УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОФРОСТЕНОК ТРАНСФОРМАТОРОВ
DEVICE TO CONTROL PLANT FOR PRODUCING TRANSFORMED CORRUGATED WALLS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к автоматизации управления агрегатами для производства гофростенок трансформаторов и может использоваться на всех типах данных агрегатов.
Известен приводимый в качестве аналога агрегат для производства гофростенок трансформаторов (см., например, «Установка для гофрирования металлической ленты», патент РФ №2359773, 2009 г.).
Недостатком данного агрегата является то, что система регулирования, которая им управляет, не имеет средств коррекции фактических расстояний между гофрами, которые, вследствие изменения внешних условий эксплуатации, изменения температуры и вязкости масла гидросистемы, входящей в систему регулирования его чистоты, могут меняться. Вследствие этого расстояние между частью гофров гофрополосы может выходить за заданные пределы, что ведет к увеличению брака продукции и увеличению выхода некондиционного гофролиста.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является адаптивная настройка величины добавки к регулятору положения подвижной каретки в автоматическом цикле получения гофров таким образом, чтобы, несмотря на изменение внешних условий, выражающихся в изменении температуры и вязкости масла гидросистемы, изменении его чистоты и т.п., сводить конечное рассогласование между заданным и текущим положением подвижной каретки к нулевому значению, обеспечивая получение расстояния между гофрами в заданных требуемых пределах, при этом достигаемый технический результат выражается в значительном увеличении выхода годной продукции и существенном увеличении производительности работы агрегата, когда требуемая добавка к регулятору положения вычисляется непосредственно не оператором, останавливающим агрегат на выполнение соответствующих действий, а автоматически самой системой управления.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство управления агрегата для производства гофростенок трансформаторов, содержащее подвижную каретку с прижимом подвижной каретки, располагающимся на ней, неподвижную бабку с прижимом бабки, располагающимся на ней, ножницы для порезки гофролистов на заданные длины, гофронож и блок управления гидравлики и смазки, причем соответствующие выходы блока управления гидравлики и смазки соединены с соответствующими входами подвижной каретки, прижима подвижной каретки, прижима бабки, ножниц для порезки гофролистов на заданные длины и гофроножа, при этом соответствующие выходы блока управления гидравлики и смазки соединены с соответствующими входами центрального блока управления, а соответствующие входы блока управления гидравлики и смазки соединены с соответствующими выходами центрального блока управления, при этом один из входов центрального блока управления соединен с выходом датчика положения подвижной каретки, вход которого соединен с соответствующим выходом подвижной каретки, при этом другие соответствующие входы центрального блока управления соединены с соответствующими выходами первого задатчика положения подвижной каретки, второго задатчика давления гофроножа и автоматизированной системы управления технологическим процессом, а другие соответствующие выходы центрального блока управления соединены с соответствующими входами первого задатчика положения подвижной каретки, второго задатчика давления гофроножа и автоматизированной системы управления технологическим процессом, выходы которой также соединены с соответствующими входами первого задатчика положения подвижной каретки и второго задатчика давления гофроножа, причем один из выходов центрального блока управления соединен с сервоклапаном управления давлением гофроножа, выход которого соединен с соответствующим входом блока управления гидравлики и смазки, а выход сервоклапана управления положением подвижной каретки соединен с соответствующим входом блока управления гидравлики и смазки, при этом дополнительно устанавливаются вычислительный блок и сумматор, а соответствующий выход центрального блока управления соединен с соответствующими входами вычислительного блока и сумматора, причем другой выход центрального блока управления соединен с другим входом вычислительного блока, а соответствующий выход центрального блока управления соединен с соответствующим входом сумматора, при этом выход вычислительного блока соединен с соответствующим входом сумматора, а выход сумматора соединен со входом сервоклапана управления положением подвижной каретки.
На фиг.1 представлена схема устройства управления агрегата для производства гофростенок трансформаторов, а на фиг.2 приведена характеристика регулятора положения подвижной каретки, решающие указанные выше задачи.
Устройство управления агрегата для производства гофростенок трансформаторов заправляют полосой металла 1. Металл располагается на подвижной каретке 2, которая содержит прижим подвижной каретки 3, располагающийся на ней. Неподвижная бабка 4 также имеет прижим бабки 5, располагающийся на ней. Сформированные гофры разрезаются на части с помощью ножниц для порезки гофролистов 6. Сам гофр формируется с помощью гофроножа 7. Информация о текущем положении подвижной каретки поступает от датчика положения подвижной каретки 8. Все механизмы агрегата управляются с помощью блока управления гидравлики и смазки 9. С центрального блока управления 10 поступают соответствующие сигналы управления на сервоклапан управления положением подвижной каретки 11 и на сервоклапан управления давлением гофроножа 12. Кроме этого центральный блок управления обменивается информацией с первым задатчиком положения подвижной каретки 13, со вторым задатчиком давления гофроножа 14 и с автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП) 15. В данное устройство управления дополнительно вводится вычислительный блок 16 и сумматор 17.
Устройство управления агрегата для производства гофростенок трансформаторов работает следующим образом.
Как видно из фиг.1, перед гофрообразованием полоса металла 1 располагается на подвижной каретке 2, которая снабжена прижимом каретки 3, осуществляющим перемещения в вертикальном направлении и закрепленном на подвижной каретке. Данный прижим осуществляет усиленный прижим металла к подвижной каретке. Очевидно, что когда прижим каретки прижат к металлу, полоса металла перемещается вместе с подвижной кареткой на требуемый шаг при отводе или подводе подвижной каретки 2 в процессе гофрообразования.
Неподвижная бабка 4 также имеет прижим, который имеет возможность перемещения в вертикальном направлении. Данный прижим бабки 4 служит для зажима металла во время гофрообразования.
Сформированные гофры разрезаются на части с помощью ножниц для порезки гофров на заданную длину 6, которые имеют возможность перемещаться в вертикальном направлении.
Непосредственное гофрообразование осуществляется с помощью гофроножа 7, который поднимается в вертикальном направлении синхронно с заданным перемещением подвижной каретки 2 (к неподвижной бабке 4) во время гофрообразования. После окончания гофрообразования гофронож 7 опускается и дает возможность сформированному гофру продвигаться далее вперед по направлению к ножницам для порезки гофров на заданную длину 6.
Измерение положения подвижной каретки осуществляется специальным датчиком положения подвижной каретки 8, который непрерывно следит за положением подвижной каретки 2 и передает соответствующую информацию в центральный блок управления 10. Следует заметить, что условный ноль данного датчика положения подвижной каретки 8 располагается у неподвижной бабки 4, т.е., когда подвижная каретка 2 перемещается в направлении от неподвижной бабки 4 текущее значение датчика положения подвижной каретки 8 увеличивается и, наоборот, когда подвижная каретка 2 перемещается в направлении к неподвижной бабке 4 текущее значение датчика положения подвижной каретки 8 уменьшается.
Все перемещения - каретки, прижимов, гофроножа и ножниц - осуществляются с помощью блока гидравлики и смазки 9, при этом для большей точности отработки перемещения для подвижной каретки 2 соответствующий сигнал управления формируется с помощью сервоклапана управления положением подвижной каретки 11. Аналогично для перемещения гофроножа 7 соответствующий сигнал управления формируется с помощью сервоклапана управления давлением гофроножа 12.
Таким образом (см. фиг.2) на вход сервоклапана управления положением подвижной каретки 11, во время перемещений подвижной каретки 2 в заданные положения, поступает управляющий сигнал, пропорциональный рассогласованию по положению между заданным и текущим значением подвижной каретки 2 (с учетом добавки к регулятору положения, см. ниже), а на вход сервоклапана управления давлением гофроножа 12 поступает сигнал, пропорциональный рассогласованию по давлению.
Соответствующие задания по положению и давлению формируются с помощью соответствующих задатчиков 13 и 14 и АСУ ТП 15 в зависимости от конкретного этапа цикла работы агрегата, а также от сортамента требуемой продукции.
Упрощенная схема последовательности шагов по формированию гофра и отводу-подводу подвижной каретки 2 для формирования последующего гофра представлена ниже.
Цикл гофрообразования начинается с подъема прижима подвижной каретки 3. Далее осуществляется отвод подвижной каретки 2 от неподвижной бабки 4 на величину, пропорциональную двойной высоте гофра. После того как подвижная каретка 2 отведена на данную величину, осуществляется опускание прижима подвижной каретки 3. Далее осуществляется перемещение подвижной каретки 2 к неподвижной бабке 4 и одновременный подъем гофроножа 7. Данные действия, первоначально, выполняются на пониженной скорости и на пониженном давлении. После окончания начального периода осуществляется подвод подвижной каретки 2 и подъем гофроножа 7 в номинальном режиме по определенному закону. В конце гофрообразования подвижная каретка 2 совместно с прижимом подвижной каретки 3 поджимают гофр к неподвижной бабке 4 на повышенном давлении. После того как подвижная каретка 2 и гофронож 7 сформировали требуемый гофр, осуществляется отвод подвижной каретки 2 от неподвижной бабки 4 на 1…3 мм, чтобы можно было высвободить гофронож 7. Далее гофронож 7 опускается в исходное положение, а прижим подвижной каретки 3 поднимается.
Цикл подвода-отвода подвижной каретки 2 для формирования следующего гофра начинается с подъема прижима подвижной каретки 3. Далее осуществляется отвод подвижной каретки 2 на шаг отвода (с учетом тех 1…3 мм, на которые отошла подвижная каретка в конце гофрообразования, чтобы освободить гофронож). Заметим, что точность отработки шага отвода подвижной каретки 2 определяет расстояние между соседними гофрами и должна быть осуществлена максимально точно, т.к. на расстояние между соседними гофрами имеются строгие допуски, отклонение от которых ведет к увеличению выхода бракованной продукции.
После отвода подвижной каретки 2 на шаг отвода, она остается в заданном положении, равном заданному расстоянию между гофрами, позиционируя его, после чего опускается прижим подвижной каретки 3 и осуществляется подъем прижима бабки 5 на заданную высоту. Далее осуществляется подвод неподвижной каретки 2 на требуемый шаг подвода. Заметим, что в конце этой операции последняя сформированная гофра проходит зону гофрообразования, освобождая место для формирования следующей гофры. Далее опускается прижим бабки 5 и осуществляется подъем прижима подвижной каретки 3 на заданную высоту. Далее повторяется новый цикл гофрообразования.
Таким образом видно, что существенным фактором, влияющим на получение качественных гофров, отстоящих друг от друга на постоянный заданный шаг, является точность отработки системой управления заданной позиции по отводу подвижной каретки на требуемый шаг, равный заданному расстоянию между гофрами.
Данная задача решается путем ввода в систему регулятора положения подвижной каретки, реализованного в центральном блоке управления 10 и характеристика которого приведена на фиг 2.
По оси Х данного регулятора откладывается абсолютное значение рассогласования по положению между заданным и текущим положением подвижной каретки 2. По оси Y данного регулятора откладывается пересчитанный сигнал, поступающий на вход соответствующего сервоклапана, управляющего положением подвижной каретки 2. Очевидно, что соответствующие пересчеты и ввод сигнала осуществляются в центральном блоке управления 10, в вычислительном блоке 16 и сумматоре 17, а соответствующие задания на отработку соответствующей позиции формируются в зависимости от режима работы с помощью соответствующих задатчиков 13 и 14 и АСУ ТП 15 в зависимости от конкретного этапа работы агрегата, а также от сортамента получаемой продукции.
Особенностью данного регулятора положения является то, что он представляет собой пропорциональный регулятор положения с заданным для данной системы коэффициентом усиления. Кроме этого, начиная с определенного рассогласования (т.А на фиг.2), он входит в зону насыщения, когда соответствующее увеличение сигнала рассогласования не изменяет сигнал на выходе данного регулятора, тем самым определяя скорость перемещения подвижной каретки 2 в зоне больших рассогласований.
Коэффициент усиления регулятора положения должен быть выбран достаточно точно, т.к. его числовое значение существенным образом влияет на переходные процессы в системе и, следовательно, на точностные характеристики гофрообразования.
Как уже указывалось выше, в момент окончания отработки требуемого рассогласования всегда имеется минимальная погрешность в отработке этого рассогласования.
Применительно к регулятору положения, изображенному на фиг.2, чтобы сервоклапан управления положением подвижной каретки 11 был полностью закрыт и подвижная каретка 2 не перемещалась, на него требуется подать напряжение, условно обозначенное точкой В1. Поэтому при отработке соответствующих рассогласований на входе в регулятор положения будет присутствовать «паразитное» рассогласование между заданным и текущим положением каретки, соответствующим т.В на фиг.2. Очевидно, что увеличивая соответствующий коэффициент усиления регулятора положения в области нуля, можно уменьшить значение этого паразитного сигнала, однако, переходный процесс становится таким, что система превращается в неустойчивую, что недопустимо.
Свести это «паразитное» рассогласование к нулю можно, если на вход соответствующего сервоклапана принудительно подавать сигнал, равный тому значению с регулятора положения (т.В1 по фиг.2), который был на выходе регулятора положения тогда, когда на его входе было «паразитное» рассогласование, соответствующее т.В на фиг.2. Этот дополнительный сигнал назван «добавкой к регулятору положения». Данный сигнал добавки «заменяет» сигнал, получающийся на выходе регулятора положения от «паразитного» сигнала рассогласования по положению, сводя его к нулевому значению.
Таким образом, важной особенностью работы данного устройства управления является то, что в процессе перемещения каретки 2 на требуемый шаг отвода - подвода, на вход второго блока управления 17 от центрального блока управления 10 поступает пересчитанный в соответствии с характеристикой регулятора положения сигнал рассогласования по положению, который далее поступает на вход сервоклапана управления положением подвижной каретки 11. Заметим, что в этом случае от вычислительного блока 16 ко второму блоку управления 17 поступает сигнал, равный нулю.
На определенном этапе цикла работы агрегата тогда, когда подвижная каретка 2, в соответствии с циклом работы, отошла от неподвижной бабки 4 на требуемый шаг, равный заданному расстоянию между гофрами, и позиционирует это положение, ожидая опускание прижима подвижной каретки 3, на вход вычислительного блока 16 от соответствующего выхода центрального блока управления 10 поступает соответствующий сигнал рассогласования по положению между заданным и фактическим положением подвижной каретки 2. Вычислительным блоком 16 вычисляется новое значение добавки к регулятору положения и с выхода вычислительного блока 16 на вход сумматора поступает новый сформированный сигнал добавки к регулятору положения. Таким образом, в этот момент на вход сервоклапана управления положением подвижной каретки 11 поступает алгебраическая сумма сигналов «чисто» от регулятора положения и сформированного сигнала добавки к регулятору положения.
Очевидно, что соответствующие сигналы разрешений, блокировок и осуществлений расчетов выдает центральный блок управления 10 в соответствии с циклом работы агрегата.
Ниже дается объяснение адаптивной настройке величины требуемой добавки к регулятору положения, обеспечивающей заданное расстояние между соседними гофрами.
Точки В и В1 на фиг.2 условно обозначают некоторые начальные сигналы, которые образуются в процессе гофрообразования, когда подвижная каретка 2, например, первоначально, в начале цикла работы, отведена на требуемый шаг, позиционирует задание и в соответствии с циклом работы данного агрегата ожидает команды на окончание опускания прижима подвижной каретки 3 и далее перемещения к неподвижной бабке 4. В этот момент по сигналу от центрального блока управления 10 вычислительный блок 16 определяет и запоминает текущее значение добавки к регулятору положения по формуле
где Добавка к РП - текущее значение добавки к регулятору положения (РП), готовое к вводу в сервоклапан управления подвижной каретки 11;
Шаг добавки i - шаг изменения добавки к регулятору положения на i-ом шаге адаптации.
Очевидно, что знак «+» в формуле (1) берется тогда, когда рассогласование по положению положительное, т.е. тогда, когда подвижная каретка 2 позиционирует на месте, а соответствующий сигнал задания по положению больше соответствующего фактического сигнала положения подвижной каретки 2.
И наоборот, знак «-» в формуле (1) берется тогда, когда рассогласование по положению отрицательное, т.е. тогда, когда подвижная каретка 2 позиционирует на месте, а соответствующий сигнал задания по положению меньше соответствующего фактического сигнала положения подвижной каретки 2.
Очевидно, что сформированный сигнал добавки к регулятору положения, складываясь в сумматоре 17 с сигналом «чисто» от регулятора положения, уменьшает составляющую этого сигнала в выходном сигнале сумматора 17, идущем на вход сервоклапана управления положением подвижной каретки 11, последовательно сводя, в данный момент времени, этот сигнал «чисто» с регулятора положения к нулю.
Следует отметить, что начальное значение Добавки к РП равно 0, а также то, что при большом рассогласовании по положению Шаг добавки i - большой, а при малом рассогласовании по положению - малый. Этим обеспечивается, во-первых, оптимальное быстродействие адаптации, а, во-вторых, минимальное рыскание относительно достигнутого значения добавки к регулятору положения.
Очевидно, что шаг за шагом при последовательном получении гофров, в соответствии с формулой (1), значение Добавки к РП будет расти, пока не достигнет значения, соответствующего значению точки В1. При этом значение соответствующего рассогласования по положению между заданным и фактическим положением подвижной каретки 2 будет уменьшаться до значения, близкого к нулю. Когда это значение будет достигнуто, вычислительный блок 16 прекращает вычисления и на его выходе формируется сигнал соответствующий точке В1.
Если вследствие изменения внешних условий изменится, например, в большую сторону по сравнению с т.В1 (фиг.2) значение требуемой добавки к регулятору положения, при котором подвижная каретка 2 позиционирует на месте и соответствующий сервоклапан «закрыт», то ввиду того что появится положительное рассогласование по положению между заданным и текущим положением подвижной каретки 2, будут возобновлены вычисления по формуле (1), до тех пор пока значение добавки к регулятору положения не возрастет до нового значения, а рассогласование по положению подвижной каретки 2 опять сведется к нулевому значению.
Аналогично, если вследствие изменения внешних условий изменится, например, в меньшую сторону по сравнению с т.В1 (фиг.2) значение требуемой добавки к регулятору положения, при котором подвижная каретка 2 позиционирует на месте и соответствующий сервоклапан «закрыт», то ввиду того что появится отрицательное рассогласование по положению между заданным и текущим положением подвижной каретки 2, будут возобновлены вычисления по формуле (1) до тех пор, пока значение добавки к регулятору положения не уменьшится до нового значения, а рассогласование по положению подвижной каретки 2 опять сведется к нулевому значению.
Таким образом система управления постоянно следит за формирующимся рассогласованием по положению подвижной каретки во время этапа позиционирования на месте и выполняет соответствующие действия по уменьшению указанного рассогласования по положению.
Эта схема повторяется циклически от гофра к гофру, непрерывно следя за тем, чтобы соответствующее рассогласование по положению подвижной каретки 2 стремилось к нулю.
Таким образом решается поставленный технический результат предлагаемого изобретения:
- адаптивная настройка величины добавки к регулятору положения подвижной каретки в автоматическом цикле получения гофров, так, чтобы, несмотря на изменение внешних условий, выражающихся в изменении температуры и вязкости масла гидросистемы, изменении его чистоты и т.п., сводить конечное рассогласование между заданным и текущим положением подвижной каретки к нулевому значению, обеспечивая получения требуемого расстояния между гофрами в заданных пределах;
- вследствие этого значительно увеличивается выход годной продукции и существенно увеличивается производительность работы агрегата в целом, т.к. требуемая добавка к регулятору положения вычисляется непосредственно не оператором, а автоматически самой системой управления.