Разработка и исследование управляемого электротехнического комплекса для производства объемного нетканого полотна

Авторами разработана функциональная схема модернизированной системы управления автоматизированной линией производства объемных нетканых полотен. Система спроектирована в соответствии с разработанной концепцией построения структуры и исследования управляемых электротехнических комплексов для про-

Модернизированная функциональная схема управляемого электротехнического комплекса

Рис. 7.17. Модернизированная функциональная схема управляемого электротехнического комплекса

для производства объемного нетканого полотна изводства нетканых материалов. Поставленной задачей являлось обеспечение заданного качества продукции и энергосбережения управляемого электротехнического комплекса.

Модернизированная функциональная схема (рис. 7.17) включает в себя:

  • 1. Электропривод механизма подачи волокнистого материала 1, состоящий из регулятора напряжения РН1 и асинхронного электродвигателя АД1.
  • 2. Электропривод эксцентрика 2, состоящий из усилителя мощности УМ1 и двигателя постоянного тока ДПТ1.
  • 3. Электропривод питающей решетки 3, состоящий из регулятора напряжения РН2 и асинхронного электродвигателя АД2.
  • 4. Электропривод органов чесания 4, состоящий из преобразователя частоты ПЧ1 и асинхронного электродвигателя АДЗ.
  • 5. Электропривод съёмного вала 5, состоящий из усилителя мощности УМ2 и двигателя постоянного тока ДПТ2.
  • 6. Электропривод транспортера преобразователя прочеса 6, состоящий из преобразователя частоты ПЧ2 и асинхронного электродвигателя АД4.
  • 7. Электропривод раскладчика преобразователя прочеса 7, состоящий из преобразователя частоты ПЧЗ и асинхронного электродвигателя АД5.
  • 8. Электропривод транспортера термокамеры 8, состоящий из регулятора напряжения РНЗ и асинхронного электродвигателя АД6.
  • 9. Электропривод наматывающего устройства 9, состоящий из регулятора напряжения РН4 и асинхронного электродвигателя АД7.

В разработанной системе для повышения точности наполнения весовой коробки 2 (рис. 7.18) волокном и создания равномерного питающего слоя, в конструкцию самовеса внесены следующие изменения. Снято коромысло 3 весового устройства. В точке крепления стержня 4 с шарнирной головкой 1 установлен тензодатчик (рис. 7.19). Принцип работы датчика массы (ДМ) заключается в увеличении активного сопротивления на его выходе при действии сил растяжения со стороны стержня 4 весовой коробки 2. За счет постоянного контроля массы волокна в коробке обеспечивается дозирование одинаковой массы порции.

Фрагмент конструкции самовеса

Рис. 7.18. Фрагмент конструкции самовеса

Конструкция датчика массы

Рис. 7.19. Конструкция датчика массы

Пуск линии производится в автоматическом режиме. Микропроцессорное устройство (микроЭВМ) задает значения скоростей рабочих органов, соответствующих технологическому регламенту (рис. 7.17).

Система реализует оптимальные скоростные режимы рабочих органов линии. Перед пуском автоматизированного комплекса синтетическое волокно загружается в бункер автопитателя-самовеса и включается термокамера. Напряжение от сети подается на микроЭВМ, цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), регуляторы напряжения (PHI — РН4), усилители мощности (УМ1 — УМ2), преобразователи частоты (ПЧ1 — ПЧЗ), датчики частоты вращения (ДЧ1 — ДЧЗ), датчик массы (ДМ), бесконтактный датчик линейной плотности (ДЛП) и датчик натяжения (ДН).

При достижении в термокамере номинальной температуры осуществляется пуск линии, который производится в двух режимах: заправочном и рабочем с автоматическим переключением.

Заправочный режим начинается с одновременного включения электроприводов 1—8. При этом устанавливается заданная частота вращения рабочих органов. В данном режиме скорость транспортера термокамеры минимальна. Программа в микроЭВМ поддерживает постоянную загрузку чесальной машины и следит за формированием холста. Электропривод 1 и приводимые им в движение рабочие органы должны обеспечивать постоянство массы порции за счет изменения скоростного режима рабочих органов по заданному закону. Замена коромысла весового механизма на тензорезисторный датчик массы типа SBA (ДМ) позволяет повысить точность измерения массы до 0,02%.

Сигнал ДМ используется для отключения и включения электропривода /, а также для изменения производительности игольчатой решетки. В зависимости от структуры обратной связи по массе, скоростной режим игольчатой решетки может быть обеспечен от почти линейного до экспоненциального (рис. 7.20). МикроЭВМ, используя сигнал ДМ, преобразованный аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), обеспечивает соответствие массы волокна заданному значению в момент отключения электропривода.

Работа электропривода механизма подачи 1 происходит следующим образом. При запуске линии сигнал ДМ соответствует нулевой массе, что приводит к вклю-

Закон изменения скорости игольчатой решетки в системе с интегратором

Рис. 7.20. Закон изменения скорости игольчатой решетки в системе с интегратором: а — первого порядка; б — второго порядка чению электропривода механизма подачи 7. Скорости рабочих органов достигают заданных значений. Волокнистый материал подается в весовую коробку. Масса волокна в коробке увеличивается. За счет обратной отрицательной связи, образуемой в контуре «Электропривод — Весовая коробка — Датчик массы — Регулятор», скорость рабочих органов уменьшается в соответствии с заданным законом. В момент, когда масса волокна достигла значения 400 г, микроЭВМ, реагируя на сигнал датчика (ДМ), отключает электропривод 7. Подводящая и игольчатая решетки останавливаются, самовес переходит в режим выстоя, продолжительность которого определяется по формуле:

где пэ — скорость вращения эксцентрика, мин-1; tHan — время наполнения весовой коробки, с.

Электропривод эксцентрика и уплотняющего щитка 2 обеспечивает формирование непрерывного питающего слоя волокнистого материала, образуемого на питающей решетке, и постоянство его линейной плотности. Цикл работы весовой коробки рассчитывается таким образом, что за данное время масса волокна в коробке достигает заданного значения, а на питающей решетке остается некоторое количество волокна.

Электропривод питающей решетки и укатывающего валика 3 обеспечивает загрузку чесальной машины при максимально возможной производительности линии.

Электропривод органов чесания 4 поддерживает скорости рабочих органов чесальной машины на постоянном уровне.

Электропривод съемного вала 5должен обеспечивать согласование производительности чесальной машины и механического преобразователя прочеса. За счет датчика частоты вращения (ДЧ1), установленного на съемном валу, происходит согласование загрузки чесальной машины и коэффициента съема прочеса. При пуске линии сигнал с датчика (ДЧ1) равен нулю, следовательно, запуск электроприводов 2 и 3 производится синхронно с электроприводом 5. Если частота вращения съемного вала уменьшается, то за счет двух обратных положительных связей, образуемых датчиком (ДЧ1) и суммирующими устройствами электроприводов 2 и 3, частота вращения последних уменьшается. Таким образом, загрузка чесальной машины и коэффициент съема выравниваются.

Электропривод транспортера преобразователя прочеса 6 обеспечивает расчетную линейную скорость перемещения прочеса, снимаемого с чесальной машины. Синхронно работающий с ним электропривод раскладчика преобразователя прочеса 7обеспечивает формирование волокнистого холста с заданной поверхностной плотностью за счет возвратно-поступательного движения раскладчика. На валу редуктора раскладчика установлен датчик частоты вращения (ДЧ2), который образует обратные положительные связи с электроприводами 5 и 6. При пуске линии сигнал с датчика (ДЧ2) равен нулю, следовательно, запуск электроприводов 5 и б производится синхронно с электроприводом 7. Повышение частоты вращения раскладчика приводит к увеличению сигнала управления электроприводами 5 и 6, и частота их вращения увеличивается. Таким образом, скорость съемного вала, а значит, и коэффициент съема прочеса согласуются с требуемой производительностью механического преобразователя прочеса.

Электропривод транспортера термокамеры ? обеспечивает движение сформированного холста внутри термокамеры в течение заданного времени. В заправочном режиме скорость данного транспортера устанавливается на минимальном уровне 0,2 м/мин для слежения за линейной плотностью формирующегося холста с помощью установленного в начальной зоне транспортера датчика линейной плотности (ДЛП). Принцип работы датчика заключается в уменьшении амплитуды колебаний ультразвуковой волны при прохождении от излучателя к приемнику через волокнистый материал. В заправочном режиме обратная отрицательная связь, образуемая датчиком линейной плотности (ДЛП) и суммирующим устройством электропривода 7, отключена электронным переключателем.

Как только сигнал, поступающий от датчика линейной плотности (ДЛП) через аналогово-цифровой преобразователь (ЦАП) к третьему входу микроЭВМ, будет соответствовать линейной плотности сформированного холста, микроЭВМ переключается в рабочий режим работы линии. При этом скорость транспортера термокамеры устанавливается на уровне, соответствующем технологическому регламенту, а электронный переключатель включает обратную отрицательную связь, образуемую датчиком линейной плотности (ДЛП) и суммирующим устройством электропривода 7. За счет данной обратной связи в рабочем режиме поддерживается постоянство линейной плотности готового полотна, выходящего из термокамеры. При превышении линейной плотности допустимого порога сигнал датчика линейной плотности (ДЛП) уменьшает сигнал управления электроприводом раскладчика преобразователя прочеса 7. Скорость раскладчика уменьшается, и за счет обратных связей корректируются скорости остальных рабочих органов.

Электропривод наматывающего устройства 9 запускается в рабочем режиме и обеспечивает наматывание готового полотна с заданным натяжением. Электропривод 9 имеет обратную положительную связь, образованную датчиком частоты вращения (ДЧЗ), установленным на валу транспортера термокамеры, и суммирующим устройством электропривода 9. Данная обратная связь обеспечивает синхронизацию электроприводов 8 и 9.

Наматывание осуществляется по заданной в микроЭВМ программе и корректируется с помощью датчика натяжения (ДН). Датчик измеряет натяжение в свободной зоне между направляющими и наматывающими валами. При увеличении натяжения сигнал от датчика уменьшает сигнал управления электроприводом 9, что приводит к снижению частоты вращения привода наматывающего устройства. Диапазон регулирования частоты вращения составляет 35:1. Скорость приема определяется производительностью термокамеры и обеспечивается в пределах 4—5 м/мин.

На рис. 7.21 представлен алгоритм работы микроЭВМ. Переменные, используемые в блок-схеме алгоритма, означают соответственно: U1—U9 — сигналы задания скорости для электроприводов 1—9; Шл.п — сигнал для электронного переключателя, принимающий значения логического «0» или «1»; М — текущее значение массы от датчика; Мзад — заданное значение массы; ЛП — текущее значение линейной плотности отдатчика; ЛПзад — заданное значение линейной

плотности.

Блок-схема алгоритма работы микроЭВМ

Рис. 7.21. Блок-схема алгоритма работы микроЭВМ

Исследование модернизированного управляемого электротехнического комплекса для производства объемного нетканого полотна

В данном разделе исследуется сложная ЭМС управления самовесом, на выходе которой формируется настил, обеспечивающий питание чесальной машины в соответствии с расчетной производительностью (Ат).

На основании теоретических и экспериментальных данных разработаны функциональная и расчетная структурная схемы самовеса (рис. 7.22, 7.23).

По результатам исследований установлено, что коэффициент вариации линейной плотности настила уменьшается при питании более толстым слоем. Данному способу питания соответствует минимальная скорость питающей решетки и максимально возможная масса порции волокна. Плавное регулирование скорости питающей решетки и частоты вращения эксцентрика обеспечивает оптимальный тип питания чесальной машины для конкретного ассортимента.

В разработанной функциональной схеме (рис. 7.22) самовес представлен в виде трех каналов регулирования. Первый канал с приводом переменного тока / замыкается обратной связью по массе порции волокна в весовой коробке и обеспечивает плавное регулирование скорости игольчатой решетки. Второй канал с тиристорным приводом постоянного тока 2управляет частотой вращения эксцентрика и работает в следящем режиме по частоте вращения с третьим каналом, который содержит привод переменного тока 3 и управляет скоростью питающей решетки.

Функциональная схема управления самовесом

Рис. 7.22. Функциональная схема управления самовесом

Первый канал выполняет функцию формирования порции волокна заданной массы по оптимальному закону. Второй и третий каналы обеспечивают расчетную производительность чесальной машины по питанию. Пусковые режимы электроприводов второго и третьего каналов определяются в основном инерционностью главного барабана чесальной машины и могут корректироваться системой управления.

Обеспечение непрерывного режима формирования настила при существующей конструкции уплотняющего щитка, заданной скорости питающей решетки и объема порции волокна определяется режимом работы эксцентрика.

Исследуемая структурная схема управления самовесом приведена на рис. 7.23, на которой игольчатая решетка представлена усилительным звеном с коэффициентом

где Л„ р = 27 г/с — средняя производительность игольчатой решетки при работе со смесью из полиэфирного волокна.

Возмущающим воздействием является изменение величины поступающего потока волокнистой смеси.

Структурная схема управления самовесом

Рис. 7.23. Структурная схема управления самовесом

Весовая коробка представлена интегратором с ограничением по уровню, равным установленной массе порции (400 г), датчик массы — усилительным звеном с коэффициентом

Передаточная функция интегрального регулятора второго порядка имеет вид:

где р — оператор дифференцирования; Крег — коэффициент интегрального регулятора. Ограничение по уровню выходного сигнала регулятора равно 3,5 В.

Ошибка массы порции, вызванная инерционностью весового механизма, снижена за счет введения датчика массы в систему управления. Это позволяет эксцентрик и механизм открытия весовой коробки представить в виде звена транспортного запаздывания егХр, где т — период вращения эксцентрика.

Питающая решетка определена апериодическим звеном первого порядка с регулируемой постоянной времени

где /акт — расстояние от конечного положения уплотняющего щитка до питающих валиков чесальной машины.

При составлении расчетной структурной схемы принято допущение, предполагающее пуск электродвигателей из положения эксцентрика, соответствующего моменту закрытия весовой коробки.

Предварительно проведен анализ динамических свойств исследуемой системы по упрощенной структурной схеме (рис. 7.24) без учета обратной связи по частоте вращения вала ДПТ1.

В соответствии с данной схемой передаточная функция самовеса имеет вид: Упрощенная структурная схема самовеса где второй канал регулирования соответственно представлен следующей передаточной функцией

Рис. 7.24. Упрощенная структурная схема самовеса где второй канал регулирования соответственно представлен следующей передаточной функцией:

При ?/3 = 2 (В) получаем следующую передаточную функцию третьего канала:

Принимая задающее напряжение U2 = 3 (В), а массу порции 400 г, передаточная функция самовеса соответственно будет равна:

Исследование устойчивости ЭМС самовеса по управляющему воздействию проведено по переходным и амплитудно-частотным характеристикам (рис. 7.25, 7.26), построенным в операционной системе Matlab.

Полученные зависимости показывают, что при увеличении скорости питающей решетки снижается инерционность самовеса, что приводит к повышению чувствительности к вариациям массы броска, при этом линейная плотность на-

Переходная характеристика ЭМС самовеса по производительности

Рис. 7.25. Переходная характеристика ЭМС самовеса по производительности

Амплитудно-частотная характеристика ЭМС самовеса

Рис. 7.26. Амплитудно-частотная характеристика ЭМС самовеса

стила уменьшается. Показанная на АЧХ (рис. 7.26) частота среза, равная 0,1 рад/с, определяет быстродействие системы, которое составляет 61 с. Низкая скорость питающей решетки с одной стороны обеспечивает расчетную производительность по питанию с высокой точностью, а с другой — снижает скорость отклика системы на управляющее воздействие.

Следовательно, в модернизированной системе при управлении вторым и третьим каналами необходимо учитывать низкое быстродействие контуров регулирования производительности самовеса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >