Автоматическое управление процессом наложения изоляции на экструзионной линии изготовления кабелей связи Митрошин Юрий Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1 Непрерывный многооперационный процесс производства кабелей связи как сложная система 17

1.1 Технологический процесс изготовления проводных кабелей связи 17

1.2 Формирование параметров качества кабелей связи в процессе их производства

1.2.1 Формирование параметров качества коаксиального кабеля 26

1.2.2 Формирование параметров качества LAN-кабелей 34

1.2.3 Выбор обобщённых стохастических показателей качества проводных кабелей связи 43

1.3 Связь параметров качества кабеля с технологическими параметрами процесса его изготовления 49

Выводы 54

2 Управление процессом экструзии кабельной изоляции 56

2.1 Основные причины нестабильной производительности шнекового экструдера в процессе наложения кабельной изоляции 56

2.2 Анализ существующих решений по управлению процессом изолирования проводных кабелей связи методом экструзии 63

2.3 Необходимость использования системного подхода при автоматизации технологических процессов производства кабелей связи 69

2.4 Постановка задачи контроля и управления параметрами качества проводных кабелей при наложении изоляции 76

2.5 Математическое описание объекта управления 81

2.6 Синтез системы автоматического управления процессом экструзии кабельной изоляции на шнековом экструдере 82

Выводы 85

3 Управление охлаждением изолированной жилы кабеля в процессе наложения полимерной изоляции 88

3.1 Моделирование температуры изолированной кабельной жилы при её охлаждении на экструзионной линии 91

3.2 Постановка и решение задачи оптимального управления охлаждением изолированной кабельной жилы 95

Выводы 103

4 Реализация систем автоматического управления процессом изоли рования проводных кабелей связи 104

4.1 Система автоматического управления изолированием токо проводящей жилы на экструзионной линии 104

4.1.1 Контроль первичных параметров изготавливаемого кабеля в процессе наложения полимерной изоляции на проводник 105

4.1.2 Система автоматического управления наложением комбинированной изоляции на экструзионной линии 108

4.2 Оптимальная система распределенного программного управления охлаждением полимерной изоляции в процессе её на ложения на экструзионной линии 119

4.3 Автоматизированные системы управления наложением полимерной изоляции проводных кабелей связи на экструзионных линиях 121

Выводы 123

Заключение

• Формирование параметров качества LAN-кабелей
• Анализ существующих решений по управлению процессом изолирования проводных кабелей связи методом экструзии
• Постановка и решение задачи оптимального управления охлаждением изолированной кабельной жилы
• Система автоматического управления наложением комбинированной изоляции на экструзионной линии

Введение к работе

Актуальность работы. Важным элементом большинства технических систем являются линии связи, в качестве которых обычно используются проводные кабели: коаксиальные и симметричные, в том числе кабели передачи данных (LAN-кабели). Их производство является непрерывным многооперационным процессом, обладающим всеми свойствами сложной системы. При производстве проводных кабелей связи основным этапом изготовления кабеля является операция наложения изоляции на токопроводящую жилу, осуществляемая на экструзионных линиях. На операции изолирования формируются основные параметры кабеля как линии связи, определяющие в конечном итоге его применимость в том или ином частотном диапазоне.

Изготовление проводных кабелей связи с требуемыми эксплуатационными характеристиками принципиально невозможно без автоматизации технологических процессов и оптимизации режимов их производства. Поэтому одной из актуальных задач кабельной промышленности является автоматизация процесса наложения полимерной изоляции на экструзионных линиях и правильный выбор технологических режимов автоматизируемого процесса.

Вопросам разработки систем автоматического управления процессом наложения полимерной изоляции на экструзионных линиях при изготовлении проводных кабелей посвящен ряд работ как отечественных: К. Д Колесникова, Б. К. Чостковского, С. А. Кижаева, Н. М. Труфановой, В. Н. Митрошина, В. В. Чадаева, С. А. Колпащикова, В. П. Первадчук, В. И. Щербинина, Р. Р. Зиннатуллина, так и зарубежных авторов: Chan D., Lee L. J., Paton C., Laurich K., Muller G., Reiner T., Carr D., Bohmann J., Turnbull G. F., Ware W., Calabrese P., Bischoff W., Tessmer R.

Работы А. Г. Бутковского, Э. Я. Рапопорта, А. И. Данилушкина, В. Н. Мит-рошина, А. С. Нечаева и других ученых посвящены структурному моделированию объектов с распределенными параметрами, разработке систем управления подобными объектами.

Влияние нерегулярностей первичных параметров качества изготавливаемых кабелей на стабильность выходных характеристик кабелей связи исследовалось в работах Н. И. Дорезюк, М. Ф. Попова, Б. К. Чостковского и др.

Общеизвестные исследования ученых показали тесную взаимосвязь качества кабельной продукции с качеством управления технологическим оборудованием.

Однако ряд задач в области автоматизации процесса наложения кабельной изоляции методом экструзии к настоящему времени не был в достаточной мере решен. Новый подход к их решению в данном исследовании и полученные новые практические результаты свидетельствуют об актуальности работы.

Объектом исследования является система автоматического управления технологическим процессом изолирования кабельной жилы методом экструзии.

Предметом исследования являются методы математического моделирования, оптимизация и алгоритмизация автоматического управления процессом формирования изоляции кабелей связи, направленные на совершенствование технологии производства и повышение качества выпускаемой продукции.

Цель работы состоит в повышении качества проводных кабелей связи на основе совершенствования алгоритмов и систем автоматического управления процессом наложения полимерной кабельной изоляции на экструзионных линиях с использованием методов комбинированного, оптимального и стохастического управления.

Для достижения указанной цели в диссертации должны быть решены следующие взаимосвязанные научные задачи:

1. Определить обобщенные вероятностные показатели качества проводных кабелей связи, обеспечение которых гарантирует достижение требуемых эксплуатационных показателей выпускаемого кабеля с учетом его полосы пропускания. Построить модели формирования качества кабеля, связывающие первичные параметры кабеля с технологическими параметрами его изготовления.

2. Разработать структуру и синтезировать систему автоматического управления процессом наложения изоляции токопроводящих жил кабелей связи на экструзионной линии, компенсирующую влияние гармонических пульсаций градиента давления в формующем инструменте экструдера и гарантирующую достижение стабильности мгновенной производительности экструдера.

3. Разработать систему оптимального управления охлаждением кабельной изоляции и методику проектирования охлаждающих ванн с учетом фазовых ограничений на величину максимума радиального температурного градиента в изоляции и эффекта ее усадки в процессе охлаждения с целью гарантированного предотвращения возникновения дефектов изоляции, возникающих при ее охлаждении после наложения методом экструзии.

4. Построить адекватную имитационную модель стохастических изменений основных управляемых переменных технологического процесса экструзии комбинированной изоляции, позволяющую синтезировать управление с использованием интегральных квадратичных критериев качества.

5. Реализовать результаты исследования в производстве кабелей и в учебном процессе.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решены с использованием методов математического анализа, методов теории теплообмена, теории автоматического управления, теории оптимального управления систем с распределенными параметрами, методов корреляционно-спектрального анализа, экспериментальных методов исследования объектов и систем автоматического управления, современных комплексов программ.

Научная новизна. К новым научным результатам относятся (пункты 3, 4, 6 паспорта специальности 05.13.06):

1. выбор спектральной плотности волнового сопротивления кабеля в качестве обобщенного стохастического показателя качества проводных кабелей связи, обеспечение которого гарантирует применимость выпускаемого кабеля как линии связи с требуемой частотной полосой пропускания;

2. структура системы комбинированного управления давлением расплава полимера в формующем инструменте шнекового экструдера при наложении изоляции на токопроводящую жилу, обеспечившая существенное снижение амплитуды гармонических пульсаций давления, достижение стабильной производительности экструдера и эксплуатационного качества кабеля;

3. система программного управления охлаждением кабельной изоляции и алгоритм оптимального проектирования ванн охлаждения с учетом фазовых ограничений на величину максимума радиального температурного градиента в изоляции и эффекта усадки изоляции в процессе охлаждения, предотвращающие возникновение в изоляции внутренних напряжений и выход кабеля из строя в процессе его эксплуатации;

4. имитационные модели стохастических изменений основных управляемых переменных технологического процесса экструзии комбинированной изоляции, позволившие синтезировать управление по интегральным квадратичным критериям качества.

Научная значимость работы. Совокупность разработанных в диссертации математических моделей, методов и алгоритмов является методологической основой построения систем автоматического управления непрерывными технологическими процессами изолирования жил кабелей связи и гарантирует достижение требуемого эксплуатационного качества выпускаемого кабеля с учетом его полосы пропускания.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

Предложенная система комбинированного управления давлением в кабельной головке позволила уменьшить амплитуду гармонических пульсаций градиента давления в ней более чем в 50 раз и сократила непостоянство производительности экструдера, вызванное пульсациями градиента давления, с 0,5 до 0,015 %, повысив тем самым стабильность диаметра изоляции жилы кабеля и его погонной емкости.

Разработанные система программного управления охлаждением кабельной изоляции и алгоритм проектирования ванн водяного охлаждения с учетом фазовых ограничений на величину максимума радиального температурного градиента в изоляции обеспечили повышение качества выпускаемой продукции за счет предотвращения возникновения в изоляции внутренних напряжений и выхода кабеля из строя в процессе его эксплуатации.

Использование разработанных алгоритма и системы программного управления охлаждением кабельной изоляции позволило получить существенную экономию производственных площадей за счет уменьшения общей длины ванн охлаждения на 23 %, уменьшить объем подогреваемой воды более чем в два раза, что привело к существенной экономии энергоресурсов, затрачиваемых на ее подогрев.

Разработанные имитационные модели стохастических изменений основных управляемых переменных проводных кабелей связи позволили синтезировать управление процессом изолирования с использованием интегральных квадратичных критериев, обеспечивающих требуемое качество управления.

Основные положения, выносимые на защиту:

– в качестве обобщенного стохастического показателя качества проводных кабелей связи, обеспечение которого гарантирует применимость выпускаемого кабеля как линии связи с требуемой частотной полосой пропускания, предложено использовать спектральную плотность волнового сопротивления кабеля;

– структура системы комбинированного управления давлением расплава полимера в формующем инструменте шнекового экструдера при наложении изоляции на токопроводящую жилу, отличающаяся тем, что она обеспечила снижение амплитуды гармонических пульсаций давления более чем в 50 раз и уменьшила непостоянство производительности экструдера, вызванное пульсациями градиента давления, с 0,5 до 0,015 %;

– алгоритм оптимального проектирования ванн охлаждения экструзион-ных линий и система программного охлаждения изоляции, предотвращающие возникновение в изоляции внутренних напряжений и выход кабеля из строя в процессе его эксплуатации, позволившие уменьшить общую длину ванн охлаждения на 23 %, а объем подогреваемой воды – более чем в два раза;

– имитационные модели стохастических изменений основных управляемых переменных процесса экструзии кабельной изоляции, позволившие синтезировать управление по интегральным квадратичным критериям с требуемым качеством управления.

Достоверность и обоснованность полученных в работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечиваются корректным применением методов математического анализа, методов теории теплообмена, теории автоматического управления, теории оптимального управления систем с распределенными параметрами, методов корреляционно-спектрального анализа, удовлетворительным совпадением результатов численных и натурных экспериментов.

Реализация результатов исследований. Полученные в работе теоретические положения и практические результаты использованы при разработке системы управления экструзионной линией (ЗАО «Самарская кабельная компания», г. Самара), что позволило повысить качество изготавливаемого кабеля, упростить процедуру настройки параметров регуляторов САУ процессом наложения кабельной изоляции, увеличить срок эксплуатации продукции.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс на кафедре «Автоматика и управление в технических системах» ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет» при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 27.03.04 и 27.04.04 при изучении дисциплин, курсовом проектировании, подготовке выпускных квалификационных работ.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях: Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2010)» (Самара, 2010); III Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2012)» (Самара, 2012); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2013); 52-й Международной научной студенческой конференции МНСК-2014 «Мехатроника и автоматизация» (Новосибирск, 2014); VI Международной интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика» (InnoTech 2014) (Пермь, 2014); Международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг-2016» (Челябинск, 2016).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ (пять работ - без соавторов), в том числе шесть статей (две - без соавторов) в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 149 страницах машинописного текста; содержит 28 рисунков и одну таблицу, список литературы, включающий 150 наименований, и приложения на четырех страницах.

Формирование параметров качества LAN-кабелей

Процессы производства проводных кабелей связи являются непрерывными, многооперационными технологическими процессами. При этом качество изготавливаемого кабеля как линии связи (коаксиального кабеля, LAN-кабеля) определяется неким обобщенным эксплуатационным параметром качества [13], характеризующим потребительские свойства продукции, в роли которого, например, для коаксиального кабеля обычно выступает регулярность волнового сопротивления кабеля по его длине [24].

Формирование обобщенного показателя качества кабеля связи происходит на всех операциях его технологического цикла производства. Процессы изготовления кабелей подвержены влиянию множества разнообразных случайных возмущающих воздействий, а потому контролируемые “на проход” на промежуточных технологических операциях параметры кабельного изделия (локальные показатели качества) непостоянны по длине кабеля и являются случайными функциями координаты его длины x – т.е. нерегулярными характеристиками кабеля. Большинство технологических режимных параметров работы оборудования вследствие случайных возмущений нестационарны в пуско-остановочных режимах и стационарны в рабочем режиме.

Поэтому необходимым условием получения качественной продукции является автоматизация всех промежуточных технологических операций её производства для минимизации нерегулярностей локальных параметров качества кабеля. В свою очередь каждая промежуточная операция технологического процесса изготовления проводного кабеля связи содержит несколько систем автоматического регулирования и стабилизации режимных параметров работы оборудования.

“Оптимизация” всех локальных систем регулирования должна основываться на использовании математических моделей, отражающих взаимосвязь формируемого эксплуатационного показателя качества кабеля, который может быть измерен только на готовом изделии, с управляемыми первичными параметрами кабеля, измеряемыми в момент его изготовления на конкретной технологической операции, и технологическими режимными параметрами, являющимися входными переменными (управляющими воздействиями) автоматизируемого процесса [115]. В свою очередь, сформулировать требования к качеству локальных систем автоматической стабилизации возможно лишь на основе применения системного подхода к автоматизируемому технологическому процессу изготовления кабеля [56].

“Системный подход является эффективным методом анализа и синтеза сложных многосвязных систем автоматического управления, содержащих элементы различной физической природы” [121]. К таким системам относятся системы управления основными технологическими операциями кабельного производства: процессом наложения полимерной кабельной изоляции методом экструзии на шнековых прессах, скрутки витых пар LAN- кабелей, наложения защитных экранов (например, внешнего проводника коаксиального кабеля) и другие.

В структурированных кабельных системах (СКС) в настоящее время наиболее широко используются несколько типов передающих сред – волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), а также проводные кабели связи (КС): радиочастотные коаксиальные кабели, кабели UTP (Unshielded Twisted Pair) – на основе витых пар без экранирующего покрытия и кабели STP (Shielded Twisted Pair) – на основе витых пар с общим внешним экраном в виде оплётки. Как разновидность последних, выпускаются также кабели SSTP (Screened Shielded Twisted Pair), отличающиеся от STP наличием одновременно двух защитных экранов. Один из них выполнен в виде фольги, который может экранировать как отдельно каждую пару токопроводящих жил, так и всю группу, второй представляет собой оплетку-экран, сотканную из мелких медных проволок. При этом характеристики защищенности от наводок как внутрен 18 них, так и внешних электромагнитных полей улучшаются за счет двойного экранирования.

Как правило, кабели с двойным экраном имеют сердечник, состоящий из четырех витых пар, которые различаются на следующие категории – обычная пара, двойная пара, звездная четверка и двойная звездная. Каждая из токо-проводящих жил, входящих в витую пару, имеет собственную комбинированную (сплошную-пористую-сплошную) изоляцию и отличается индивидуальной расцветкой.

Значительную долю современных линий связи составляют электропроводные кабели для передачи данных: радиочастотные коаксиальные КС и радиочастотные симметричные двухжильные кабели (LAN-кабели), основу которых составляет так называемая витая пара из двух скрученных изолированных жил.

На рисунке 1.1.1 показана конструкция LAN-кабеля 7 категории (SSTP кабеля), имеющего верхнюю частоту полосы пропускания порядка 1 ГГц. Основу конструкции кабеля составляют скрученные экранированные витые пары, покрытые сверху общим экраном и защитной оболочкой.

Анализ существующих решений по управлению процессом изолирования проводных кабелей связи методом экструзии

Индуктивность витой пары L = L+L2+L, (1.19) где L- внешняя индуктивность, определяемая геометрией провода и магнитными свойствами материала проводника, L2 - внутренняя индуктивность витой пары, которая определяется магнитным полем, создаваемым протекающим по проводнику током. За счет поверхностного эффекта по мере увеличения частоты передаваемого сигнала происходит уменьшение внутренней индуктивности витой пары. L3 - индуктивность оболочки (экрана). Она проявляется за счет влияния металлических экранов на магнитное поле вокруг проводника только в экранированных конструкциях. Эта составляющая уменьшается по мере увеличения частоты передаваемого сигнала. Более точные выражения для первичных параметров передачи – ёмкости С и индуктивности L витой пары рассчитываются по формулам (1.20) и (1.21) [93]: Ф м C aee-lO"9 = 36]n{d ) (1.20) здесь, sr - эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость комбинированной изоляции витой пары; - коэффициент скрутки; a - расстояние между центрами проводников витой пары; d - диаметр проводников; \/ - поправочный коэффициент, характеризующий близость медных жил к экрану и другим проводникам. Индуктивность витой пары определяется в основном величиной внешней (межпроводниковой) индуктивности: L = 4aeln d-10-7 , d Гн м (1.21) В [15] приводятся выражения для определения первичных параметров витой экранированной пары. Сопротивление экранированной цепи Rэ возрастает по сравнению с неэкранированной витой парой вследствие дополнительных потерь энергии в экране на вихревые токи; причиной возрастания емкости Сэ витой пары является наличие вблизи неё экранирующей оболочки, а индуктивность симметричной экранированной цепи Lэ за счет воздействия отраженного от экрана магнитного поля несколько уменьшается.

Для экранированных цепей внешняя межпроводниковая индуктивность (Гн/км) определяется по формуле (1.22), а ёмкость (Ф/км) - по формуле (1.23). L э = 4h —-4 ао-Ю-4 . (1.22) r rэ +ао Cэ= экв , .-ИГ . (1.23) r rl + а] a — r r э —а 361n Проводимость изоляции витой пары (как экранированной, так и неэкра-нированной) определяется выражением Gэ = aС эtgb. (1.24) В (1.22)(1.24) r- радиус проводников, мм; rэ- радиус экрана, мм; а -расстояние между осями проводов витой пары, мм; a о - половина расстояния между проводниками витой пары, мм; еэкв - эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость среды между двумя проводниками витой пары.

В работе [39] осуществлен учет нерегулярности вэкв отдельных проводов витой пары (1.25). fD и23l - d2) Єі + Ь2D и з2 - d2\ є2 8экв= {D из-d)+{D из-d) a25) Здесь D и и Dиз2 - диаметры по изоляции проводов витой пары; Е1 и Є2 эквивалентные относительные диэлектрические проницаемости изоляции проводов пары. Волновое сопротивление симметричного кабеля на основе витой пары определяется по формуле (1.17), с учётом (1.20) и (1.21). В [64] приведено выражение для определения величины волнового сопротивления экранированной витой пары 120 Dиз+Dиз2-d 4d э2-Dиз1+Dиз2)2 Z = /—-in dо7 \2- (1.26) д/єэкв d 4 э2+(D из1 + D из2)

Здесь d - диаметр проводников, Dиз1 , Dиз2 - диаметры по изоляции жил витой пары, вэкв- относительная эквивалентная диэлектрическая проницаемость среды между двумя проводниками витой пары, dэ- внутренний диаметр экрана. Необходимость учета номинальной скорости распространения связана с тем, что конечная скорость распространения сигнала в витой паре вызывает существенную задержку прохождения сигнала, что для некоторых приложений может быть критичным, например, в сети Fast Ethernet. Поэтому обычно задаются требования к величине номинальной скорости распространения, либо к величине задержки нормативно-техническими документами СКС. Величина NVP зависит от изоляции проводников кабеля и составляет 0,65-0,7 для кабелей с полиэтиленовой изоляцией на частотах выше 10 МГц. Задержка распространения сигнала по кабелю на длине 100 метров при этом составляет порядка 370 550 нс [97].

1.2.3 Выбор обобщённых стохастических показателей качества проводных кабелей связи

При проектировании систем автоматического управления технологическими процессами производства кабелей связи в первую очередь необходимо определить обобщенный показатель качества изготавливаемого кабеля и адекватную математическую модель формирования его величины в процессе изготовления. Во-вторых, для оптимизации управления технологическим процессом нужно осуществить обоснованный выбор критерия оптимальности.

Кабельные линии связи, как правило, предназначены для длительного использования. Поэтому с развитием средств связи к существующим линиям предъявляют всё новые, повышенные требования. Чтобы соответствовать им, необходимо грамотно осуществить выбор обобщённых эксплуатационных показателей качества выпускаемой кабельной продукции, обеспечение которых должно быть положено за основу при разработке автоматических систем управления технологическими процессами изготовления проводных КС.

Постановка и решение задачи оптимального управления охлаждением изолированной кабельной жилы

Процессы производства проводных кабелей связи являются непрерывными, многооперационными технологическими процессами. При этом качество изготавливаемого кабеля как линии связи (коаксиального кабеля, LAN-кабеля) определяется неким глобальным критерием (обобщенным параметром) качества [13], характеризующим потребительские свойства продукции, в роли которого чаще всего выступает регулярность волнового сопротивления кабеля по его длине [24].

Формирование обобщенного параметра качества кабеля осуществляется на всех технологических операциях его изготовления. Изготовление кабелей связи подвержено влиянию случайных возмущающих воздействий, а потому контролируемые “на проход” параметры кабельного изделия (локальные па 69 раметры качества) имеют непостоянные по длине кабеля значения и являются случайными функциями координаты длины кабеля x – т.е. нерегулярными. Большинство технологических режимных параметров работы оборудования вследствие случайных возмущений нестационарны во времени.

Поэтому необходимым условием получения качественной продукции является автоматизация всех промежуточных технологических операций её производства для минимизации нерегулярностей локальных параметров качества кабеля и стабилизация режимных параметров работы оборудования [56].

“Оптимизация” всех локальных систем автоматической стабилизации должна основываться на использовании математической модели, отражающей взаимосвязь обобщенного параметра, характеризующего качество нерегулярного кабеля, с управляемыми параметрами (локальными параметрами качества) кабеля и технологическими режимными параметрами, являющимися воздействиями объекта управления [117].

В свою очередь, сформулировать требования к качеству локальных систем автоматической стабилизации возможно лишь на основе применения системного подхода к автоматизируемому технологическому процессу изготовления кабеля. В чем заключаются основные принципы системного подхода и системные свойства технологических процессов кабельного производства?

“Системный подход является эффективным методом анализа и синтеза сложных многосвязных систем автоматического управления, содержащих элементы различной физической природы” [121]. К таким системам относятся системы управления основными технологическими операциями кабельного производства: процессом наложения полимерной кабельной изоляции методом экструзии на шнековых прессах, скрутки витых пар LAN- кабелей, наложения защитных экранов (например, внешнего проводника коаксиального кабеля) и другие. Системный подход базируется на основных принципах, которые формулируются в различных источниках по-разному. В диссертации при разработке систем автоматического управления производством проводных КС, использовались принципы, сформулированные в [75]:

1. Принцип декомпозиции как метод системного анализа позволяет ре шать сложную задачу управления большой системой путем её разбиения на более простые элементы. При этом основная задача целеполагания детализи руется на ряд “независимых” подцелей, которые в свою очередь являются средством для достижения основной цели. Одновременно подразумевается с одной стороны взаимозависимость частей и целого, а с другой стороны – их “независимое” существование.

Применительно к производству проводных КС принцип декомпозиции предполагает при реализации оптимального управления технологическим процессом их изготовления осуществить синтез оптимальных локальных систем автоматического управления (САУ) на всех промежуточных технологических операциях с учётом выполнения основной задачи целеполагания.

2. Принцип интеграции (интегративности) заключается в особенности системного подхода, рассматривающего свойства сложной системы, учиты вающие её взаимодействие с системами верхнего уровня, для взаимодействия с которыми создаётся разрабатываемая система. Интегративность характери зуется тем, что свойства системы не равны сумме свойств её компонентов. Необходимо выявлять основополагающие интегративные механизмы слож ной системы.

Рассматриваемый принцип предполагает синтез оптимальной структуры управления всей совокупностью технологических операций с учётом их влияния на формирование обобщённых эксплуатационных показателей качества изготавливаемой продукции. На его основе формируются связи между локальными подсистемами, позволяющие обеспечить выполнение основной задачи целеполагания.

3. Принцип иерархии, отражая в основном превалирующее влияние в сложных системах их верхних уровней над нижними, должен выявлять до минирующий характер связей между составными элементами системы. Ис пользование данного принципа при проектировании сложных систем управ ления обеспечивает формирование её интегративных свойств.

Система автоматического управления наложением комбинированной изоляции на экструзионной линии

Перед проектированием системы управления процессом изолирования токопроводящей жилы на экструзионной линии необходимо решить несколько задач, связанных с: – предварительным обследованием технологического процесса в ходе его нормальной эксплуатации, – формулированием по результатам обследования требований к проектируемой системе с целью гарантированного обеспечения эксплуатационного качества выпускаемого кабеля, – выбором типа используемых датчиков и их места установки на экстру-зионной линии.

Разработке системы управления изолированием токопроводящей жилы на экструзионной линии должен предшествовать этап обследования операции изолирования проводных кабелей связи в ходе нормальной эксплуатации технологического оборудования.

Это необходимо для выявления источников основных возмущающих воздействий и их параметров, для уточнения режимов работы технологического оборудования, пределов рабочего изменения режимных параметров и величин их максимально допустимых значений, могущих привести к возникновению аварийных ситуаций и выходу технологического оборудования из строя.

Кроме того, экспериментально полученные при работе экструзионной линии с помощью датчиков, контролирующих первичные параметры накладываемой изоляции, данные могут использоваться для идентификации объекта управления.

Отличительной особенностью технологических процессов кабельного производства является их непрерывный характер и, в первую очередь, это характерно для процесса наложения полимерной изоляции на медную жилу, осуществляемого на экструзионных линиях. Режимы запуска линии и выхода её на заданный режим занимают десятки минут и сопровождаются большими потерями из-за выпуска некондиционной продукции, которая впоследствии утилизируется. После выхода технологической линии на рабочий режим стационарность случайных процессов, контролируемых на экструзионной линии, обусловлена тем, что все технологические режимные параметры экстру 105 зионной линии подвергаются автоматической стабилизации соответствующими локальными САУ, входящими в состав экструзионной линии. Далее технологическое оборудование работает в режиме малых отклонений от заданных значений.

В [116] отмечается, что регистрируемые на экструзионной линии случайные процессы отклонения от номинальных значений погонной ёмкости и диаметра изоляции кабельной жилы являются не только стационарными, но и эргодическими. Этот вывод сделан на основе статистической обработки многочисленных экспериментальных данных.

Другой отличительной особенностью экструзионного оборудования является использование в подавляющем большинстве локальных САУ встроенных ПИ-регуляторов. Все современные линии снабжены ПИ-регуляторами, за редким исключением, когда в объекте управления имеются звенья с большим транспортным запаздыванием, что требует применения ПИД-регуляторов.

В главе 1 были приведены характеристики проводных кабелей связи, имеющие обобщенный характер и обуславливающие формирующиеся эксплуатационные характеристики кабеля, определяющие качество продукции.

Во-первых, это волновое сопротивление, а, во-вторых, приращение затухания передаваемого сигнала за счет нерегулярностей, имеющих характер случайных функций.

Очевидно, что для имитационного моделирования и оптимизации настроек регуляторов систем автоматической стабилизации измеряемых и управляемых на операции изолирования параметров было необходимо экспериментальное обследование технологического процесса изолирования с регистрацией данных параметров, изменяющихся по длине кабеля. Как показано в работе Чостковского Б.К. [116], вторичные параметры передачи и взаимного влияния кабеля определяются видом спектральных плотностей первичных параметров качества, которые могут рассматриваться как спектральные плотности динамических ошибок управления используемых локальных систем стабилизации первичных параметров кабеля, в том числе и на операции изолирования.

В работе было проведено обследование процесса изолирования жил телефонного кабеля ТПппП с комбинированной изоляцией. Как отмечалось ранее, при автоматизации процесса наложения сплошной изоляции достаточно контролировать диаметр изолированной жилы, а при наложении пенопластовой или комбинированной (плёнко-пористо плёночной) изоляции наряду с диаметром необходимо осуществлять контроль и её погонной ёмкости.