SU1274821A1 - Цифровой регул тор перемещени длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины - Google Patents

Abstract

Цифровой регул тор перемещени  материала относитс  к средствам автоматизации листоштамповочного и отрезного оборудовани  в машиностроении. Изобретение позвол ет повысить производительность оборудовани  за счет автоматической регулировки темпа замедлени  привода подачи материала в конце каждого цикла работы по состо нию тепловых потерь в двигателе привода в предыдущем цикле работы. Такой режим работы обеспечиваетс  цифровым регул тором, содержащим задатчик величины подачи материала, командный блок, привод подачи с датчиком тока, датчик величины подачи материала, два источника напр жени  и блок сравнени , обеспечивающие контроль эффективного значени  тока двигател , интегратор, усилитель с управл емой величиной коэффициента обратной св зи, нуль-орган, основной и дополнительный реверсивные счетчики и логические элементы дл  св зи этих узлов регул тора. Изменение темпа замедлени  от цикла к циклу обусловливаетс  изменением коэффициента отрицательной обратной св зи усилител  через управл емые дополнитель (Л ным реверсивным счетчиком ключи по результатам оценки интегратором и нуль-органом тепловых потерь в двигателе за весь предыдущий любой цикл подачи и обработки материала. Приведена зависимость длительности цикла и кратности тока торможени , полученна  в обрабатывающей маю щине с использованием цифрового регул тора . 4 ил. 00 Is:)

Description

Изобретение относитс  к.средствам автоматизации листоштамповочного и отрезного оборудовани  в машиностроении.

Цель изобретени  - новышение производительности регул тора иеремещени  длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины за счет автоматической регулировки темпа : амс;:,лени  нривода в конце каждого пос.лелуюшего цикла работы но состо нию тепловых потерь в двигателе нривода в конце предыдушего цикла работы.

На фиг. 1 приведена обща  функциональна  схема предлагаемого регул тора; на фиг. 2 - функциональна  схема командного блока; на фиг. 3 - вре.менные диаграммы работы регул тора; па фи1-. 4 - крива , характеризующа  изменение длительности цикла обработки в зависимости от изменени  кратности тока торможени  (темпа торможени ).

Цифровой регул тор неремешени  длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей машины содержит задатчик 1 величины нодачи, реверсивный счетчик 2, командный блок 3, привод 4 подачи, состо щий из усилительно-преобразовательного каскада 5 и двигател  6 с датчиком 7 тока, датчик 8 величины нодачи с мерительным роликом 9, взаимодействующим с материалом 10 (полосой или лентой), блок 11 напр жени ,пронорцнонального квадрату мгновенного тока двигател , источник 12 напр жени , пропорционального квадрату номинального тока двигател , блок 13 сравнени , интегратор 14, нуль-орган 15, инверторы 16 и 17, элементы ЗИ 18, 2И 19 и 20, элемент ИЛИ 21, элемент 22 задержки, дополнительный реверсивный счетчик 23, одновибратор

24,усилитель 25, ключи 26( 1)-26(п + Г), резисторы 27{)-27{п+3), элемент И-НЕ 28 и вход 29 регул тора.

Двигатель 6 св зан с подающими валками 30 и 31, у которых установлен исполнительный орган 32 обрабатывающей машины (например, ножницы). Датчик 8 величины подачи подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика 2. Один вход блока 13 сравнени  подключен к источнику 12 напр жени , второй (вычитающий) вход блока 13 подключен к выходу блока 11 напр жени , пропорционального квадрату мгновенного тока двигател  6, вход которого соединен с выходом датчика 7 тока двигател . Выход блока 13 сравнени  подключен к входу интегратора 14, выход кото|М)го соединен с входом нуль-органа 15. Вход усилител  25 подключен к первому выходу командного блока 3, а выход - к приводу 4 подачи.

Резисторы 27(1)-27(п) включены параллельно друг другу через ключи 26(1) 26 (п) с размыкающими контактами и с резистором 27(п+1) параллельно усилителю

25.Резистор 27() включен параллельно интегратору 14 через ключ 2&() с замыкающим контактом, а резистор 27(п+3) включен между источником напр жени , величина которого соответствует уровню логической единицы U-iK, и первыми входами первого 18 и второго 19 элементов И, входом одновибратора 24 и через размыкающий контакт ,исполнительно1о органа 32 обрабатывающей мащины с нулевым полюсом источника питани .

Выход одновибратора 24 подключен к управл ющему входу ключа 26() и к пер вому входу элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с выходом инвертора 16. Вход инвертора 16 подключен к входу 29 устройства , входу элемента 22 задержки и к установочному входу дополнительного реверсивного счетчика 23. Суммирующий вход донолнительного реверсивного счетчика 23 соединен с выходом элемента ЗИ 18, второй вход которого нодключен к выходу нульоргана 15 и к входу инвертора 17. Выход инвертора 17 соединен с вторы.м входом элемента 2И 19, выход которого соединен с вычитающим входом дополнительного реверсивного счетчика 23. Выходы последнего подключены к соответствующим цеп м управлени  ключей 26(1)-26(п) и к входа.м элемента И-HEi 28, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИ 18.

Выход элемента ИЛИ 21 соединен с входом предварительной записи реверсивного счетчика 2. Второй выход командного блока 3 нодключен к первому входу элемента 2И 20, второй вход которого соединен с выходом элемента 22 задержки, а выход подключен к входу исполнительного органа 32 обрабатывающей машины.

Командный блок (фиг. 2) содержит функциональный цифроаналоговый преобразователь 33, выходной сигнал которого св зан с рассогласованием по перемещению параболической зависимостью, элемент ИЛИ 34 и элемент ИЛИ - НЕ 35. Так как разр дность функционального цифроаналогового преобразовател  33 выбираетс  исход  из требуемогопути торможени  материала с максимальной скоростью, выходы старших разр дов реверсивного счетчика 2 подключены к входам элемента ИЛИ 34, выход которого соединен с входом старшего разр да функционального цифроаналогового преобразовател  33. Вы.чоды младших разр дов реверсивного счетчика 2 соединены с соответствующими входами функционального цифроаналогового преобразовател  33. Выходы реверсивного счетчика 2 подключены также к входам элемента ИЛИ - НЕ 35.

При пуске, т.е. после нодачи сигнала на вход регул тора 29, обнул етс  дополнительный реверсивный счетчик 23, а в реверсивный счетчик 2 при помощи задатчика 1 величины подачи, выполненного, например, на программных переключател х, вводитс  информаци  о величине подачи материа:1а.

Командный блок 3 вырабатывает в определенной последовательности команды дл 

управлени  процессом подачи и на срабал,вание исполнительного органа 32 обрабатывающей машины. Привод 4 подачи при помощи валков 30 и 31 отрабатывает заданное перемещение обрабатываемого материала, в результате чего приводитс  во вращение мерительный ролик 9. Сигнал от датчика 8 величины подачи поступает на вход реверсивного счетчика 2, yMCHbUjaH число, содержащеес  в нем.

После отработки заданной величины подачи командный блок 3 вырабатывает сигнал на срабатывание исполнительного оргапа 32 обрабатывающей машины.

В течение всего цикла работы на вход интегратора 14 подаетс  величина, пропорциональна  разности квадратов номинального тока двигател  и мгновенного значени  тока двигател . Интеграл этой разности  вл етс  величиной, характеризующей состо ние тепловых потерь в двигателе с начала и до конца любого цикла. Если эта величина в конце цикла имеет нулевое или положительное значение, что свидетельствует о допустимых по услови м нагрева потер х в двигателе, на выходе нуль-органа 15 формируетс  «логическа  единица. Если этот интеграл имеет отрицательное значение , что свидетельствует о недопустимых тепловых потер х в двигателе, на выходе нуль-органа 15 формируетс  «логический нуль.

После первого срабатывани  исполнительного органа 32 обрабатывающей машины на выходе нуль-органа 15 формируетс  «логическа  единица, что обуславливаетс  минимальным темпом замедлени  привода подачи в конце первого цикла (фиг. 3). Последнее обеспечиваетс  тем, что усилитель 25 в течение первого цикла оказываетс  охваченным сильной обратной отрицательной св зью при помощи параллельно включенных резисторов 27(1)-27 (п) через ключи 26(1)-26(п). Это приводит к уменьшению крутизны характеристики, определ ющей зависимость задающего напр жени  в функции остатка пути отработки .

При наличии «логической единицы на выходе нуль-органа 15 после срабатывани  исполнительного органа 32 обрабатывающей машины в дополнительный реверсивный счетчик 23 через элемент ЗИ 18 записываетс  «единица, а в основной реверсивный счетчик вводитс  информаци  о величине подачи и цикл повтор етс .

Темп замедлени  привода в конце второго цикла выще, чем в конце первого, так как отрицательна  обработна  св зь усилител  25 под действием единицы в дополнительном реверсивном счетчике 23 уменьщаетс  за счет того, что открываетс  ключ 26(л) и отключает резистор 27(Г(). После отработки второго цикла при наличии «логической единицы на выходе нуль-органа 15 открываетс  ключ 26 (п-1) и отключает резистор 27 («--I), ключ 26(п) закрываетс  и подключает резистор 27(п). сопротивление которого выбрано большн.м, чем сопротивление резистора 27(п - 1). Это приводит к дальнейшему увеличению темпа замедлени  привода подачи в конце трегьего цикла.

Форсировка темпа замедлени  производитс  до тех пор, пока на выходе нуль-органа 15 (в конце цикла) формируетс  «ло0 гическа  единица, вызывающа  увеличение числа, содержащегос  в дополнительном реверсивном счетчике 23, что приводит к увеличению общего сопротивлени  резисторов в цепи отрицательной обратной св зи

5 усилител  25.

Если на выходе нуль-органа 15 по истечении п циклов формируетс  «логический нуль, свидетельствующий о недопустимых тепловых потер х в двигателе, на выходе инвертора 17 формируетс  «логическа  еди0 ница, котора  через элемент 2И 19 поступает на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 23. Число, содержащеес  в этом счетчике, уменьщаетс , и обратна  св зь усилител  25 возрастает. Темп за5 медлени  привода при отработке последующего цикла уменьщитс .

При накоплении в дополнительном счетчике 23 числа п (например, при изготовлении длинных технологических карт) элементы ЗИ 18 блокируютс  и работа произво0 дитс  с максимальным темпом замедлени  привода 4 подачи, так как в цепи обратной св зи усилител  25 остаетс  включенным только резистор 27(п + 1).

Следовательно, предлагаемый цифровой регул тор перемещени  длинномерного материала в первые несколько циклов производит самонастройку на максимальную производительность с дальнейщим автоматическим поддержанием тепловых потерь в двигателе на уровне допустимых путем автоматического регулировани  темпа замедле0 ни  привода в конце каждого последующего цикла работы по состо нию тепловых потерь в двигателе в конце предыдущего цикла. Эта регулировка производитс  таким образом, чтобы действующее значение

5 тока двигател  за цикл удерживалось на уровне значени  номинального тока. При этом повышаетс  производительность регул тора , так как работа производитс  минимальной бестоковой паузе, обусловленной , в основном, временем срабатывани 

0 исполнительного органа обрабатывающей машины.

На фиг. 3 приведены временные диаграммы изменени  скорости V обрабатываемого материала 10 при порезке коротких заготовок: квадрата номинального тока Ьг дви5 гател , пропорционального выходному напр жению источника 12; квадрата мгновенного тока ill двигате.ч . nponopiuiiii;i.iS)ного выходному напр жению б„1ока 11, разности 1н-1н (пропорциональной входному напр жению интегратора 14; выходного напр жени  UH интегратора 14 и выходного напр жени  UH.O. нуль-органа 15. Из приведенных диаграмм видно, что напр жение UH.O., соответствующее «логической единице, формируетс  в интервале времени, когда потери в двигателе по услови м нагрева ниже допустимых. Форсировка темпа замедлени  на приведенных диаграммах производитс  до четвертого цикла. В конце четвертого цикла выходное напр жение нуль-органа 15 равно нулю. Поэтому темп замедлени  в п том цикле уменьшаетс . Номиналы резисторов 27(1)-27(п), а также их количество выбираютс  исход  из темпа замедлени  привода а.макс, определ ющего максимальную производительность, минимального темпа замедлени  омии и выбранного максимального приращени  те.мпа замедлени  при обработке заготовки наиболее ходового типоразмера л а. За минимальный темп замедлени  амин принимает  такой темп, при котором тепловые потери в конце цикла при обработке заготовок требуемой минимальной длины с учетом максимальной нагрузки двигател , а также времени срабатывани  ножниц, равны допустимы.м. В случае применени  двоичного счетчика 23 номиналы резисторов 27(1)-27(п) должны составл ть р д возрастающей геометрической прогрессии, i-и член которого определ етс  зависимостью R/ R-2-,(1) где R - весовое сопротивление. Максимальна  проводимость резисторов в цепи обратной св зи усилител  25 определ етс  зависимостью 1 L KMHHКмакс

где R.мин и - эквивалентные сопротивлени  в RwaKc. - цепи обратной св зи усилител  25 соответственно при минимальном (а.чин) и максимальном (а.макс темпах замедлени ; п - число коммутируемых резисторов .

Так как второй член правой стороны выражени  (2)  вл етс  бесконечно убывающей геометрической прогрессией с знаменателем , выражение (2) можно

виду 2,,

(3)

in )

R

Максимальное прираи ение величины эквивалентного сопротивлени  в цепи обратл г Aa-RM3Kc

0,5 кОм. ARoc -

Чмако

На основании выражени  (5) определ ем R 2,97 кОм. Принимаем 3 кОм. Следовательно R27(l)3, R 27(2) 6, R 27(3) 12, R 27(4) 24, R 27(5) 48и R 27(6) 96 кОм.

Эффективность предлагаемого цифрового регул тора подтверждаетс  следу ющим .

Пусть разгон и торможение приводов известного и предлагаемого цифровых регул торов производитс  по линейно.му во времени закону, при котором справедливы соотношени 

(8)

св зи усилител  25 определ етс  выражением ДКОС R.«aKC R.MaKC-R21 макс Нмакс+ R-2 где RwaKc - сопротивление резистора 27(п-|-1). На основании выражени  (4) RMaKc(RMaKc- / Ro 2--ARoc Подставл   выражение (5) в уравнение (3) (после несложных преобразований), получим зависимость дл  определени  числа коммутируемых резисторов , pRMaKCRMHH) (RMBKCА Roc ) . . , RMHH-AROC J Учитыва , что эквивалентное сопротивление в цепи обратной св зи усилител  25 пр мо пропорционально темпу замедлени  привода подачи и что приращение величины эквивалентного сопротивлени  пр мо пропорционально приращению темпа замедлени , выражение (6) можно представить |gt(aMaKC - ймии) (Омакс- Ли) , , амин Да (7) Пример. Пусть дано: 20, . Да 1. На основании формулы (7) находим п 7. Прин в 10 кОм, находим дРк ;

ar-tr

ST V- IT - где SP - путь разгона; ST - путь торможени ; tp - врем  разгона; tr - врем  торможени ; up - ускорение при разгоне; От - ускорение при торможении; ,, начальна  скорость при тормож нии. В этом случае при обработке корот заготовок временна  диаграмма скоро треугольна  и путь перемещени  опре л етс  как S SP+ ST. При этом справедливо равенство tr up Из выражений (8) - (11) следует

-VI

SOT

p-fip+ а) , ар-, / 25-ат а V Ов (оь р (ор+ат) При пренебрежении статическим моментом на валу исполнительного двигател  ускорение пропорционально току двигател . Длительность цикла „ определ етс  зависимостью 2. , T2.t t - Ip-t.+ I lu- Tz где IP - ток двигател  при разгоне; IT - ток двигател  при торможении; 1н - номинальный ток двигател . Обозначим к -r Ifll где Он - ускорение привода при номинальном токе двигател . Подставив выражени  (15) и (16) в формулу (14), получим tu Kp-tp+Кт-1т .(17) С учетом (12) и 13) выражение (17}примет вид i, -л/2-5-Кт-Кр-(К,+ Кт)

Учитыва , что в известном устройстве Кр Кт, длительность его цикла определ етс  как

(22)

tu tp-f tr.

Б общем случае

должно выполн тьс  условие чи р, ва ft

(27)

45 -Л/ ЦП V Об изменении длительности цикла предлагаемого регул тора по сравнению с известным можно судить по отношению tu/tun, которое на основании уравнений (18) и (19) определ етс  как 1ц -ЛКт-(К.- Krt Типл 1 л Обозначив- Р получим т ). При Кт 1 и К| 1 тепловые потери в двигателе равны допустимым. Длительность и. кла в этом случае определ етс  как Kr-tr tp+ tr Из неравенства (23) получаем Р 1 После преобразовани  (24) можно полуь неравенство P4p-(i Реща  неравенство относительно айдем (26) Учитыва , что дл  известного устройстр 1, можно указать пределы изменени  л  предлагаемого регул тора Условие (23) выполн етс  при всех значени х р, удовлетвор ющих выражению (26). Крива  tu/tun f(p), определ ема  выражением (21), приведена на фиг. 4. Эта крива  характеризует изменение длительности цикла обработки в зависимости от изменени  кратности тока торможени  (темпа торможени ) в предлагаемом цифровом регул торе по сравнению с известным. Анализ зависимости tu-|-tun f(p) показывает , что с уменьшением кратности тока торможени  длительность цикла уменьшаетс , следовательно, производительность цифрового регул тора возрастает.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой регул тор перемещени  длинномерного материала в рабочую зону обрабатывающей мащины, с()лержан1ий задатчик величины подачи, реверсивный счетчик, командный блок, исполнительный орган обрабатывающей мaнJины с размыкающим контактом, датчик величины подачи, подключе}1ный к вычитающему входу реверсивного счетчика, привод нодачи, входом которого  вл етс  вход усилительно-преобразовательного каскада, а также блок напр жени , нронорпиона.льного квадтрату мгновенного значени  тока двигател , и источник напр жени , величина которого пропорциональна квадрату номинального тока двигател , подключенные к последовате;1ьно соединенным блоку сравнени , интегратору и нуль-органу, отличающийс  тем. что, с пелью новьинени  нроизводнте;1ыюсти путем автоматической регулировки темпа замедлени  привода в конце каждого последующего цикла работы по состо нию тепловых потерь в двигателе привода в конце предыдущего цикла, он снабжен дополнительным реверсивным счетчиком, двум  инверторами, элементом И - НЕ, трем  э.1ементами И, элементом ИЛИ, элементом задержки, одновибратором , п ключами с размыкающим контактом , ключом с замыкающим контактом (и+З) резисторами и усилителем, вход которого соединен с нервым выходом командного блока, а выход - с входом привода подачи, при этом вход и выход усилител  соединены включенными параллельно между собой через первые п резисторов ключами с размыкающими контактами, управл ющие

   входы которых соединены с выходом дополнительного реверсивного счетчика и входами элемента И-НЕ, (/т+И-й резистор включен параллельно усилителю, а (п + 2)-й резистор подключен к входу интегратора и через ключ с замыкающим контактом к его же выходу, при этом управл ющий вход ключа с замыкающим контактом соединен с выходом одновибратора и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого

   через первый инвертор соединен с входом элемента задержки и сбрасывающим входом дополнительного реверсивного счетчика, а выход соединен с входом разрещени  записи реверсивного счетчика, второй выход командного блока соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки , а выход - с управл юп1им входом размыкающего контакта исполнительного органа обрабатывающей мащины, под0 ключающего соединенные между собой нервые входы второго и третьего элементов И, вход одновибратора п («-)-3)-й резистор - к нулевому потенциалу, выход нуль-органа подключен к второму входу второго элемента И и через второй инвер5 тор к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом дополнительного реверсивного счетчика , а с суммирующ.им входом - выход второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, кроме

   0 того, через (п+3)-й резистор размыкающий контакт исполнительного органа обрабатывающей машины подключен к уровню напр жени  «логической единицы .

   I

   IГ

   25

   JJ

   I1

   1

   55

   II

   t

   Фиг л