Разработка и исследование МП системы влажности основы на шлихтовальной машине

Для компенсации начального тока лампы Л2 имеется цепь 
компенсации, ток в которой регулируется переменным рези- 
стором R11.

  Показывающий прибор имеет шкалу с равномерными деле- 
ниями. К прибору прилагается набор из пяти накладных шкал, 
градуированных в процентах влажности для различного ассорти- 
мента тканей.

  Рассмотрим блок-схему всей системы регулирования (рисунок 1.9). 
На входе импульсного регулятора 8 суммируются сигнал изме- 
ренного значения влажности ткани, поступающий из измеритель- 
ного преобразователя 6, сигнал задания от задатчика 7 и сигнал 
из устройства внешней обратной связи 9.

Импульсный регулятор 5 имеет внутреннюю обратную связь, охватывающую выходной каскад, собранный на тиратронах с холодным катодом, и создающую импульсный режим работы этого каскада. В анодные цепи тиратронов включены реле Р1 и Р2, включающие (непосредственно или через промежуточные реле) цепи реверсивного исполнительного механизма 4, воздействующего на привод сушилки 3 для увеличения или уменьшения скорости движения ткани.

Скважность и частота импульсов, а также полярность их зависят от установленного значения постоянной времени цепи внутренней обратной связи регулятора и от уровня и полярности сигнала, поступающего на вход регулятора, который равен разности между сигналом рассогласования и сигналом внешней обратной связи.

 

 

Рисунок 1.9 – Блок-схема регулятора влажности фирмы Интрон (ГДР)

 

Вид передаточной функции устройства внешней обратной связи 9 и значение ее постоянных времени и коэффициента передачи можно изменять при помощи переключателей П1 и П2 и переменных резисторов Р6, R7 и R8. При замкнутых переключателях П1 и П2 напряжение обратной связи

 

 

 

где U1 и U2 — напряжения, снимаемые с нагрузок R4 и R5 катодных повторителей (в данном случае U2 = 0); Uмг — напряжение тахогенератора 5. Для этого случая передаточная функция устройства обратной связи

 

 

 

а регулятор работает как пропорциональный.

Если переключатель П2 замкнут, а переключатель П1 разомкнут, то

 

 

 

где

 

 

При большом коэффициенте усиления регулятора его передаточная функция

 

 

 

т. е. регулятор приобретает свойства ПД-регулятора.

Рассуждая аналогично, можно показать, что при замкнутом переключателе П1 и разомкнутом переключателе П2 регулятор приобретает свойства ПИ-регулятора, а при разомкнутых переключателях П1 и П2 свойства ПИД-регулятора.

Блок задержки 10 служит для устранения перерегулирования при пуске сушилки после остановки, когда из нее в течение некоторого времени выходит пересушенная ткань. Он включает реле времени на электронной лампе и тиратроне. На вход реле подается напряжение тахогенератора. Время задержки включения регулятора можно регулировать.

 

1.5 Регулятор влажности фирмы Маало (ФРГ)

 

В регуляторе влажности фирмы Маало (ФРГ) также применен кондуктометрический чувствительный элемент, выполненный в виде трех параллельно включенных контактных роликов. Упрощенная схема измерительного преобразователя показана в блок-схеме регулятора (рисунок 1.10). Ток от источника постоянного напряжения U0 проходит через три последовательно включенных диода Д1, Д2, ДЗ, дополнительные сопротивления R1 и R2 и через сопротивление Rx чувствительного элемента, которое, как указано выше, зависит от влажности ткани

 

 

 

Обычно Rx велико (порядка 107—109 ом), поэтому ток Iд, текущий через диоды, фактически определяется величиной этого сопротивления:

 

 

 

Как известно при малых прямых токах, текущих через полупроводниковый диод, характеристика его нелинейна и зависимость между током Iд и падением напряжения на диоде Uд может быть аппроксимирована уравнением

 

 

 

где B — коэффициент пропорциональности.

Из предыдущих уравнений следует, что

 

 

 

откуда

 

 

 

После подстановки получим

 

 

 

или

 

 

 

т. е. линейную зависимость между падением напряжения на диоде и логарифмом влажности материала. При этом достигается достаточная равномерность шкалы измерительного прибора 4 в рабочем диапазоне влажности.

 

 

 

Рисунок 1.10 – Блок-схема регулятора влажности Маало (ФРГ)

 

Для увеличения чувствительности последовательно включены три диода, напряжение с которых через фильтр РфСф подается на вибропреобразователь Вп, преобразуется в импульсы, а затем усиливается в измерительном усилителе 3. Выходное напряжение усилителя детектируется и подается на измерительный прибор 4 и на вход регулятора 5. Сопротивление R2 служит для корректировки шкалы прибора. Особенностью регулятора является применение специального корректирующего устройства, называемого симулятором. Коэффициент передачи сушилки

 

 

 

Учитывая, что v0 + ∆v = v и вводя обозначение , получим

 

 

 

Изменение скорости v ткани осуществляется управляющим воздействием μ, на регулируемый привод сушильной машины. Управляющее воздействие может иметь различный характер в зависимости от типа привода: угловое перемещение штурвала вариатора или реостата возбуждения в системе ГД, изменение тока в управляющих обмотках магнитного усилителя и т. д.

Коэффициент передачи разомкнутой САР влажности ткани

 

 

 

Для улучшения качества регулирования желательно, чтобы в процессе регулирования kc = const. Для этого необходимо выполнить условие

 

 

 

где N — постоянный коэффициент.

Таким образом, для получения хорошего качества регулирования статическая характеристика привода v = f (μ) должна удовлетворять требованию, выражаемому последним уравнением. Этому требованию удовлетворяет характеристика, выражаемая уравнением

 

 

 

 

так как в этом случае

 

 

 

 

и

 

 

 

В большинстве случаев привод сушильных машин не имеет такой характеристики. Поэтому в регуляторе применено специальное корректирующее устройство—симулятор 8. В этом устройстве имеется микродвигатель, на который подаются управляющие импульсы с выхода регулирующего блока 7. Микродвигатель перемещает движок нелинейного потенциометра. Зависимость между напряжением Un, снимаемым с потенциометра, и углом поворота вала электродвигателя φ соответствует требуемой характеристики привода:

 

 

 

где kn — коэффициент пропорциональности.

Относительное угловое перемещение    является в данном случае управляющим воздействием, обозначенным выше для общего случая через μ.

Напряжение Un сравнивается в симуляторе с напряжением тахогенератора машины UTS (пропорциональным скорости ткани); разность этих напряжений подается на вход следящей системы, включающей электронный блок 9, исполнительный двигатель 10 и привод машины 12. Эта система изменяет скорость движения ткани так, чтобы разность напряжений Un — UTS стремилась к нулю. В результате статическая характеристика привода машины приобретает требуемый вид и коэффициент передачи разомкнутой САР остается постоянным во всем диапазоне изменения скорости ткани.

В схеме имеется также устройство блокировки 11, которое отключает регулятор при остановке машины и запоминает скорость ткани, имевшуюся перед остановкой. При пуске регулятор снова устанавливает эту скорость, но в течение некоторого времени, нужного для прохождения пересушенной из-за простоя ткани, управляющие импульсы на ускорение движения ткани блокируются.

 

 

 

 

1.6 Регулятор влажности ткани РВТ-61

 

Регулятор влажности ткани РВТ-61 предназначен для измерения и регулирования влажности хлопчатобумажных тканей с плотностью от 100 до 400 г/м2. Пределы измерения влажности составляют 4—12% к сухой массе. Электрический вариант регулятора (рисунок 1.10) включает датчик (представляющий собой конденсатор с продольным полем), преобразователь изменения емкости датчика в напряжение выпрямленного тока, блок питания, вторичный показывающий и самопишущий прибор — электронный потенциометр ПСР со встроенным реостатным задатчи-ком, регулирующее устройство РУ4-16А с исполнительным механизмом постоянной скорости, указатель положения исполнительного механизма и пульт управления для ручного управления исполнительным механизмом.

В пневматическом варианте регулятора в качестве вторичнбго прибора применяется электронный потенциометр ЭПД-32 с пневматическим регулятором 04.

В датчике-конденсаторе с продольным полем (рисунок 1.11) обкладки конденсатора образованы рядом металлических пластин, поверхности которых лежат в одной плоскости. Контролируемая ткань проходит над пластинами на фиксированном расстоянии от них. Линии поля в датчике такого типа в основном идут вдоль ткани. Такая конфигурация поля способствует повышению коэффициента преобразования датчика и несколько уменьшает погрешности измерения толщины и плотности ткани.

Коэффициент преобразования датчика

 

 

 

где ∆С/Со — относительное изменение емкости датчика; ∆m — изменение влажности ткани.

Начальная емкость датчика С0≈280 пф; приращение емкости датчика при т = 12% составляет ∆С ≈ 50 пф. Датчик Д преобразователя (рисунок 1.12) включен в одно плечо мостовой схемы, образованной сопротивлениями R8 и R9, емкостью датчика и емкостями С10 и С11. Мостовая схема питается переменным током частотой f = 1000 гц от генератора, собранного на лампе Л1 (6Н2П). Напряжение небаланса мостовой схемы подается на вход катодного повторителя, выполненного на лампе Л2 (6Н1П). Выходной сигнал катодного повторителя детектируется и подается на вход вторичного прибора.

 

 

Рисунок 1.11 – Блок-схема (а) и датчик (б) регулятора влажности

РВТ-61

 

Приращение емкости датчика при измерении влажности у аппретированных тканей больше, чем у неаппретированных, поэтому в блоке питания прибора имеется переключатель для переключения на нужный режим работы. Основная погрешность прибора составляет ± 1 % влажности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.12 – Схема преобразователя регулятора РВТ-61

 

Рассмотренные регуляторы с кондуктометрическими или емкостными датчиками могут при правильном выборе параметров их настройки давать удовлетворительные результаты лишь при регулировании влажности материалов (основы и ткани) из волокон одного вида (хлопок, лен, вискозное штапельное волокно, шерсть и т. п.) или из смеси волокон с фиксированным процентным содержанием компонентов. Это объясняется тем, что различные виды волокон резко отличаются по своим диэлектрическим свойствам. При регулировании влажности путем измерения скорости движения ткани относительное изменение скорости при наиболее коротком импульсе регулятора не должно превышать 1 %. При регулировании влажности путем изменения скорости движения ткани часто возникают трудности, обусловленные тем, что передаточные функции приводной части и их параметры могут быть различны у разных сушилок. Привод же является звеном в системе регулирования; изменение статических и динамических свойств этого звена может отразиться на качестве регулирования.

Для того чтобы уменьшить влияние свойств привода на процесс регулирования в некоторых системах регулирования влажности применяется стабилизация динамических характеристик этого звена.

 

 

Рисунок 1.13 – Схема корректирующей цепи

 

Рассмотрим одну из возможных схем (рисунок 1.13) стабилизации с применением модели с эталонной передаточной функцией. В схему регулирования вводится корректирующая цепь, состоящая из модели 3 (например, электронного моделирующего устройства) с заданной эталонной передаточной функцией Wm(р). Регулятор влажности 1 подает сигнал управления x1 как на вход звена «Привод» 2, имеющего передаточную функцию Wn(p), так и на вход модели. Разность выходных величин модели х3 и звена «Привод» x2 усиливается в усилителе 4 с коэффициентом усиления К и подается также на вход звена 2. По Лапласу, выходная величина

 

 

 

Но

 

 

 

Подставляя во второе уравнение первое, получим после преобразования эквивалентную передаточную функцию звена «Привод» с корректирующей цепью:

 

 

 

При увеличении коэффициента усиления К эквивалентная передаточная функция стремится к WM(p) — эталонной передаточной функции модели. Поэтому при достаточно больших значениях К передаточная функция звена «Привод» с введенной корректирующей цепью будет близка к WM(p) и мало зависит от изменения динамических свойств привода.

2 Разработка МП системы управления

 

2.1 Выбор первичного преобразователя

 

В качестве первичного преобразователя выберем датчик влажности ткани фирмы Феутрон и народного предприятия Интрон (ГДР) (рисунок 1.8). Данный преобразователь был рассмотрен в пункте 1.4. Достоинством данного преобразователя состоит в том что он уже содержит усилитель, а также возможно измерение как по току, так и по напряжению

 

2.2 Выбор аналого-цифрового преобразователя.

       

 Выберем 8-битный аналого-цифровой преобразователь  TLC549I с последовательным выходом. Последовательный выход выбран для экономии портов микропроцессора. Данный АЦП выполнен в корпусе DIP-8. Питается напряжением от 3 до 6 В, и потребляет ток в 1,8 мА. Время преобразования данных составляет 17 мкС. Для работы микросхемы требуется источник опорного напряжения. На рисунке 2.2 показана схема АЦП.

 

Рисунок 2.1 – Схема АЦП TLC549I

 

REF+/- – величины опорного напряжения.

ANALOG IN – аналоговый вход.

GND – заземление.

 Vcc – напряжение питания.

I/O CLOCK – вход синхронизации.