устройство для контроля и регулирования толщины движущихся листовых материалов

Формула изобретения

Устройство для контроля и регулирования толщины движущегося листового материала, содержащее измерительный ролик, свободно катящийся по поверхности полотна, кинематически связанный поворотным рычагом со станиной каландра, схему управления и исполнительный механизм, отличающееся тем, что на поворотном рычаге соосно с измерительным роликом установлен поворотный дискретный фотоэлектрический преобразователь, выход которого подключен к входу канала счета платы счетчиков-таймеров, подключенной к программируемому контроллеру, а на станине каландра дополнительно установлен взаимодействующий с жестко закрепленным на торцевой части валка каландра металлическим "флажком" бесконтактный переключатель, выход которого подключен к входу канала дискретного ввода платы, а к выходу канала дискретного вывода последовательно с блоком управления подключен электродвигатель механизма регулирования межвалкового зазора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам контроля и регулирования толщины движущихся листовых материалов и может быть использовано, например, для определения толщины движущихся резиновых и резинокордных полотен в процессе их производства на каландровых линиях шинной промышленности.

Известно устройство для контроля и регулирования толщины резиновых и резинокордных полотен, содержащее датчики толщины, каждый из которых выполнен в виде ролика нулевого отсчета и измерительного ролика, связанного с плунжером помещенного в термостат дифференциально-трансформаторного преобразователя, первичная обмотка которого подключена к выходу стабилизатора напряжения, а вторичная - к цифровому индикатору толщины, последовательно соединенному с блоками сравнения и регулирования (авт. св. СССР 802935, опубл. 07.02.81).

Применение дифференциально-трансформаторных преобразователей в таких устройствах предполагает высокую степень стабилизации напряжения питающей сети и термостатирования преобразователей. Измерение толщины путем преобразования перемещения измерительного ролика в аналоговый сигнал переменного тока накладывает дополнительную погрешность на точность регулирования из-за нелинейной зависимости выходного сигнала от положения плунжера. Кроме того, наличие ролика нулевого отсчета исключает возможность установки датчиков непосредственно на валках каландра.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство по авторскому свидетельству СССР 1209464 (опубл. 07.02.86), содержащее смонтированные на опорном средстве со средствами прижима к поверхности валка каландра расположенные соосно контактные ролики, выполненные с радиально смонтированными на их боковой поверхности штырьками, электроконтактную схему и исполнительный механизм.

Это устройство определяет толщину полотна дискретно в нескольких точках по длине окружности контактных роликов в соответствии с высотой штырьков. При каждом соприкосновении штырьков с валком каландра происходят кратковременные включения-выключения электродвигателей механизмов регулирования межвалковых зазоров, что резко снижает сроки службы электроприводов каландра. Кроме того, необходимость настройки каландра на новую толщину перерабатываемого материала требует демонтажа датчиков и замены роликов.

Предлагаемым изобретением решаются задачи: повышения точности измерений, определения интегральной толщины движущегося листового материала непосредственно на валках каландра по длине их окружности и повышения эксплуатационных возможностей системы регулирования в целом.

Для достижения технического результата в устройстве для контроля и регулирования толщины движущегося листового материала, содержащем измерительный ролик, свободно катящийся по поверхности полотна, кинематически связанный поворотным рычагом со станиной каландра, схему управления и исполнительный механизм, согласно изобретению на поворотном рычаге соосно с измерительным роликом установлен поворотный дискретный фотоэлектрический преобразователь, выход которого подключен к входу канала счета платы счетчиков-таймеров, подключенной к программируемому контроллеру, а на станине каландра дополнительно установлен взаимодействующий с жестко закрепленным на торцевой части каландра металлическим "флажком" бесконтактный переключатель, а к выходу канала дискретного вывода последовательно с блоком управления подключен электродвигатель механизма регулирования межвалкового зазора.

В процессорном модуле контроллера программно реализуется процесс обработки результатов измерений толщины листового материала на выходе из каландра и алгоритм управления электроприводами механизмов каландрового агрегата.

Отличительным признаком предлагаемого устройства от известного является применение бесконтактного переключателя и дискретного преобразователя угла поворота измерительного ролика в электрические импульсы, количество которых за один оборот валка пропорционально средней толщине выпущенного за это время материала.

Благодаря наличию этих признаков в предлагаемом устройстве происходит измерение средней интегральной толщины полотна листового материала на длине окружности валка. При этом разнотолщинность материала, вызываемая такими нетехнологическими факторами, как неровности на поверхности валков, некруглость валков и пр. , исключается как возможная причина возмущающих воздействий в системе регулирования межвалковых зазоров.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства (один канал регулирования).

Предлагаемое устройство для контроля и регулирования толщины движущегося листового материала содержит измерительный ролик 1, свободно катящийся по поверхности полотна 2, лежащего на поверхности валка 3 каландра (или любого другого валка каландровой линии). Ролик 1 установлен с возможностью вращательного движения относительно своей оси на одном конце поворотного рычага 4, другой конец которого шарнирно связан со станиной каландра. На поворотном рычаге 4 соосно с роликом 1 установлен фотоэлектрический дискретный преобразователь 5 (например, ЛИР-23-5 производства СКВ измерительных систем г. С. -Петербург), выход которого подключен к первому входу канала быстрого счета платы счетчиков-таймеров 6 (например, 6-канальной платы счетчиков-таймеров PCL-836 с входной частотой 10 МГц, имеющей 16 каналов дискретного ввода и 16 каналов дискретного вывода, фирмы "ADVANTECH"). На станине каландра дополнительно установлен бесконтактный переключатель 7, периодически взаимодействующий с металлическим "флажком" 8, жестко закрепленным на торцевой части валка 3. Выход переключателя 7 подключен к первому входу канала дискретного ввода платы 6, а к выходам канала дискретного вывода платы 6 последовательно с блоком управления 9 подключен электродвигатель 10 механизма регулирования зазора 11. Плата 6 подключена к IBM РС-совместимому программируемому контроллеру 12, связанному с терминалом 13.

Устройство работает следующим образом.

При пуске каландра жестко закрепленный на торцевой поверхности валка 3 металлический "флажок" 8 начинает вращательное движение вокруг оси валка 3 и, проходя в непосредственной близости от бесконтактного выключателя 7, вызывает в нем импульс, поступающий на первый вход канала дискретного ввода платы 6, подключенной к программируемому контроллеру 12. При этом начинается отсчет импульсов, поступающих на вход первого счетчика-таймера платы 6 с поворотного дискретного фотоэлектрического преобразователя 5, вал которого жестко связан с валом свободно катящегося по поверхности валка 3 измерительного ролика 1, установленного, как и корпус преобразователя 5, на поворотном рычаге 4. По завершении одного оборота валка 3 с переключателя 7 на первый вход канала дискретного ввода платы 6 поступает следующий импульс, являющийся прерыванием: для окончания отсчета импульсов, количество которых N_О соответствует длине окружности валка 3; для переноса этого количества в память контроллера 12; для обнуления счетчика и для начала следующего цикла отсчета.

При подаче перерабатываемого материала в питающий зазор каландра (на чертеже не показан) измерительный ролик 1 начинает катиться по поверхности выходящего полотна 2 и по завершении очередного цикла отсчета количество импульсов N_Х заносится в соответствующий буфер оперативной памяти контроллера 12. Данное количество импульсов соответствует длине окружности С_Х с диаметром:

D_Х=D_О+2Т,

где D_О - диаметр валка 3;

Т - средняя толщина полотна на длине окружности валка 3.

Расчет измеряемой толщины полотна производится по формуле:



где D_Р - диаметр измерительного ролика 1;

N_Р - число импульсов на один оборот вала преобразователя 5.

При необходимости получения информации о распределении толщины полотна по длине окружности валка используются встроенные в плату 6 таймеры. При этом промежуток времени между двумя запускающими импульсами переключателя 7 программно-аппаратно разбивается на число интервалов, соответствующее требуемому количеству измерений на длине одной окружности валка.

Далее, рассчитанное значение средней толщины полотна сравнивается в контроллере 12 с заданным значением и в соответствии с управляющим алгоритмом на соответствующем выходе канала дискретного вывода платы 6 формируется соответствующая команда, которая через блок управления 9 производит реверсивное включение электродвигателя 10 механизма регулирования межвалкового зазора 11. Задание значений номинальной толщины и допусков на ее регулирование производится с выносного терминала 13, соединенного с процессорным модулем CPU контроллера 12.

Пример 1 расчета средней толщины полотна на длине окружности валка каландра.

Диаметр валка каландра D_О=500 мм.

Диаметр измерительного ролика D_Р=120 мм.

Число импульсов на один оборот вала преобразователя N_Р=10000.

Длина окружности измерительного ролика:

С_Р=D_Р=3,14120=376,8 (мм).

Длина одного импульса по окружности измерительного ролика:

С_Р=С_Р:N_Р=376,8:10000=0,03768 (мм).

Длина окружности валка каландра:

С_О=D_О=3,14500=1570 (мм).

Количество импульсов на длине окружности валка каландра:

N_О=С_О:С_Р=1570:0,03768=41666 (имп/оборот).

Средняя толщина полотна на каждом обороте валка каландра при текущем показании преобразователя, например, N_х=42000 импульсов, будет иметь следующее значение:



с точностью:



Пример 2 расчета параметров устройства.

Необходимо создать устройство, позволяющее измерять толщину линолеума либо полиэтиленовой пленки, движущихся с максимальной линейной скоростью V=1 м/с на обводном валике диаметром 300 мм в диапазоне от 0 до 5 мм с точностью 0,001 мм.

Имеется фотоэлектрический дискретный преобразователь с числом импульсов на один оборот вала - 50000.

Требуемая длина импульса на окружности измерительного ролика при заданной точности 0,001 мм:

C_p= 2T = 23,140,001 = 0,00628 (мм).

Необходимо установить измерительный ролик диаметром:

D_p= C_pN_p: = 0,0062850000:3,14 = 100 (мм).

Количество импульсов на длине окружности обводного валика:



Максимальной толщине полотна T_max=5 мм будут соответствовать показания счетчика:

.

С учетом максимальной линейной скорости максимальная частота следования импульсов будет равна:



Отсюда следует, что для применения в устройстве следует выбрать модуль быстрого счета с основными характеристиками:

- 24-разрядный счетчик,

- входная частота счетчика не менее 200 кГц.

Устройство для контроля и регулирования толщины движущихся листовых материалов может быть изготовлено на существующем оборудовании по существующей технологии и не требует для своей промышленной реализации какого-либо дополнительного оборудования.