Разработка и исследование МП системы влажности основы на шлихтовальной машине

 

 

Рисунок 1.3 – Передняя панель прибора ВК-2

 

Датчик прибора предназначен для преобразования влажности основы в электрический сигнал. Датчик устанавливают на машине после сушильного аппарата на штанге 8 (рисунок 1.4). Он крепится на штанге с помощью рукоятки 7. Датчик состоит из корпуса 5, в котором установлена плата с элементами электрической схемы. К корпусу через пружинную пластину 4 крепится кронштейн с роликом 3. Между роликом датчика и перекатным роликом 2 движется ошлихтованная пряжа 1. Для соединения датчика с блоком питания и измерения на корпусе имеется разъем 6. Ролик датчика должен касаться основы на перекатном ролике с определенным усилием и по всей образующей. Температура основы в зоне установки ролика датчика должна быть не более 50°С. Контактное устройство предназначено для соединения общего привода схемы датчика с перекатным роликом машины. Контактное устройство представляет собой подпружиненную медно-графитовую щетку, заключенную в обойму, и устанавливается вместе с датчиком на одной поворотной штанге после сушильного аппарата.

 

 

Рисунок 1.4 – Датчик регулятора ВК-2

 

Чтобы подготовить влагомер к работе, необходимо выполнить следующие операции: включить тумблер «Сеть», при этом загорается лампочка сигнализации напряжения. Следует прогреть влагомер в течение 20 мин; установить переключатель «Работа» — «Контроль» в положение «Контроль», переключатель «Диапазон» в положение 4, проверить показание влагомера, соответствующее его настройке. При отклонении показаний необходимо произвести подстройку влагомера: установить переключатель «Работа» — «Контроль» в положение «Работа»; определить влажность основы по градуировочным зависимостям; установить переключатель «Диапазон» в положение, соответствующее виду обрабатываемой основы; при совместной работе влагомера с регулятором произвести настройку выдержки времени влагомера.

 

1.3 Регулятор влажности ЭРВО-II системы ЦНИХБИ

 

Рассмотрим принципиальную электрическую схему регулятора влажности ЭРВО-II системы ЦНИХБИ (рисунок 1.5).

В приборе применен датчик Д, между роликами которого проходят нити основы. Сопротивление датчика Rд зависит от вида волокна (хлопок или вискоза) и влажности основы и уменьшается при увеличении влажности. Датчик вместе с сопротивлением R1 (или R2) образует делитель напряжения, на который подается постоянный ток напряжением U1 = 150 в. Это напряжение, питающее все цепи измерительной части прибора, подается с обмотки IV стабилизованного трансформатора Tp1 и выпрямляется германиевым диодом В1. Напряжение, снимаемое с сопротивления R1 (или R2):

 

 

 

подается через интегрирующую цепь R3C3 на сетку лампы Л1 (6Н3П) катодного повторителя, нагрузкой которого является сопротивление R4 = 30 ком. Последовательно с R4 включен показывающий миллиамперметр (тА), градуированный в процентах влажности и имеющий регулируемый шунт R29. В этой же цепи имеются зажимы 2 и 3, предназначенные для включения дублирующего, показывающего или самопишущего прибора.

Сопротивления R4, R7, Rx и внутреннее сопротивление лампы Л1 образуют мостовую схему, в диагональ которой включены сопротивление R5 и потенциометр R6.

Часть напряжения небаланса мостовой схемы снимается с потенциометра R6 и подается на сетку лампы Л2. Переменное сопротивление Rx служит для установки заданного значения влажности.

Переключатель П1 служит для переключения прибора с измерения влажности хлопчатобумажной основы на измерение влажности штапельной основы.

Катодный повторитель осуществляет в схеме роль трансформатора сопротивлений. Коэффициент усиления его в данном режиме близок к единице. Поэтому выходное напряжение на катодной нагрузке U3 ≈ U2 и сопротивление плеч моста, образованных внутренним сопротивлением лампы Л1   и  сопротивлением  R4.

меньше сопротивлений плеч делителя Rд и R1 в раз, т. е. при R1 = 3 мом (для штапельной основы) в 100 раз. Это дает возможность использовать мостовую схему с относительно небольшим сопротивлением плечей для измерения весьма больших сопротивлений датчика.

Регулирующая часть состоит из усилителя сигнала небаланса мостовой схемы, трехпозиционного поляризованного реле Р1, промежуточных реле Р2 и РЗ и устройства инерционной отключающейся обратной связи. Напряжение небаланса снимается с потенциометра R6 (перемещением которого изменяется нечувствительность регулятора) и подается на левую сетку лампы Л2 (6Н2П) первого балансного каскада усилителя. Усиленный сигнал поступает на сетку лампы ЛЗ (6Н2П) второго каскада усилителя, нагрузкой которого является обмотка поляризованного реле P1. Контакты этого реле включают цепи обмоток промежуточных реле Р2 и Р3, управляющих включением электрического исполнительного механизма (подключаемого к зажимам 6, 7, 8) и сигнальных ламп Л6 и Л7. Обмотки реле Р2 и Р3 питаются выпрямленным током от выпрямителя В2. Одновременно при замыкании контактов реле на потенциометр R15 подается выпрямленное напряжение, знак которого зависит от направления срабатывания реле Р1. Часть этого напряжения снимается с потенциометра R15 и подается на интегрирующий контур R14C7, с конденсатора С7 которого снимается напряжение обратной связи, подаваемое на правую сетку лампы Л2. Напряжение это того же знака, что и напряжение сигнала рассогласования, подаваемого на левую сетку лампы. Потенциометр R15 служит для изменения глубины обратной связи.

Переключатель П2 предназначен для переключения исполнительного механизма на работу от регулятора, или, в случае необходимости, на работу от системы ручного управления. Ручное управление осуществляется переключателем П3, имеющим три положения.

 

 

Рисунок 1.5 – Принципиальная схема регулятора ЭРВО-II

 

Во время останова или работы на заправочной скорости основа,, находящаяся в сушилке, пересушивается. Поэтому после пуска машины на рабочую скорость регулятор должен быть выключен на время выхода из сушилки участка пересушенной основы, так как изменить влажность этой основы уже невозможно, а резкое увеличение скорости машины, вызванное регулятором, измеряющим сильно пересушенную основу, повлекло бы перерегулирование и повышение обрывности.

Для автоматического выключения регулятора на время выхода пересушенной основы в схему введено реле времени, состоящее из лампы Л4 (6П6) с анодным реле R4, контура R25C15 в сеточной цепи и сопротивлений R26 и R28. Реле времени включается замыкающим блокировочным контактом пускателя приводного двигателя машины, подключенным к зажимам 4 и 5. Время задержки определяется величиной сопротивления R25.

Регулирующее воздействие осуществляется путем изменения скорости движения основы или изменения количества пара, подаваемого в сушильные барабаны.

В первом случае используется электрический исполнительный механизм ИМ 2/120, вращающий штурвал вариатора машины при помощи цепной передачи.

Во втором случае используется паровой регулирующий клапан с приводом от исполнительного механизма ПР-1, установленный на паропроводе к барабанам шлихтовальной машины.

Если влажность основы увеличится и отклонится от заданного значения на величину, большую установленного значения нечувствительности, то на левой сетке лампы Л2 возникнет отрицательный потенциал, достаточный по величине, чтобы реле Р1 сработало и замкнуло контакт Р1. При этом включится реле Р2 и исполнительный механизм начнет вращаться, уменьшая скорость машины или увеличивая приток пара.

Одновременно замкнутся две цепи: контакт реле Р2 замкнет цепь обмотки реле Р1, питающейся через выпрямитель В3; при этом увеличатся ампервитки возбуждения реле Р1 и уменьшится ток отпускания последнего (создается определенный коэффициент возврата у реле Р1); контакт Р1 замкнет цепь питания потенциометра R15, потенциал правой сетки лампы Л2 начнет снижаться.

Скорость изменения потенциала правой сетки лампы Л2 определяется постоянной времени Т2 =R14C7 и положением движка потенциометра. Через некоторый промежуток времени потенциалы обеих сеток лампы Л2 сравняются, реле Р1 и Р2 отключатся и исполнительный механизм остановится. При отключении реле Р1 напряжение с потенциометра R15 снимается, конденсатор С7 начнет разряжаться через сопротивление R14 и потенциал правой сетки лампы повышается. Поэтому, если за время включения исполнительного механизма сигнал рассогласования не исчезнет, то произойдет новое срабатывание реле Р1 и цикл работы регулятора повторится. Таким образом, исполнительный механизм будет работать отдельными импульсами, чередующимися с паузами.

При уменьшении влажности основы работа протекает аналогично, но знак сигнала рассогласования меняется и исполнительный механизм срабатывает в противоположном направлении.

Можно показать, что при постоянном уровне напряжения сигнала рассогласования Ux, поступающего на вход усилителя, продолжительность импульса

 

 

 

а продолжительность паузы

 

 

 

где — нечувствительность реле Р1, приведенная ко входу усилителя;

γ — коэффициент возврата реле;

Тос — постоянная  времени контура обратной связи, равная Т = R14С7;

(Uoc)0 — напряжение обратной связи, снимаемое с потенциометра R15.

При малых сигналах [Ux << (Uос)0] продолжительность импульса практически постоянна, а продолжительность паузы обратно пропорциональна величине сигнала.

При больших сигналах продолжительность импульса увеличивается.

Скважность импульсов

 

 

 

т. е. пропорциональна величине сигнала рассогласования.

Как видно из приведенных выражений, скважность импульсов при настройке регулятора можно изменять, изменяя величину (Uос)0 при помощи потенциометра R15, а продолжительность цикла регулирования ∆t1 + ∆t2 можно изменять, изменяя постоянную времени Тос = R14С7или нечувствительность регулятора при помощи потенциометра R6.

В датчике регулятора (рисунок 1.6), на двух стойках 1 укреплены вал 2 и штанга 3. На штанге подвешен контактный изолированный ролик 4, прижимающийся под действием силы тяжести к   нитям   основы,   которая проходит по валу 2 и вращает его. Контактный ролик 4 можно устанавливать в различных местах по длине вала 2 при помощи рукоятки 5 и троса 6.

 

 

Рисунок 1.6 – Датчик регулятора ЭРВО-П

 

 

Рисунок 1.7 – Структурная схема регулятора ЭРВО-П

 

Структурная схема САР с этим регулятором показана на рисунок 1.7. Практически при наличии малых по величине и нарастающих с малой скоростью возмущений регулятор работает в скользящем режиме. Учитывая все это, передаточную функцию регулятора можно написать в виде

 

 

 

где – передаточная  функция измерительного устройства 2 (Тф = R3C3 — постоянная времени интегрирующего звена — фильтра — на входе катодного повторителя);

 – передаточная функция исполнительного механизма 5 постоянной скорости и регулирующего органа 7;

 —передаточная функция устройства обратной связи 6.

Подставляя эти выражения в формулу (1.5), получим

 

 

 

или

 

 

 

где

 

 

 

Таким образом, при указанных допущениях (работа в скользящем режиме, большой коэффициент передачи усилителя) регулятор ЭРВО-П можно рассматривать как ПИ-регулятор, последовательно соединенный с инерционным звеном первого порядка с постоянной времени Тф.

 

1.4 Регулятор влажности фирмы Интрон (ГДР)

 

Рассмотрим регулятор влажности ткани фирмы Феутрон и народного предприятия Интрон (ГДР). Он состоит из измерительного преобразователя с показывающим (или самопишущим) прибором, задатчика, импульсного регулятора и устройства внешней обратной связи по скорости движения ткани в сушилке, позволяющего получать разные законы регулирования.

Чувствительным элементом измерительного преобразователя регулятора (рисунок 1.8) являются три параллельно включенных контактных ролика, между которыми и направляющим роликом сушилки проходит контролируемая ткань. Ролики длиной 150 мм и диаметром 48 мм прижимаются к ткани пружиной.

Измерение влажности m ткани производится кондуктометрическим методом с использованием зависимости Rx = f(m) (Rx— сопротивление чувствительного элемента). Эта зависимость для текстильных материалов нелинейна:

 

 

 

где п — коэффициент, зависящий от природы волокна;

а — коэффициент, зависящий от условий измерения и конструкции чувствительного элемента (размеров измеряемого участка материала, усилия прижима роликов и т. п.).

Нужно также учитывать, что сопротивление Rx зависит и от температуры θ материала:

 

 

 

Для хлопчатобумажных тканей с влажностью m = 6 ÷ 8% в интервале температур 20—40° С температурный коэффициент α = 0,05 ÷ 0,08 1/град.

 

 

Рисунок 1.8 – Схема измерительного преобразователя

 

Преобразователь включает нелинейный усилитель на лампе Л1 (EF-86, аналог 6Ж32П) и усилитель постоянного тока на лампе Л2 (EL84, аналог 6П14П). Сопротивление Rx чувствительного элемента включено в цепь делителя экранной сетки лампы Л1. Управляющая сетка лампы соединена с катодом через резистор R5. Параметры схемы подобраны таким образом, что падение напряжения на переменном резисторе R6 (пропорциональное сумме токов, текущих в цепях анода и экранной сетки лампы и в цепи делителя через резистор R2) приблизительно пропорционально значению влажности m ткани. Это падение напряжения подается через фильтр R7C на управляющую сетку лампы Л2 усилителя постоянного тока. Постоянная времени фильтра может изменяться в пределах от 0,4 до 40 сек. Резистор R6 является регулятором чувствительности.

Усилитель имеет два выхода:  токовый, с пределом 0—10 ма, и напряжения, с пределами 0—60 в. При разомкнутом переключателе П анодный ток лампы Л2 проходит через внешнюю нагрузку, подключаемую к клеммам 3 и 4, и через показывающий прибор (миллиамперметр) с последовательно включенным резистором R10. При применении добавочного самопишущего прибора он подключается к клеммам 5 и 6. При замкнутом переключателе анодный ток проходит через показывающий прибор и резистор R10, падение напряжения на которых выводится на клеммы 4 и 5.