Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала

 

Изобретение относится к текстильной и бумагоделательной промьшленностио Цель изобретения - повышение точности регулирования путем обеспечения инвариантности к изменениям нагрузки Отличительной особенностью устройства является наличие в нем блока перераспределения, диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений. При появлении отклонения натяжения от заданного значения происходит автоматическая перестройка уровйей раничения выходного сигнала регуля- . тора натяжения с .сохранением симметричного диапазона регулирования, 2 з.По ф-лы, 3 ил. с « W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к двторСнсмУ СвиДЕтильСтвМ

C ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4114363/28«12 (22) 29.08,86 (46) l5.08.88. Бюл.Ф 30 (71) Московское специализированное управление по монтажу, ремонту, модернизации и наладке технологического оборудования Всесоюзного объединения "Союзоргбумпром" и Львовский политехнический институт им.Ленинского комс мола (72) В.Н.Винницкий, Е.С.Лонкевич, Р.М.Пицан и Г.Н.Песьяков (53) 677.8.62-83 (088.8) (56) Шестаков В.М. Регулируемые электроприводы отделочных агрегатов целлюлозно-бумажной промышленности.

М.: Лесная промьппленность, 1982, с. 143.

„„Я0„„141 421 А1 (51)4 В 65 Н 77/00 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАТЯЖЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к текстильной н бумагоделательиой промышленности. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем обеспечения инвариантности к изменениям нагрузки. Отличительной особенностью устройства является наличие в нем блока перераспределения, диапазона регулирования в эависи" мости от технологических возмущений.

При появлении отклонения натяжения от заданного значения происходит ав" томатическая перестройка уровней or" раничения выходного сигнала регуля- . тора натяжения с .сохранением симметричного диапазона регулирования.

2 з.п. ф-лы, 3 ил.

) 41642) Изобретение относится к текстильной и бумагоделательной промышленности.

Цель изобретения - повышение точ" ности регулирования путем обеспечения

5 инвариантности к изменениям нагрузки.

На фиг.l показана блок-схема устройства; на фиг.2 — принципиальная схема блока перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений; на фиг, 3 — принципиальная схема блока

: ограничения регулирующего воздействия. 15

Устройство состоит иэ двух расположенных последовательно секций транспортировки материала l. Каждая секция включает,механизм 2 транспортировки, соединенный с электродвнга- 2р телем 3 и последовательно включенные регулятор 4 натяжения материала с блоком 5 ограничения регулирующего воздействия, соединенным, одним входом.с выходом регулятора 4 натяжения, 25 а выходом — с входом регулятора 4 натяжения, и подключенным к входу регулятора 4 натяжения датчиком 6 натяжения, систему 7 регулирования скорости электродвигателя 3 с подключенным к 30 ее входу датчиком 8 скорости. Устройство содержит блок 9 перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений, выход которого подключен к входу бло- З5 ка 5 ограничения, первый. вход — к датчику 8 скорости второй секции,второй вход " к датчику 8 скорости первой секции, третий вход — к датчику

6 натяжения первой секции, а четвер" тый вход " к датчику 6 натяжения второй секции.

Блок 9 содержит последовательно включенные инвертор 10, фильтр ll нижних частот первого порядка и сумматор 12, причем вход инвертора 10, второй и третий входы фильтра 11 нижних частот и второй вход сумматора

12 являются соответствующими входами блока 9, а выход сумматора l2 являет- 5 ся выходом блока 9.

Блок 5 ограничения содержит первый транзистор 13 прямой проводимости, эмиттер которого соединен с катодом диода 14 и обкладкой конденсатора 15, коллектор " с анодом диода 16, а база — с резисторами 17 и 18, при этом свободный вывод резистора 17 соединен с подвижным контактом (движКчг ааа = --- = (а „ — а4, Ts P+)

Ь Vтехн

1 кvi где Ьф Ü, приращения относительных значений натяжений бумажного полотна соответственно во II и Х секциях; относительные значе- ния коэффициентов пе" редачи бумажного полотна; постоянная времени деформации бумажного полотна; расстояние свободного хода бумажного полат" на между Е и II секциями, скорость ХЕ секции; приращения относительных значений скоростей Х и II секций; приращение относительного значения откло-. нений натяжения;

Ч?> Ч1

ТВ )г/V õ г

И., а1, Ь %техн ком) потенциометра 19, один вывод которого подключен к положительному выводу источника 20 двухполярногонапряжения; транзистор 2! обратной проводимости, эмиттер которого соеди-нен с анодом диода 22 и обкладкой конденсатора 23, коллектор - с като.дом диода 24, а база - с резисторами 25 и 26, при этом свободный вывод резистора 25 соединен с движком потенциометра 27, один вывод которого подключен к отрицательному выводу источника 20 двухполярного напряже" ния, а второй вывод соединен с вторым выводом потенциометра 19 и подключен к общей точке источника 20 двухполярного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Натяжение бумажного полотна в меж-. секционном промежутке между I u II секциями создается разностью скоростей данных секций и зависит от величины натяжения полотна, транспортируемого из предыдущего межсекционного промежутка и параметров гехнологического процесса в технологической зоне Х секции, т.е.

1416421

P=.d/dt — оператор дифференцирования.

Переходя в уравнении (1) от приращений и относительных величин к их абсолютным значениям, получим

Kvt 1

+- — х

+ (, ч

f0

xF, +Р где Р и F „„- соответственно заданное значение натяжения и его отк-( лонение от заданного.

Процессы регулирования натяжения в электропрнноде бумагоделательной

15 машины осуществляются таким образрм.

Регулятор 4 натяжения включается в работу после заправки бумажного полотна 1 и установления заданной величины натяжения F в межсекционном

20 промежутке между I u II секциями при помощи подрегулировки скоростей

Ч,(и V< секций, ограничивающих данный промежуток. Выходной сигнал регулятора и натяжения описынается уравнением где U „(p) — напряжение заданиями 39

U„„(P) — напряжение датчика 6. натяжения;

V,„„(Р) - передаточная функция регулятора 4 натяжения.

При включении регулятора 4 натяже: ния в работу его выходной. сигнал устанавливается равным нулю, т,е, U (P) О. В процессе работы натяжение бумажного полотна подвергается 40 воздействию различных возмущений, основными из которых являются изменения момента нагрузки секции hM,è технологические отклонения натяжения

F (,„ö в I секции. Регулятор 4 натя- 45 жения обрабатывает укаэанные возмущения, формируя сигнал управления . Up<(P) для подрегулировки скорости

Ч второй секции.

Ограничение выходного сигнала регулятора 4 натяжения служит для того, чтобы изменение задающего натяжения сигнала U „(Р) во Il секции не оказывало существенного нлияния на электропривод последующей смежной секции

Выходной сигнал регулятора 4 натяжения должен быть не более, чем где о(. 3-4 - коэффициент форсирон" ки;

Е - относительное удлинение материала; .)(" относительная скорость I секции;

11 д „ „, - максимальное значение задающего напряжения.

Для обеспечения линейности систе мы при обработке возмущений по момен" ту нагрузки секции 1). И с максималь" ный сигнал регулятора натяжения должен удовлетворять условию огр T ((( у p ()(с А(ахс ю (4) (А где Р 6,3 (ПИ-регулятор);

p = 4,4 (П-регулятор) - коэффициент, зависящий от типа регулятора натяжения;

Т вЂ” малая постоянная времени контура тока, Т вЂ” электромеханическая постоЦ янная времени; (и - относительное значение активного сопротивления якорной цепи, (,щ(„„ — относительная величина максимального изменения момента нагрузки..

При невозможности одновременного соблюдения неравенств (3) и {4 ) величина ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения выбирается из условия (4), обеспечивающего ли" нейность системы при возмущениях по моменту нагрузки hN .

Выходной сыгнал регулятора 4 натяжения ограничинают блоком 5 ограничения, Для этого устанавливают заданные положительный и отрицательный уровни ограничения + U в блоке 5 ограничения, Нестабильность во времени параметров технологического процесса нызывает технологические отклонения натяжения F „„, которые, отрабатываясь регулятором 4 натяжения, сме щают его рабочую точку с нуля на величину 4 U рн - f3 р)(Ртехн KA((в где Р р„- коэффициент усиления регулятора 4 натяжения; К ц - коэффициент передачи датчика 6 натяжения.

В результате положительный и отрицательный уровни ограничения оказываются несимметричными относительно вы ходного сигнала Uр,„ „регулятора 4

5,14164 натяжения, причем один из уровней ограничения становится меньше требуемого. Это приводит к линейности системы вследствие насыщения регулятоБ ра 4 натяжения при возмущениях по моменту нагрузки ÜÌo. Контур регулирования натяжения размыкается, в результате снижается точность и быстродействие системы, а низкий уровень 10 ограничения + U, и достаточно ог большой коэффициент усиления P <„регулятора 4 натяжения, как следствие, приводит к неработоспособности системы регулирования натяжения. 15

Для устранения указанных недостатков необходимо измерять отклонения натяжения F „„ и по полученным сиг" папам U „о перестраивать установку уровня ограничения регулятора 4 на- 20 тяжения, Поскольку технологические отклонения натяжения У щ недоступны прямому измерению, то для их опреде" ления использован косвенный метод, 25

Технологические отклонения натяжения

Р „ определяют по модели объекта регулирования (бумажного полотна)„ беря за основу уравнение (2).

Разность скоростей секций hV = 30

= Ч2 - Ч, и натяжение иэ предыдущего межсекционного промежутка F подаютI ся на аналоговую модель бумажного полотна. Вычитая из выходного сигнала объекта регулирования выходной сигнал З5 модели, имеем ьи„,, (с) = wÄ () к„„,(av(t) +

+ — — F ()1 +F ʄ

К )

TGXg Н2 ч — w„,„(г)(ч() + — . г,(i)), Кч

К 2

ОР Т Р+1 ,где M (Р) = — — — -- — передаточная

Â2 функция объекта регулирования (бумажного полотна);

Если выбрать передаточную функцию модели M (P} = М, (P) Кд„2, то по U„îð (t) F„„„(t) Кдя2

Ддя определения технологических отклонений натяжения F „„ по уравнению (2) необходимо выполнять опера- 55 ции вычитания и усиления со сдвигом по фазе.

Принципиальная схема блока 9 соответствует принятой в системе УБСР-АИ

21 6 полярности сигналов обратных связей.

Инвертирующий усилитель 10 изменяет полярность сигнала V датчика 8 скорости II секции для получения разности иЧ = V - Ч2. Фильтр нижних частот первого порядка, являясь моделью бумажного полотна 1, преобраэу" ет указанную разность и сигнал. F< датчика Ь натяжения I секции в сигмоА нал F соответствукиций натяжению

2 бумажного полотна 1 s межсекционном промежутке между I u II секциями.

В инвертирующем сумматоре 12 из сигнала F датчика 6 натяжения Il секй мод ции вычитается сигнал модели F >

Полученная разность t)(U представляет собой величину, пропорциональную технологическим отклонениям натяжения техн

Емкость конденсатора и сопротивления резисторов отдельных узлов блока

9 связаны с параметрами электропривода 3 соотношениями:

C1 = Т52/Н6; R 1 " R 21 R 3 = R 4

R 6 = R 4 Кч2 КДн2

R 5 = R 6 Ку, K „

Определенный таким образом в блоке 9 сигнал 6U(t ) поступает на вход блока 5 ограничения и перестраивает положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения. Положительный и отрицательный уровня ограничения выходного сигнала U <> регулятора 4 натяжения устанавливаются в блоке 5 опорными напряжениями, снимаемыми с движков потенциометров 19 и 27 и запирающими соответствующие транзисторы 13 и 21. При превышении выходньм сигналом регулятора 4 натяжения установленного опорного напряжения данной полярности соответствующий транзистор открывается, а избыток выходного сигнала U ä регулятора 4 натяжения в ,качестве отрицательной обратной связи поступает на вход регулятора 4 натяжения, т.е. выходной сигнал регулятора 4 натяжения ограничивается блоком 5 ограничения на задан.ном уровне, Корректирующий сигнал h U(t ) с выхода блока 9 поступает на базы . транзисторов 13 и 21 н, суммируясь здесь с соответствующими опорными напряжениями, перестраивает одновременно положительный и отрицательный уровни ограничения, При этом оба

1416421 уровня ограничения перестраиваются в сторону одной полярности, которая соответствует полярности корректирующего сигнала Ь U(t ), т, е, осущест" вляется параллельный сдвиг обоих уровней ограничения.

Однако если на одном из транзисторов модуль корректирующего сигнала

g U(t) оказывается ббльше модуля, противоположного ему по знаку запирающего опорного напряжения, то этот транзистор открывается и шунтирует вход регулятора 4 натяжения с его выходом. Поэтому в коллекторные цепи транзисторов 13 и 21 включены ограничивающие диоды 16 и 24, которые; не препятствуя процессу ограничения, устраняют укаэанный недостаток.

Датчиками 6 натяжений и датчиками 8 скоростей Е и ЕХ секций измеряют натяжения материала перед этими секциями и их скорости. Измеренный сигнал натяжения перед II секци.ей вычитают иэ заданного значения на входе регулятора 4 натяжения этой секции, По полученной разности в регуляторе 4 натяжения II секции формируют сигнал управления скоростью электропривода этой секции. Одновременно блоком 5 ограничения устанавливают заданные положительный и отрицательный уровни ограничения для формируемого на выходе регулятора 4 натяжения сигнала управления. Для этого в. блоке 5 ограничения потенциометрайи.!9 и 27 устанавливают задан" ные положительное.и отрицательное опорные напряжения. Одновременно в блоке 9 определяют величину технологических отклонений натяжения. Для этого на первый вход блока 9 подают сигнал датчика 8 скорости II секции, на второй вход " сигнал датчика 8 скорости Х секции, на третий вход сигнал датчика 6 натяжения Х секции, а на четвертый вход — сигнал датчика 6 натяжения II секции. В блоке 9 сигнал датчика 8 скорости II секции инвертируют инвертирующим усилителем 10 и вычитают из сигнала датчика 8 скорости Х секции на входе фильтра 11 нижних частот первого порядка, На третий вход фильтра 11 подают сигнал датчика 6 натяжения

I секции. Указанные сигналы преобразуют фильтром 11 нижних частот, Из полученного результата вычитают сигнал датчика 6 натяжения II секции, 55 тот, Положительный выходной сигнал фильтра 11 уменьшается и на входе инвертирующего сумматора 12 появляется отрицательный сигнал. На выходе сумматора 12, который одновременно

50 для чего подают выходной сигнал фильтра 11 на первый вход, а сигнал датчика 6 натяжения II секции — на второй вход инвертирующего сумматора 12. Выходной сигнал сумматора 12, пропорциональный величине технологических отклонений натяжения, является выходным сигналом блока 9. Сформированный таким образом корректирующий сигнал с выхода блока 9 подают на второй вход блока 5 ограничения и этим сигналом перестраивают положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения II секции.

Если технологические отклонения натяжения отсутствуют, то корректирующий сигнал на выходе блока 9 равен нулю, а установленные положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения соответствуют опорным напряжениям, установленным потеициометрами 19 и 27 блока 5 ограничения.

Рассмотрим работу устройства при отклонении натяжения по технологическим причинам, Например, увеличение натяжения в межсекционном промежутке между I u II секциями по технологи" ческим причинам вызывает возрастание сигнала датчика 6 натяжения II секции. Разность сигналов задания и датчика 6 натяжения II секции на входе регулятора 4 натяжения становится отрицательной. На выходе регулятора 4 натяжения появляется положительный сигнал, который поступает на вход системы 7 регулирования скорости и уменьшает скорость электропривода ХЕ секции, что приводит к восстановлению натяжения с заданной точностью. При этом сигнал датчика

6 натяжения II секции восстанавливается на прежнем уровне, а сигнал датчика 8 скорости этой секции уменьшается. Одновременно сигналы с датчиком 8 скоростей и с датчиков 6 натяжений Х и II секций подаются на блок 9. Уменьшение по абсолютной величине сигнала датчика 8 скорости

II секции приводит к уменьшению разности сигналов скоростей I u II секций на входе фильтра ll нижних час9 14 является выходом блока 9, формируется положительный сигнал, пропорциональный величине технологического отклонения натяжения. Из блока 9 кор" ректирующий сигнал поступает на вход блока 5 ограничения. На базах тран3 эисторов 13 и ?l корректирующий сиг" нал суммируется с положительным и отрицательным опорными напряжениями, снимаемыми с движков потенциометров

19 и 27. Положительный потенциал базы транзистора 13 возрастет, а отрицательный потенциал базы транэис" тора 21 .уменьшается. Таким образом, одновременно кзменяются уставки положительного и отрицательного уровней ограничения, причем уставка поло" жительного уровня ограничения возрас" тет, а отрицательного — уменьшается. . В результате амплитуды обоих уровней ограничения остаются постоянными от" носительно возросшего по технологическим причинам выходного сигнала регулятора 4 натяжения.

Формула изобретения

1 „Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала, содержащее расположенные последовательно две секции транспортировки. материала, каждая из которых состоит из электродвигателя, имеющего датчик скорости, выходом подключенный к пер" вому входу системы регулирования скорости электродвигателя, вторым входом соециненной с выходом регулятора натяжения материала, датчика натяжения материала, выходом связанного с первым входом регулятора натяжения материала, и блока ограниче" ний регулирующего воздействия, вы" ходом соединенного с вторым входом регулятора натяжения материала, а информационным входом " с выходом регулятора натяжения материала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что„ с целью повышения точности регулирова" ния путем обеспечения инвариантности к изменениям нагрузки, оно снабжено блоком перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений, выход которого соединен с управляющим вхо" дом блока ограничения регулирующего воздействия, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами датчи"

16421 10

55 двухполярного напряжения соединены

30 ков скорости второй и первой и датчиков натяжения материала первой и второй секций транспортировки мате" риала.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений состоит из инвертора, фильтра нижних. частот первого порядка и сумматора, при этом выход инвер" тора соединен с первым входом фильтра нижних частот первого порядка, второй и третий входы которого являются соответственно вторым и третьим входами блока перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений, а выход связан с первым входом сумматора, при этом вход инвертора и второй вход сумматора являются соответствен» но первым и четвертым входами блока перераспределения диапазона регули" рования в зависимости от технологических возмущений, выходом которого является выход сумматора.

3. Устройство по п.I .о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок ограничения регулирующего воздействия состоит иэ транзисторов прямой и обратной проводимости, потенциометров, диодов, резисторов, конденсаторов и источника двухполярного напряжения, при этом первые обкладки кон- денсаторов, катод первого и анод второго диодов объединены и являются выходом блока ограничения .регулирующего воздействия, анод первого диода связан с коллектором транзистора прямой проводимости, эмиттер которого соединен с катодом третьего дко да и с второй обкладкой первого кок" денсатора, а база через первый резистор связана с подвижным контактом первого потенциометра, катод второ" го диода подключен к коллектору транзистора обратной проводимости, эмиттера соединенного с анодом четвертого диода и с второй обкладкой второго конденсатора, а базой через второй резистор " с подвижным контактом второго потенциометра, положитель" ный вывод и общая точка источника между собой через первый потенцко" метр, отрицательный вывод и общая точка источника двухполярного напряжения соединены между собой через

Il второй потенциометр, а база транзистора прямой проводимости через последовательно включенные третий и четвертый резисторы подключена к базе транзистора обратной проводимости, причем точка соединения третьего и четвертого резисторов является уп6421 12 равляющим входом блока ограничения регулирующего воздействия, а объединенные анод третьего и катод четвертого диодов объединены и являются

5 информационным входом блока ограничения регулирующего воздействия

j 41642) у & дипзчи gj7j дил7цО, Я la Þó bg

Р ф " уГгФгйфж4 Ф6 &еч ч7,У

gÚë 3

Ярауяюяару@

Составитель Б. Кисин

Техред И.Ходанич.

Корректор В Бутяга

Редактор М.Келемеш

Мю юбое

I» 9

Закаэ 4024/18 Тираж 585

3КИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

i 3035, Москва, Ж-35, Рауптская наб., д. 4/5

Подписное

Проиэводственно-полиграфическое предприятие„ г, Ужгород„ ул. Проектная, 4