСИМаЛЬНОМ (aìàêñ темпах замедления; и — число коммутируемых резисторов.

Так как второй член правой стороны выражения (2) является бесконечно убывающей геометрической прогрессией с знаменателем q= —, выражение (2) можно ,1 к, преобразовать к виду

+ (1

К ° К.. - К 2"

Максимальное приращение величины эквивалентного сопротивления в цепи обратной связи усилителя 25 определяется выражением

Q ROC= Кчакс

1 + 1

R- R2" к ° .+R2" (4) 10 где R÷àêñ — сопротивление резистора 27(п+1).

На основании выражения (4) Подставляя выражение (5) в уравнение (3) (после несложных преобразований), получим зависимость,Зля определения числа коммутируемых резисторов (К(.. +(j

R-.— R- I IR- с 2.,) — Кмнн, Roc

25 Учитывая, что эквивалентное сопротивление в цепи обратной связи усилителя

25 прямо пропорционально темпу замедления привода подачи и что приращение величины эквивалентного сопротивления прямо пропорционально приращению темпа замедления, выражение (6) можно представить в виде

1 (- - ) (ам- -" + 11 амн а

Пример. Пусть дано: a„=20, а„„„=1, ьа=1.

На основании формулы (7) находим п=7.

Приняв R „щс = — — 10 кОм, находим л Р,;

ЛК «== — 0,5 кОм.

Qa Кчакс

a44R24c

На основании выражения (5) определяем

R=297 кОм. Принимаем 3 кОм. Следовательно R 27(1) = 3, R 27(2) = 6, R 27(3) = — — 12, R 27 (4) = 24, R 27(5) = 48 и R 27(6) =

=96 кОм.

Эффективность гредлагаемого цифрового регулятора подтверждается следующим.

Пусть разгон и торможение приводов известного и предлагаемого цифровых регуляторов производится по линейному во времени закону, при котором справедливы

55 соотношения

1274821

Ь а (т

S.= Vt г (9) 4.S. К „ (19) t. К (Кт (20) (I О) (21) а а.

tp —— (12) (23> ар 2Saа. ат tа -(-а.) (13) 30 (24) 35

12 .1 » 12

t„„— н (14) 40

К Р е

1 а (15) 1

К,-(I) (l. (27) 45

1. ат

Кт — 1 т (16) (18) где S — путь разгона;

S. — путь торможения;

t — время разгона;

1т — время торможения; ар — ускорение при разгоне; а. — ускорение при торможении;

Ч=а t начальная скорость при торможении.

В этом случае при обработке коротких заготовок временная диаграмма скорости треугольная и путь перемещения определяется как

S= S+ S-При этом справедливо равенство

Из выражений (8) — (11) следует

При пренебрежении статическим моментом на валу исполнительного двигателя ускорение пропорционально току двигателя. Длительность цикла t„определяется зависимостью где 1р — ток двигателя при разгоне;

1. — ток двигателя при торможении;

1. — номинальный ток двигателя.

Обозначим где а. — ускорение привода при номинальном токе двигателя.

Подставив выражения (15) и (16) в формулу (14), получим

1 т Кр tp+ Кт !т (!7)

С учетом (12) и 13) выражение (17)примет вид

Учитывая, что в известном устройстве

К = К., длительность его цикла определяется как

Об изменении длительности цикла предлагаемого регулятора по сравнению с известным можно судить по отношению t /t n, 10 которое на основании уравнений (18) и (19) определяется как!

5 Обозначив — р получим

Кт

При Кт — — 1 и Кр — — тепловые потери в двигателе равны допустимым. Длительность цикла в этом случае определяется как

tu= tp+ !т ° (22)

В общем случае должно выполняться условие

К p tp+ Кт !т) tp+ tT

Из неравенства (23) получаем

1 — Кт ) К вЂ” р

После преобразования (24) можно получить неравенство и »- и (1 — - ) — - ) 0. (25) р

Решая неравенство (25) относительно р, найдем

«к

1 (26)

Учитывая, что для известного устройства р= 1, можно указать пределы изменения

g для предлагаемого регулятора

Условие (23) выполняется при всех значениях р, удовлетворяющих выражению (26).

Кривая t /tu.= f (P), определяемая выражением (21) . приведена на фиг. 4. Эта кривая характеризует изменение длительности цикла обработки в зависимости от изменения кратности тока торможения (темпа торможения) в предлагаемом цифровом регуляторе по сравнению с известным.

Анализ зависимости t +t .= f(I1) пока55 зывает, что с уменьшением кратности тока торможения длительность цикла уменьшается, следовательно, производительность цифрового регулятора возрастает.

127482!

C)

Фор,чули изоорегенгг.г

Цифровой регулятор перемещения длинномерного материала в рабочуго зону обрабатывающей машины, содержащий задатчик величины подачи, реверсивный счетчик, ко5 мандный блок, исполнительныи орган обрабатывающей машины с размыкающим контактом, датчик величины подачи, подключенный к вычитающему входу реверсивного счетчика, привод подачи, входом которого является вход усилительно-пресбразо- 10 вательного каскада, а тdкже блок напряжения, пропорционального квадрату мгновеllного значения тока двигателя, и источник напряжения, величина которого пропорциональна квадрату номинального тока двигателя, подключенные к последовательно сое15 диненным блоку сравнения, интегратору и нуль-органу, от.ггг гагогггггггея тем, что, с целью повышения llpoHBBoäèòonüíoñTB путем антоматической регулировки темпа замедления привода в конце каждого последующего цикла работы по состоянию тепловых потерь в двигателе привода в конце предыдущего цикла, он снабжен дополнительным реверсивным счетчиком, двумя инверторами, элементом И вЂ” HE, тремя элементами И, элементом ИЛИ, элементом задержки, однсвибра- 25 тором, гг ключами с размыкающим контактом, ключом с замыкающим контактом (n+3) резисторами и усилителем, вход которого соединен с первым выходом командного блока, а выxo.x — с входом привода подачи, при этом вход и выход усилителя соединены включенными параллельно между собой через первые и резисторов ключами с размыкающими контактами, управляющие

10 входы которых соединены с выходом дополнительного реверсивного счетчика и Входами элемента И вЂ” НЕ, (и+1)-й резистор включен параллельно усилителю, а (и+2)-й резистор подключен к входу интегратора и через ключ с замыкающим контактом к его же выходу, при этом управляющий вход ключа с замыкающим контактом соединен с выходом одновибратора и первым Входом элемента ИЛИ, второй вход которого через первый инвертор соединен с входом элемента задержки и сбрасывающим входом дополнительного реверсивного счетчика, а выход соединен с входом разрешения записи реверсивного счетчика, второй выход командного блока соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход — с управляющим входом размыкающего контакта исполнительного органа обрабатывагощей машины, подключающего соединенные между собой первые входы второго и третьего элементов И, вход одновибратора и (n+3)-й резистор — к нулевому потенциалу, выход нуль-органа подключен к второму входу второго элемента И и через второй инвертор к второму входу третьего элемента

И, выход которого соединен с вычитающим входом дополнительного реверсивного счетчика, а с суммирующим входом — выход второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом элемента И вЂ” HE, кроме того, через (n+3)-й резистор размыкающий контакт исполнительного органа обрабатывающей машины подключен к уровню напряжения «логической единицы».

1274821

Л ) иг 2

1274821

1ц

1цп

0,9

0, Редактор A. Шишкина

Заказ 6516/io

Составитель В. Ткаченко

Техрсд И. Верес Корректор Л. Патай

Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал,ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4