Для обеспечения высокой точности калибра выпускаемого материала каландр снабжается механизмом «выбора» люфтов между шейками валков и втулками валковых подшипников. Механизмы «выбора» люфтов представляют собой гидроцилиндры, которые соединены между собой тягой с кольцами, одетыми на шейки валков. При помощи усилий, создаваемых гидроцилиндрами, все зазоры, имеющиеся между шейками валков и втулками, между звеньями нажимных винтов механизмов регулирования зазоров выбираются. Механизм «выбора» зазора, кроме того, частично компенсирует прогиб валков за счет того, что изгибающие моменты в валках направлены в сторону, противоположную изгибу, возникающему от действия распорных усилий. Устройство для перекрещивания в комбинации с бомбировкой валков дает более точно компенсировать прогибы валков. В старых типах каландров равнотолщинность обеспечивалась только бомбировкой (бочкообразностью) валков. Однако, вследствие того, что прогибы валков менялись в зависимости от состава резиновой смеси, температурного режима и других факторов, бомбировка не могла быть универсальным средством. Размер бомбировки устанавливается по практическим наблюдениям ( этот метод позволяет получить равнотолщинность по ширине не более 0.05 мм). Для этого валкам каландра придают незначительную бочкообразность. Величина бомбировки валков - разность между диаметрами в середине и на концах валков.

3.3 Методы оценки качества резинокордных материалов

При непрерывном процессе производства листовых и ленточных материалов важно, чтобы продукция выпускалась равномерной по ширине и длине и её толщина находилась на нижнем технологическом допуске. Это приводит к значительному увеличению объема выпускаемой продукции, снижению её себестоимости и к экономии исходных материалов. Выпускаемая продукция имеет широкий диапазон толщин, различную скорость транспортирования лент на агрегатах. В настоящее время ассортимент листовых и ленточных материалов значительно расширяется. Создаются материалы, к которым предъявляются более высокие требования.

Для непрерывного измерения толщины выпускаемого на каландре резинового листа существует множество устройств. Их можно разделить на следующие группы:

1) механические роликового типа с указательными головками;

2) электрические, замеряющие электрическое сопротивление материала;

3) электромагнитные индукционного типа;

4) электрические емкостного типа;

5) пневматические;

6) рентгеновские;

7) весовые устройства непрерывного действия;

8) радиоактивного типа.

Конкретные технические требования к толщиномерам определяются технологическим процессом и видом контролируемого материала.

Существует ряд толщиномеров для измерения поверхностной плотности или толщины материала и покрытий.

Ультразвуковой толщиномер УТ - 82 предназначен для измерения толщины изделий, выполненных из различных металлов, сплавов, стекла, керамики, полимерных и некоторых композиционных материалов. Позволяет измерять скорость распространения ультразвука в режиме калибровки по эталонным образцам. Измерения проводятся контактным УЗ эхоимпульсным методом без сканирования поверхности объекта с цифровым отсчетом результатов измерений. Технические характеристики :

* рабочая частота преобразователя, Мгц 100, 50, 25; * диапазон измеряемых толщин по плоскости, мм 0,8 - 300 (для стали); * дискретность измерения скорости распространения ультразвука, м/с 1; * питание батарея типоразмера РР3; * напряжение питания, В 9; * диапазон рабочих температур, ^о С -10 +50; * основная погрешность измерения: в диапазоне 0,8 - 5 мм 0,05; в диапазоне 5 - 300 мм 0,01 + 0,01х,где х - измеряемая величина; * время непрерывной работы, час 200. Ультразвуковой толщиномер ТАУ-326 предназначен для измерения толщины изделий, выполненных из различных материалов, по времени распространения ультразвуковой волны. Технические характеристики:

* диапазон скоростей звука в контролируемых материалах, м/с .... 3000 - 6400 * диапазон измеряемых толщин , мм 0,8 - 199,9; * дискретность отсчета по шкал, мм 0,1; * рабочая частота пьезопреобразователя, Мгц 2,5-5; допустимая задержка ультразвука в протекторе датчика, мкс 2-4; * время одного цикла измерения, с 0,25; рабочий диапазон температур прибора, ⁰С -30+40, датчика -30+80; * температурная нестабильность измерительной характеристики в рабочем диапазоне температур, мм не более 2%+0,1; * питание ...... встроенная аккумуляторная батарея; * габариты прибора, мм 135 х 72 х 18; * 5 секунд на индикацию каждого результата измерения.

Ультразвуковой микропроцессорный толщинометр "Булат-1 " используется для измерения толщины изделий из металлических и неметаллических материалов (листов, емкостей, труб, трубопроводов, мостовых, корпусных, транспортных и других конструкций, в том числе сильно корродированных, изъеденных, с накипью, гранулированных и т.д.) в процессе их эксплуатации или после изготовления на энергетических, машиностроительных, судостроительных, транспортных или других предприятиях. Отличается отсутствием органов регулировки и настройки, прост и удобен в работе, обладает высокой чувствительностью. Исполнение датчиков (корпуса из металла, многожильный кабель с внутренней металлической оплеткой, контактные поверхности и разделительный слой из синтетических полимерных материалов нового поколения с высокими механическими износостойкими свойствами) обеспечивает их долговечность при эксплуатации в самых тяжелых условиях, в том числе при контроле корродированных поверхностей с большой шероховатостью. Комплектование толщиномера несколькими датчиками обеспечивает широкий диапазон измерения (от 0,3 до 200 мм), возможность контроля изделий с сильно отличающимися геометрическими и физико-механическими свойствами. Толщиномер позволяет контролировать сильно корродированные изделия с шероховатостью Rz до 400 мкм и крупной зернистостью. Диапазон рабочих температур -10…+40 ?С.

Эти датчики для использования на каландровой линии не подходят, так как имеют малый рабочий диапазон температур или осуществляют измерение без сканирования объекта с цифровым отсчетом результата ( для процесса желательно иметь более полную информацию) или их основная погрешность недопустима в случае обрезинивания корда.

Известны роликовые измерители толщины листовых материалов в комплекте с дифференциальным трансформатором, основанные на непосредственном измерении перемещения оси ролика перпендикулярно относительно поверхности полотна корда. При этом возникают погрешности, связанные с колебаниями напряжения в сети электропитания, и из-за наличия люфтов в креплении датчика.

Известен весовой способ контроля качества, основанный на измерении массы единицы площади обрезиненного корда. Применение бета-лучевых весомеров позволяет производить контроль с высокой степенью точности. Фирма «Межурекс» (США), поставившая в Россию оборудование для обрезинивания корда, гарантирует контроль мссы квадратного метра обрезиненного полотна с точностью ±25*10^-3 кг. Простота и оперативность методов оценки качества с использованием бета-лучевых весомеров является их достоинством и причиной широкого распространения. Однако линия обрезинивания корда с автоматической системой управления американской фирмы «Межурекс» технически сложная и дорогая.

Среди других подходов к оценке качества обрезинивания есть метод определения качества обрезиненного корда по монолитности резинокордной системы на газопроницаемость ( по водороду). С ростом монолитности газопроницаемость падает и тем самым позволяет оценивать качество материала по методу, довольно сложным в реализации, который не нашел своего применения.

3.4 Описание датчика для измерения толщины обрезиненного кордного полотна

Для комбинатов и заводов ОАО «Уралцветметразведка» совместно с Институтом горного дела (ИГД, г. Екатеринбург) и НВЦ «Форатех» внедряет аппаратуру АПУР для конвейерных лент, пульпы и других транспортных потоков.

Многоцелевой анализатор программно-управляемый рентгенофлуоресцентный ( далее АПУР ) разработан для оперативного неразрушающего количественного контроля состава разнообразного сырья и продуктов технологического передела его в дискретном и поточном режимах, а также толщины покрытия на металлических изделиях. В качестве сырья могут выступать минеральное и техногенное,а покрытия - как металлы, так и органические и полимерные составы. Контроль толщины покрытия может осуществляться как с одной стороны изделия, так и с обеих сторон одновременно.

Принцип действия “ АПУР ” основан на облучении сырья или материала защитного покрытия изделия рентгеновскими гаммаквантами радионуклида мягкого спектра энергий (не более 60 кэв, что делает анализатор АПУР практически радиационно-безопасным при эксплуатации) и регистрации вторичного флуоресцентного излучения от облучаемой среды (Ik) и рассеянного назад от среды изделия (Ins) излучения радионуклида. Информационно-вычислительная система АПУР на базе компьютера IBM PC определенными способами программным путем обрабатывает сигналы с датчиков контроля и по предварительно установленному градуировочному уравнению рассчитывает текущее значение содержаний анализируемых элементов или толщины покрытия и передает его для дальнейшего использования.

Анализатор “ АПУР ” включает самоорганизующийся датчик контроля толщины покрытия с блоком возбуждения и регистрации и контроллер-анализатор с быстродействующим АЦП, блоками питания, стабилизации и усиления. Программное обеспечение работы АПУР включает в себя программу управления собственно анализатором; программу самоорганизации датчиков; программу расчета содержаний , толщины покрытия, значений плотности (влажности);программу оценки точности измерений и программу связи с компьютерной сетью предприятия. Конфигурация включает в себя драйвер связи анализатора с компьютерной сетью предприятия.

Режим работы анализатора включает как дискретные измерения необходимых параметров в стационарном режиме на образцах, так и непрерывный контроль этих параметров в поточном режиме за наперед заданный интервал времени. Результат измерения параметров выдается в физических единицах. Каждый снаряженный 2(двумя)рабочими радионуклидами датчик анализирует (при подвеске его на расстоянии 5 см от анализируемой среды)площадь 12х12 кв. см. Зондовое устройство датчика позволяет снаряжать его до 6 радионуклидами. При снаряжении датчика 4 радионуклидами высота подвески (без потери точности измерений) может быть увеличена до 10 см, при этом анализируемая площадь изделия составит 18х18 кв.см. Крепление датчика контроля толщины над контролируемым изделием подвижное, в этом случае в поточном режиме работы контролируется вся ширина изделия по определенной траектории (в зависимости от выбранного способа передвижения датчика). Контролируемый параметр при этом абсолютная толщина полимерного покрытия на металлическом изделии.

Обслуживание анализатора АПУР осуществляется одним оператором. Не требуется привлечение его для обслуживания на полный рабочий день. Оператор должен иметь категорию А согласно ОСП-87/96 и хорошие навыки работы на компьютере, т.к. основные способы устранения появившихся неисправностей ( диагностику их осуществляет бортовой компьютер)- программные. Перезарядку радионуклидов с последующей переградуировкой может проводить персонал потребителя после соответствующего тестирования. Отличительной особенностью датчиков контроля является осуществление программным путем каждые два часа принудительной градуировки (по эталонам, помещенным в датчик) и оценки точности контроля, на основании которой ИВК дает команду либо на продолжение контроля, либо останавливает работу датчика с выдачей (на мониторе) причины остановки. Процедура самотестирования занимает не более 10 мин ( в зависимости от количества применяемых эталонов ), при этом датчик остается на закрепленном месте, другие датчики (если используется многодатчиковый АПУР) продолжают работать в рабочем режиме. Ремонт датчика осуществляется путем снятия его с точки контроля без остановки других датчиков. Одного комплекта радионуклидов достаточно для устойчивой работы анализатора в течение 5 лет. В неработающем режиме окно облучения датчика перекрывается защитным экраном, что полностью обеспечивает его радиационную безопасность. Мощность дозы излучения от снаряженного радионуклидами датчика - не более 0,6 ПДД на поверхности датчика; не более 0,05 ПДД на расстоянии 1 метр от датчика. Датчики контроля имеют разрешение органов Госсаннадзора на применение при наличии у потребителя Санитарного паспорта на право работ с источниками ИИ.

Данные самоорганизующиеся датчики устанавливаем для измерения толщины верхней резиновой обкладки кордного полотна и нижней обкладки. Измерение производим непрерывно при прямом и обратном ходе датчиков. Датчики будут перемещаться по прямой линии. Так как полотно при этом тоже перемещается, то происходит сканирование поверхности по площади: по длине и ширине. Информация с датчиков поступает на контроллер для обработки и формирования регулирующих воздействий. Для дополнительного контроля установим третий датчик на выходе обрезиненного кордного полотна с каландра.

3.5 Промышленный компьютер IPC PS1 Professional фирмы FESTO Обоснование выбора IPC PS1 Professional

IPC PS1 Professional - универсальное устройство программно-логического управления, предназначенное для решения задач автоматизации технологического оборудования и технологических процессов практически во всех областях промышленного производства, начиная от машиностроения, лёгкой., пищевой промышленности и заканчивая металлургией, нефтехимией.

IPC PS1 Professional представляет собой промышленный компьютер PC c функциями программируемого логического контроллера PLC, обеспечивающий простое и надёжное управление различными объектами автоматизации.

Конструктивно IPC PS1 Professional выполнен в виде компактного устройства, компонуемого по блочно-модульному принципу на основе шасси для монтажа и модулей. Входящие в его состав модули представляют собой законченные изделия, размещаемые в герметичных алюминиевых корпусах. Широкая номенклатура модулей и блоков обеспечивает возможность гибкого конфигурирования IPC PS1 Professional под решение конкретных задач управления без аппаратной избыточности.

Дополнительные преимущества в применении IPC PS1 Professional базируются на его высокой степени защиты IP40, обусловленной конструктивным исполнением.

За счёт использования сетевых функций - с помощью интерфейсных модулей Ethernet,Аcnet,Fieldbus и др. - IPC PS1 Professional может быть легко интегрирован в локальные вычислительные сети предприятий.

Небольшие габаритные размеры IPC PS1 Professional позволяют осуществлять его установку в традиционные электротехнические шкафы.

Преимущества при проектировании: общая аппаратная база как для решения задач, свойственных системам управления на основе компьютеров PC, так и для решения задач, свойственных системам управления на основе программируемых логических контроллеров PLC; открытая архитектура PC-совместимого устройства управления, обеспечивающая возможность разработки специальных функций управления; модульность конструктивного исполнения.

3.6 Выбор и описание модулей IPC PS1 Professional

Процессор и память. В качестве процессора промышленного компьютера IPC PS1 Professional используются современные высокопроизводительные микропроцессоры фирм AMD/Intel/Epson моделей 80186/F8680/Pentium 80586. В качестве памяти пользователя используются современные программоносители типа Flah-памяти, обеспечивающие долговременное хранение информации без дополнительных аккумуляторов. В качестве операционной системы используется модифицированная 32-разрядная версия MS-DOS, обеспечивающая поддержку многозадачного режима работы или операционные системы Windows, WindowsNT и др.

IPC PS1 Professional предоставляет широкий выбор вариантов подготовки прикладных управляющих программ:

программирование на языках высокого уровня C/C++/Pascal/Basic и т.д.

программирование на технологических языках STL/AWL (мнемокод) и LDR/KOP (релейно-контактные символы) в среде Festo FST

программирование на технологических языках в соответствии со стандартом IEC 61131-3 в средах: ISaGRAF, Multiprog wt.

Подготовка прикладных управляющих программ производится на любом IBM-совместимом компьютере РС, на котором установлен необходимый пакет программного обеспечения для подготовки программ на технологических языках или один из стандартных компиляторов высокого уровня. Подготовленная на РС управляющая программа в дальнейшем загружается в память процессора промышленного компьютера IPC PS1 Professional.Выбираем 1 процессорный модуль:

Наименование изделия	PS1 HC20-40
Информация для заказа(модель, номер)	PS1 HC20-40-DOS 190 964 PS1 HC20-40-FST 193 120
Процессор	80486/33 MHz
Тип и объём оперативной памяти	4 MByte-32bite RAM
Тип и объём энергонезависимой памяти	1 MByte Flah 512 KByte ZPRAM
Графический контроллер	SVGA
Разрешение графического контроллера	800*600*256
Возможность программирования	DOS/FST
Потребляемый ток	600mA
Последовательный интерфейс	2 послед. aсинхр. TTL интерфейса(max скорость 115 kbod, разъёмы 6-pol.RG12)

Модули в/в дискретных сигналов предназначены для приема, обработки и преобразования дискретных электрических сигналов высокого уровня, поступающих со стороны объекта автоматизации (c датчика положения нижней плиты пресса, с датчика положения устройства АКВ), в сигналы внутренней логики контроллера и для формирования дискретных электрических сигналов, используемых для управления электрическими исполнительными механизмами. Выбираем 2 модуля дискретного в/в:

Модель изделия	PS1 OM20
Информация для заказа	160 720
Количество дискретных входов	8
Входное напряжение	10…36 VDC
Подключаемые датчики	PNP - типа
Частота входного сигнала	1000 Hz
Количество дискретных выходов	8
Выходное напряжение	10…36 VDC
Номинальный выходной ток	400 mA
Частота коммутации	100 Hz
Потребляемый ток	150 mA
Разъемы для подключения	2*10 - pol. под штекер 4

Модули ввода аналоговых сигналов предназначены для приема, обработки и преобразования аналоговых электрических сигналов высокого уровня, (с датчиков температуры плит пресса, МСК, охладительных барабанов, с датчиков температуры валков), поступающих со стороны объектов автоматизации, в сигналы внутренней логики IPC PS1 Professional. Выбираем 2 модуля аналогового ввода:

Модель изделия	PS1 1012
Информация для заказа	160 775
Количество аналоговых входов	8
Модель преобразователя	National LM 12485
Разрешающая способность	12 bit
Время преобразования	25 s
Тип входного сигнала	0-10V
Интегральная линеаризация	2 LSB
Потребляемый ток	110 mA

Модули вывода аналоговых сигналов предназначены для преобразования цифровых сигналов внутренней логики контроллера в выходные аналоговые электрические сигналы высокого уровня, используемые для управления пневматическими исполнительными механизмами, регулирующими подачу пара в калорифер, подачу горячей и холодной воды для обогрева или охлаждения валков каландра в зависимости от режима работы, подачу водопроводной воды в охладительную установку . Выбираем 2 модуля аналогового вывода:

Модель изделия	PS1 1064
Информация для заказа	183 728
Количество аналоговых выходов	4
Модель преобразователя	BURR-BROUN DAC 2815
Разрешающая способность	12 bit
Время преобразования	20 s
Тип выходного сигнала	10V/20 mA
Интегральная линеаризация	1 LSB
Потребляемый ток	350 mA

Напряжение питания. В системе используется блок питания 24В постоянного тока:

Модель изделия	PS1 PS10
Номер для заказа	160 701
Напряжение питания	10…36 VDC
Выходное напряжение	5 VDC/4.0 А
Монтаж	в РS1 ВРХХ
Индикация состояния	нагрузка; перегрузка
Специальные функции	Часы I2C

Модуль интерфейса Ethernet предназначен для:

создания распределенных систем управления на основе промышленного компьютера IPC PS1 Professional;

интеграции промышленного компьютера в существующие АСУ ТП предприятия.

Использование стандартных протоколов обмена TCP/IP обеспечивает возможность объединения промышленного компьютера IPC PS1 Professional и компьютеров других производителей в единую информационно-управляющую систему.

Модель изделия	PS1 СР10
Номер для заказа	160 733
Стандарт интерфейса	Ethernet, 10Base2
Скорость обмена	10 Mbit/c
Максимальная длина линии	300м
Протокол, топология сети	CSMA/CD, шина
Модель контроллера	UM9007
Потребляемый ток	220мА

Шасси. В качестве основных элементов для монтажа IPC PS1 Professional используются специальные шасси. Модули IPC PS1 Professional устанавливаются в установочные места и фиксируются с помощью крепёжных винтов, расположенных на лицевых панелях модулей. Обмен информацией между модулями осуществляется по стандартной 8-разрядной PC-ISA шине или дополнительно по шине данных типа 1²С. Выбираем шасси на 10 установочных мест:

Модель изделия	PS1 ВР31
Номер для заказа	160 699
Количество установочных мест	10
Тип интерфейса шины	PC-ISA 8 bit+дополнительая шина I2C
Напряжение питания	Через модуль РS1 PS10
Потребляемая мощность	12,5W/75%
Специальные функции	Интегрированный источник питания
Габаритные размеры, mm	209*104*32

Буквенно-цифровой терминал EXOR серии UniOP - cредство для организации и поддержания «человеко-машинных интерфейсов», предоставляющее обслуживающему персоналу возможности оперативного наблюдения за ходом управляемого процесса и внесения при необходимости, требуемых изменений. Подключение технологического терминала к промышленному компьютеру Festo осуществляется через последовательные интерфейсы связи при помощи кабеля RS232. Программирование технологических терминалов EXOR серии UniOP осуществляется с помощью специального пакета программного обеспечения типа DESIGNER (Windows9X, WindowsNT)

Модель изделия	MD00G04
Номер для заказа	99 270 080
Графическое разрешение	120*32 LCD 4*20 символов
Размер экрана/точки (mm)	70.0*21.0
Интерфейс подключения	1*RS232 1*AUX
Напряжение питания	18-30VDC

3.7 Обработка сигналов со сканирующего датчика

Необходимо при формировании регулирующего воздействия учитывать не мгновенное изменение толщины полотна в какой-нибудь точке, а общую тенденцию изменения толщины по всей ширине за определенный промежуток времени (например, время, за которое датчик проходит всю ширину полотна). Сигнал от датчика должен быть приблизительно таким, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13-Разброс сигнала по ширине

Разброс сигнала обеспечивается неоднородностью резиновой смеси. Необходимо выделить полезную составляющую на основании которой будут формироваться два регулирующих воздействия. Таким образом, нужно провести аппроксимацию прямой линии, т.к.

- толщина должна быть равномерной по ширине, т.е. в идеале профиль толщины по ширине должен поддерживаться в виде горизонтальной прямой;

- с помощью бомбировки и перекрещивания валков можно добиться устранения искажения профиля каландруемого материала вследствии деформации валков каландра от распорных усилий, т.е. равномерности толщины материала по ширине;

- имеются два управляющих органа, а прямая линия определяется двумя точками, следовательно, достаточно степеней свободы, чтобы добиться горизонтального расположения этой прямой.

Уравнение аппроксимирующей прямой:

[1]

- толщина материала

- текущая координата но ширине

Аппроксимацию проводим так, чтобы прямая [1] являлась бы усреднением - сигнала с датчика. Мера близости - сумма квадратов отклонений расчетных значений по аппроксимирующему уравнению от экспериментальных данных (для непрерывной функции - интеграл суммы):



Условия минимума будут:

Получим:

[2]

[3]

Из уравнения [2] получим:

Разобьем интеграл на сумму интегралов:

;

;

; [4]

Аналогично из уравнения [3] получим:

; [5]

Решаем систему относительно a и b: умножим [5] на и вычтем полученное выражение из [4], получим:

;

.

Обозначим , тогда

[6]

Подставим [6] в [5], получим:

;

.

Обозначим , тогда

[7]

Получили уравнение аппроксимирующей прямой, которое показывает усредненную связь между и :

[8]

В системе регулирования имеем два регулирующих органа. Обозначим контрольные точки, по которым будем формировать регулирующие воздействия и (рисунке 14).

Рисунок 14-Выбор расчетных точек

x₁=g₁L, x₂=g₂L, g-доля L

Вычислим значения h₁ и h₂ по уравнению [8]:

[9]

[10]

3.8 Определение условий независимости контуров автоматической системы связанного регулирования

В ходе работы контроллер формирует два регулирующих воздействия на два регулирующих органа, то есть имеет место объект с двумя выходными величинами, в котором наряду с основным каналом распространения регулирующего воздействия существуют и перекрестные связи. Рассмотрим систему, где работает лишь один двигатель и, следовательно, перемещается лишь один конец вала, при этом изменяется зазор по всей ширине корда и обе выходные величины объекта. Таким образом, получаем автоматическую систему связанного регулирования (наряду с основными каналами распространения регулирующих воздействий существуют и перекрестные). В данной системе имеется взаимное влияние контуров друг на друга через перекрестные связи объекта, то есть помимо внешних возмущений действует еще одно дополнительное возмущение, роль которого играет «чужое» регулирующее воздействие. В системе кроме двух малых стабилизирующих контуров появляется еще один большой контур, в который входят перекрестные каналы объекта и оба замкнутых малых стабилизирующих контура.

При этом устойчивость системы связанного регулирования ухудшается по сравнению с устойчивостью систем регулирования отдельных её контуров. Величина снижения запаса устойчивости зависит от соотношения характеристик объекта по основным и перекрестным каналам. Количественной характеристикой соотношения является степень взаимосвязанности:

Определим степень взаимосвязанности данного объекта. Рассмотрим систему в случае, когда работает один двигатель, и перемещается один конец валка, второй конец неподвижен. При этом изменяется зазор по всей ширине корда и обе выходные величины и .(рисунок16)

Канал - прямой, - перекрестный. Очевидно, что перекрестные связи тем слабее, чем дальше расположены датчики друг от друга и ближе к краю полотна. Контрольные точки располагаем на расстояние Х=200 мм от края полотна ( минимальное расстояние, на котором не сказываются случайные помехи по кромке материала). Вид передаточных функций по основным и перекрестным каналам совпадает, они отличаются только коэффициентами усиления. Следовательно, . Коэффициенты усиления определяем из условия подобия треугольников ОА₂В₂,ОА₁В₁, ОА₃В_3.

При выполнении условий перекрестные связи в объекте считаются настолько слабыми, что качество оптимальных переходных процессов в системе несвязанного регулирования не хуже, чем в изолированных малых контурах. Следовательно, расчет настроек каждого регулятора можно осуществить независимо друг от друга методами, разработанными для одноконтурных систем.

Рисунок15- Структурная схема несвязанного регулирования

Рисунок16-Изменение зазора

3.9 Вывод математической модели по каналу управления

где Wро(Р) - передаточная функция регулирующего органа

Wдв(Р) - передаточная функция двигателя

Wв (Р) - передаточная функция валка

Wр (Р) - передаточная функция редуктора

Wд(Р) - передаточная функция датчика

Wоб(Р)= Wдв(Р)* Wр (Р) * Wв (Р)* Wд(Р)

Характеристики двигателя постоянного тока для регулирования зазора.

Номинальное напряжение	U ном	220 Вольт
Скорость вращения	n ном	1500 Об/мин
Номинальная мощность	N ном	2.2 кВт
Ток якоря номинальный	Jя ном	12.2 А
КПД двигателя		81.5 %
Число пар полюсов	р	1
Сопротивление якорной цепи	Rя	1.35 Ом
Маховой момент двигателя	CD2	0.105 кг*м2

Передаточная функция двигателя постоянного тока имеет вид :

.

Выходной величиной при этом будет не скорость выходного вала, а угол его поворота.

Т_эм- электромеханическая постоянная времени

,

где - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления якоря цепи в результате нагрева, =1.2

где J- момент инерции на валу двигателя

J = J_d + J_НПр

гдеJ_d - момент инерции на валу двигателя

,

где- коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора, =1.3

где J_НПр - момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя.

,

,

где D - диаметр валка каландра, D=0.71м.

m - масса валка с теплоносителем ( масса пустого валка -3960 кг, масса теплоносителя-133 кг).

Для червячного двухступенчатого редуктора и нажимного винта, имеющего шаг 10 мм, коэффициент уточнения равен:

W(Р)=k*p=0.0032;

;

J=0.165+0.034=0.199.

где - конструктивные постоянные двигателя.

,

,

,

,

где к_д - коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию.



Передаточная функция двигателя при входном сигнале напряжения питания и входном угле поворота имеет вид:

Передаточная функция редуктора имеет вид: W_p = k _p= 0.0032

Передаточная функция валка учитывает явление разбухание резиновой смеси, которое можно промоделировать усилительным звеном :

.

Коэффициент усиления принимаем равным 1.1 на основе экспериментальных данных, полученных на кафедре Полимерного машиностроения.

Передаточная функция эквивалентного объекта по каналу управления имеет вид:

,

,

3.10 Исследования возникновения автоколебаний в нелинейной системе

Система регулирования калибра является нелинейной и имеет вид:

Рисунок17-Структурная схема

Нелинейность релейная с зоной нечувствительности:

Используем частотные критерии устойчивости для исследования на автоколебания в нелинейной системе.

,

,

Обратная АФЧХ нелинейного элемента:

Для данного вида нелинейности:

где а=0.05мм (допуск по толщине)

В=220В (напряжение, подводимое к двигателю)

Необходимо найти точку пересечения между и В этой точке будут возникать автоколебания. Из графика видно, что линии не пересекаются. Автоколебания возникнуть не могут.

Рисунок 19-АФЧХ линейной части системы

3.11 Управление профилем обрезиненного корда

Целевым продуктом процесса каландрования является обрезиненный корд. Он должен удовлетворять следующим требованиям:

- толщина должна быть равномерной по ширине, то есть в идеале профиль толщины по ширине должен поддерживаться в виде горизонтальной прямой;

- толщина верхней и нижней резиновых обкладок должна быть одинаковой;

- толщина обрезиненного корда по ширине и длине полотна не должна выходить за пределы допуска;

- за счет правильной настройки процесса должна быть достигнута заданная «прессовка», то есть, обеспечено необходимое резиносодержание обрезиненного корда.

В ходе процесса каландрования возможны следующие ситуации:

- толщина обрезиненного корда с одной стороны больше толщины обрезиненного корда с другой стороны за счет непараллельности осей валков;

- толщина обрезиненного корда в середине полотна больше или меньше толщины обрезиненного корда по краям полотна за счет:

1. деформации валков от распорных усилий при недостаточной бомбировке валков;

2. излишнего перекрещивания осей валков.

На четырехвалковом каландре обкладка корда резиной идет с двух сторон одновременно. Управляющих валка два (верхний выносной и нижний выносной). От их положения зависит форма и толщина обкладки резины. Каждый из этих валков управляются двумя двигателями, которые перемещают каждый свой конец валка в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящий через оси прессующих валков.

Устанавливаем датчики непрерывного измерения толщины верхней и нижней обкладки корда.

Датчик перемещается за края полотна. Во время движения идет измерение. Как только датчик выходит правее или левее полотна происходит обработка измерений. Сигнал с датчика поступает на аналоговый вход контроллера. С помощью специальной программы вычисляются значения контрольных точек h1(х) и h2(х), сравниваются с заданием и в зависимости от результата вырабатывается необходимое регулирующее воздействие. Если в контрольной точке толщина обкладки превышает допустимое значение, то формируется сигнал на уменьшение зазора валков каландра. Если - меньше допустимого значения, то формируется сигнал на увеличение зазора.

Программа регулирования зазора валков каландра выполнена на языке FBD (пакет программного обеспечения, поставляемый Festo, Multiprog wt поддерживает несколько языков программирования, в том числе и FBD) и представлена на рисунке 20.

Сигнал о положении датчика поступает на блок сравнения. Затем сигнал инвертируется. Если датчик перемещается, происходит обработка измерений: вычисление интегральных значений, расчет толщины в контрольных точках и сравнение с допустимыми значениями. Это реализовано при помощи стандартных блоков: INTG, SUM, DIV, MUL, AND. Когда датчик занимает крайнее положение, вычисления прекращаются. В зависимости от полученного результата формируется сигнал на уменьшение или увеличение зазора валков каландра.



Рисунок 20 - Программа регулирования зазора валков каландра

4. Описание разработанных схем

4.1 Функциональная схема автоматизации

В верхней части схемы изображено технологическое оборудование, состоящее из стыковочного пресса, компенсаторов стыковки и закатки, малой сушильной камеры, охладительного устройства и Z-образного четырехвалкового каландра. Здесь же изображены датчики и исполнительные механизмы.

В нижней части листа показана схема управления процессом, построенная на базе промышленного компьютера IPC PS1 Professional.

Схема работает следующим образом: сигналы с датчиков температуры с преобразователем (1а и 2а), установленных на плитах пресса, поступают на модули ввода аналоговых сигналов промышленного компьютера IPC PS1 Professional. Регулирование температуры плит пресса производится включением и выключением нагревательных элементов, которые вмонтированы в плиты пресса, получающих сигнал с промышленного компьютера. Предусмотрена индикация температуры плит пресса на мониторе, установленном на щите.

Для стыковки концов корда необходимо поднять нижнюю плиту пресса. Для чего необходимо одновременно нажать 4 кнопки «Поднятие плиты» (3а). Сигнал с кнопок поступает на вход контроллера. Контроллер выдает сигнал на магнитный пускатель (3б), который подает питание на электромагнит золотникового распределителя гидропривода (3в) и выпускает масло в гидравлический цилиндр (3г). Нижняя плита начинает подниматься, и, когда она дойдёт до верхней плиты, срабатывает концевой выключатель (3д). С него сигнал поступает на вход контроллера и запускает таймер, который управляет выходом контроллера. Выходной сигнал с контроллера поступает на магнитный пускатель (3б), управляющий механизмом гидропривода, и в то же время загорается HL1 «Плита поднята». После отработки заданного интервала времени таймер сбрасывается, выходной сигнал снимается, лампочка гаснет и прекращается подача масла в гидроцилиндр, который соединён со сливным баком, нижняя плита под собственным весом начинает опускаться.

Давление масла в гидроагрегате контролируется показывающим манометром (4а), расположенном по месту.

Центрирование кордного полотна относительно оси линии и равномерного ширения его кромок осуществляется с помощью ширительно-центрирующих устройств, включающих в себя датчик положения корда (7а, 8а, 9а), электронный блок (7б, 8б, 9б), редуктор давления с фильтром и манометром (7в, 8в, 9в, 7г, 8г, 9г) и поршневой исполнительный механизм (7д, 8д, 9д).

Контроль и регулирование температуры воздуха в малой сушильной камере осуществляется следующим образом: сигнал с датчиков для измерения температуры (10а) поступает на модуль аналогового ввода, осуществляется индикация, регистрация и регулирование. Управляющий сигнал с модулей аналогового вывода поступает через электро-пневматический преобразователь (10б) на исполнительный механизм (10в), который изменяет расход пара, поступающего в калорифер. Регулирование температуры охладительного устройства производится аналогичным образом.

Регулирование и контроль температуры валков каландра осуществляется по косвенному показателю: температуре воды на выходе валка. С датчиков температуры сигнал (12а, 15а, 13а, 16а) поступает на вход контроллера. Исполнительным механизмом является трехходовой смесительный клапан, меняющий соотношение потоков горячей и холодной воды(12в, 15в, 13в, 16в).

Пуск линии осуществляется при помощи кнопки (33а), сигнал с которой поступает на дискретный вход контроллера. Контроллер выдает сигнал на магнитные пускатели (33б…33ж), которые подают питание на приводов двигатели. Для останова линии предусмотрена кнопка «Останов» (34а).

Регулирование толщины осуществляется следующим образом: сигнал с датчиков толщины (22а, 23а) поступает на аналоговые модули ввода. При необходимости с дискретного модуля вывода идет управляющий сигнал на магнитные пускатели (22б, 22в, 23б, 23в) и происходит включение двигателей для изменения зазора валков каландра.

Для контрольного измерения толщины установлен датчик (24а) на выходе обрезиненного корда с каландра.

4.2 Схема подключения к контроллеру

На схеме показано подключение средств и приборов автоматизации к контроллеру.

Модуль ввода дискретных сигналов DI0 предназначен для приема, обработки и преобразования дискретных электрических сигналов, поступающих со стороны объекта автоматизации, в сигналы внутренней логики. Входными сигналами являются сигналы с кнопок «Поднятие плиты», аварийных выключателей, кнопок «пуск» и «останов». Подключение внешних электрических цепей к модулю осуществляется через разъемы помощью штекеров. Входные каналы объединены в группы с общими точками по напряжению питания.

Модуль дискретного вывода DO1 формирует дискретные (двоичные) сигналы, используемые для управления электрическими исполнительными механизмами. Данные сигналы поступают на реле и магнитные пускатели. Например, сигнал с выхода DO5 включает приводы тянульной пары малой сушильной камеры. Выходные каналы объединены в группы с общими точками по напряжению питания.

Модули ввода аналоговых сигналов AI0 и AI1 предназначены для приема, обработки и преобразования аналоговых электрических сигналов, поступающих со стороны датчиков температуры плит пресса, датчиков температуры МСК, датчиков температуры валков каландра, датчиков толщины обкладок обрезиненного корда, в сигналы внутренней логики. Каждый контур имеет собственный блок питания.

Модули вывода аналоговых сигналов AO0 и AO1предназначены для преобразования сигналов внутренней логики в выходные аналоговые электрические сигналы, используемые для управления пневматическими исполнительными механизмами для регулирования расхода пара ( воды).

Подключение технологического терминала EXOR к промышленному компьютеру осуществляется через последовательные интерфейсы связи с помощью специального кабеля.

4.3 Щит управления

Щиты управления установлены в производственном помещении. Так как помещения характеризуются пожароопасностью и внутри щитов расположена аппаратура, находящаяся под опасным для жизни и здоровья обслуживающего персонала напряжением, для защиты от возможного соприкосновения с открытыми токоведущими частями, выбраны щиты шкафные с задней дверью ШЩ-ЗД 2200х1000х800.

На фасадной стороне щита размещаются показывающие регистрирующие приборы, осветительная аппаратура управления, переключатели к приборам и аппаратура управления. При размещении приборов руководствовались следующими принципами:

а) Размещение должно быть удобным, эффективным и безопасным, должно обеспечивать возможность замены.

б) Приборы располагаются в последовательности, определенной технологическим процессом.

в) Щиты для контроля и управления двумя аналогичными установками имеют одинаковую компоновку аппаратуры.

г) Наиболее часто используемые приборы и органы управления размещаются в наиболее удобных зонах щитов.

В щите должен быть настил из стального листа толщиной не менее 4 мм. На настил должен быть уложен резиновый коврик.

Щиты заземляются в обязательном порядке. Заземляются все приборы, имеющие вывод “ земля ”. В качестве заземляющего провода используется медный изолированный провод сечением 1,5 мм. Заземление приборов осуществляется на щит.

Проводка выполняется медными проводами с поливинилхлоридной изоляцией марки ПВ сечением 1,5 мм². Разделку и оконцевание проводов следует проводить внутри щитов. В щитах проводка открытая. Подсоединение аппаратуры к внешним цепям осуществляется с помощью блока зажима Б3-10 и рейки зажимов Р3-8.

Цепи от термопар заводятся в щит сверху. Подвод коллектора питания сжатым воздухом осуществлен к правой внутренней боковой стенке щита. Там же находится аппаратура пневмопроводок.

Ввод электрических и трубных проводок производится через сверление в щите.Внутри щита предусмотрено освещение лампой HL1 с кнопкой SB7 и предохранителем ПР-2.

Все монтажные изделия и материалы приведены в спецификации к монтажной схеме щита.

5. Охрана труда

Вопросам охраны труда и техники безопасности уделяется большое внимание. Организация труда и безопасность процессов производств регламентируются инструкциями, соблюдение которых строго обязательно.

Безотходная технология - наиболее активная форма защиты окружающей среды. В этот комплекс мероприятий входят:

создание и внедрение новых процессов получения продукции с образованием наименьшего количества отходов;

разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе способов очистки сточных вод;

разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

создание территориально-промышленных комплексов, имеющих замкнутую структуру материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

Основными средствами обеспечение безопасности производственных процессов является автоматизация производства.

Автоматизация является основой для повышения производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Одновременно автоматизация обеспечивает безопасность механических процессов, создает наилучшие условия труда и повышает общую культуру производства.

5.1 Общая характеристика производства и основные мероприятия по охране труда, промсанитарии и противопожарной безопасности

Каландровый цех ЯШЗ специализируется на выпуске обрезиненного корда, который является одним из основных компонентов покрышки.Цех делится на участки: подготовительный, пропитки, сушки, термообработки, обрезинивания корда. Каландровый цех относится в соответствии с НПБ 105-95 к категории В, то есть связан с обработкой и применением жидкости с температурой вспышки паров выше 120 С (применение латекса). А также твердых горючих веществ и материалов(резина и прокладочная ткань). Опасность работ по линии заключается в том, что при сушке пропитанного корда при температуре до190С избыток пропиточного состава оседает на воздуховодах, барабанах, туннелях, высыхает и превращается в пыль. При высоких температурах и трении полотна корда о металл пыль может самовоспламеняться, особенно при нарушении теплового режима в камере. На линии применяются пожароопасные и вредные вещества:

1. природный газ - вредный, взрывоопасный продукт содержит 75-98% СН4;

2. корд капроновый - горючий материал, загорается от пламени спички, температура вспышки-235 С, а температура воспламенения-460С, температура тления-240С;

3. резиновая смесь-горючий продукт, легко воспламеняется, горит интенсивно с выделением густого черного дыма, некоторые виды склонны к самовозгоранию.

Средства пожаротушения, применяемые в цехе:

1. пожарные краны

2. огнетушители ОХП-10, ОУ-2, ОУ-5

3. установки водяного пожаротушения

4. установки парового тушения

5. установки газового тушения

6. асбестовые одеяла, песок, каолин.

Для сообщения о пожаре применяется телефонная связь, а также автоматическая пожарная сигнализация.

Для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических, метеорологических условий в цехе имеется приточно-вытяжная вентиляция.

Класс производственного помещения в соответствии ПУЭ-П-2а, то есть производственные и складские помещения, в которых обрабатываются или хранятся твердые горючие волоконные вещества. Помещения, где находится участок обрезинивания корда относится к опасным. Степень опасности 2, так как полы помещения железобетонные, то есть токопроводящие.

Таблица1-Взрыво- и пожароопасные свойства материалов.

Наименование вещества	Агрегатное состояние	Температура кипения, °С	Плотность, г/м?	Температура, °С	Пределы воспламенения
				Вспышки	Воспламенения	Самовоспламенения	Концентрационные	Температурные С
Корд капроновый	Тв.	--	1140	235	460	500	--	460-480

5.2 Защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током

Опасность поражения электрическим током определяется условиями среды производственных помещений. Помещения, где расположена каландровая линия относится к помещениям с небольшой влажностью и повышенной температурой (Токр.ср.=25С). Полы из токопроводящего материала - железобетона. По опасности поражения электрическим током каландровый цех относится к помещениям с повышенной опасностью. Для защиты от поражения электрическим током все оборудование заземляется (Rз до 4 Ом), также применяются ограждения и блокирующие устройства автоматики, устраняющие опасность поражения.

5.3 Защита оборудования и обслуживающего персонала от статического электричества

В процессе обрезинивания корда на каландровой линии вследствие сильного трения корда и резины о вращающиеся поверхности возникают разряды статического электричества. Величина разряда достигает десятков киловольт. Для защиты оборудования от статического электричества необходимо предусмотреть заземление (Rз ? 100 Ом). Для защиты обслуживающего персонала необходимо предусмотреть:

- устройства антистатических полов, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машинных аппаратов

- обеспечение работающих антистатической обувью

- запрещение ношение одежды из синтетических материалов(нейлон и др.).

Для снятия зарядов применяются низкочастотные нейтрализаторы коронного разряда ИН-5. Принцип действия нейтрализатора основан на интенсивной ионизации воздуха вблизи поверхности наэлектризованного кордного полотна, благодаря чему создается высокая электропроводность воздуха, которая обеспечивает эффективный отвод разрядов статического электричества.

5.4 Молниезащита

Цех, где расположен участок обрезинки корда по молниезащите относится к 3 категории. К ней относятся здания и сооружения, расположенные в местах ниже 65-ой параллели со средней грузовой деятельностью 20 и более грузовых часов в год при ожидаемом количестве поражений молнией не менее 0.5 (СН305-77). Общее сопротивление заземляющего устройства ?20 Ом.

5.5 Мероприятия по созданию нормальных метеорологических условий труда

На участке обрезинки тепло-влаговыделение находится в пределах нормы. Источником тепловыделение является Z-образный каландр, сушильная камера, а также обрезиненный корд перед поступлением на охладительные барабаны. Для уменьшения вредного воздействия на органы человека имеются вентиляционные установки. Применяют одновременно вытяжную и приточную вентиляцию. Кроме того, устанавливают тамбуры, воздушные завесы. Оборудование установлено с учетом воздействия вредных факторов на организм человека. Кратность воздухообмена не менее 10 ч^-1.

Таблица2- Метеорологические условия труда

Наименование участка	Категория тяжести работы	Оптимальные параметры воздушной среды
		Холодный и переходный период года	Теплый период года
		Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость воздуха, м/с	Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость воздуха, м/с
Термообработка корда	Средней тяжести IIа	18…20	40…60	? 0.2	21…23	40…60	? 0.3

Таблица3-Шумовые характеристики технологического оборудования

Наименование оборудования	Уровни звукового давления в децибелах на средних геометрических частотах октавных полос	Уровень звука, дБа
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Z-образный каландр 4-710-1800	100	103	101	99	99	95	92	85	90

Уровень звукового давления технологического оборудования превышает допустимый по ГОСТ 12.1.003-83. Для защиты от шума применяются механизмы и агрегаты на резиновых прокладках.

Таблица4-Среднеквадратичное значение виброскорости м/с, 10^-2 не более

Вид вибрации	Логарифмические уровни вибростойкости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
	Z	1	2	4	8	16	31.5	63	125	250	500
Технологический на постоянных рабочих местах	Z1	0.5	1.1	0.3	0.19	0.11	0.13	0.16	-	-	-
	XиY	99	84	79	78	76	78	72	-	-	-

Среднеквадратичное значение виброскорости и их логарифмические уровни не превышают допустимые значения по ГОСТ 12.1.012-90.

Таблица5-Категорийность и классификация участков по ПУЭ.

Наименование корпуса, участка	Краткое описание технологического процесса. Вещества, применяемые или получаемые на производстве	Класс по ПУЭ	НПБ-105-95
Корпус П	Участок приготовления резиновых смесей в резиносмесителях, подача резиновой ленты на каландр; Участок обрезинки; Участок приготовления пропиточных составов; Участок пропитки, сушки и термообработки корда.	П-IIа	В
Корпус Б	Участок выпуска листовых резин; Участок ремонта и перекатки прокладки; Участок сортировки отходов корда.	П-IIа	В

5.6 Естественное и искусственное освещение рабочих мест, величина освещенности

В цехе используется комбинированное освещение - совместное применение общего и местного освещения. Величина освещенности составляет 200 лк, что соответствует СНиП 2.3-05-95. Светильники в нормальном исполнении. В случае аварии применяют аварийное освещение. Оно должно дать на полу, по линии проходов и на ступеньках лестниц не менее 0,5лк и на открытых пространствах в местах основных проходов 0,3лк. Аварийное освещение необходимо у щитов и КИП. Освещенность на рабочих поверхностях должна быть не менее 10% от нормы, установленной для аварийного освещения. Аварийные светильники подсоединяют к независимому источнику питания. Разряд зрительных работ относится к пятой степени точности. В операторных наряду с естественным освещением должно быть и искусственное. Освещение не должно быть утомительным для зрения. Коэффициент естественной освещенности при боковом освещении - 1.5%.

Таблица6-Характеристики освещенности

Наименование цеха	Разряд зрительных работ	Освещенность при системе, лк
		Комбинированного освещения	Одного общего освещения
Каландровый цех	IVб	500	200

5.7 Инженерно-техническое решение по созданию безопасных условий труда

1. Для обеспечения безопасности работы на каландровой линии имеются устройства блокировки, сигнализация и остановки линии. Блокировка состоит из тросиков, натянутых между двумя стойками, один конец тросика закреплен неподвижно, другой соединен с коечным выключателем. При попадании человека в опасную зону происходит замыкание контактов конечного выключателя, что вызывает отключение питания линии.

2. Вход в сушильную камеру во время работы воспрещен. Для исключения случайного открывания дверей они сблокированы с электродвигателем включения линии.