Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка математического описания СЭП поточных линий по производству оптоволоконных кабельных изделий 12
1.1. Требования, предъявляемые к электроприводам экструзионных линий по производству оптоволоконной кабельной продукции 12
1.2. Построение автоматизированных электроприводов экструзионных кабельных линий 14
1.3. Математическое описание многодвигательного электропривода экструзионных кабельных линий 17
1.3.1. Уравнения динамики электропривода отдающего устройства 18
1.3.2. Математическая модель электропривода отдающего устройства с косвенным регулированием натяжения кабеля 27
1.3.3. Динамические характеристики механической части электроприводов отдающих устройств 29
1.3.4. Математическая модель электропривода отдающего устройства с прямым регулированием натяжения кабеля 36
1.3.5. Математические модели электроприводов приемных устройств 36
1.3.6. Построение НСС взаимосвязанного электропривода экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля 38
1.4. Эквивалентные математические модели СЭП экструзионных кабельных линий 41
1.5. Оценка вариации параметров упругих колебаний 2-го рода 46
Выводы по 1-й главе 49
Глава 2, Оптимизация СЭП поточных линий по производству кабеля 50
2.1. Общие замечания 5 0
2.2. Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с косвенным регулированием натяжения кабеля 51
2.3. Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с прямым регулированием натяжения кабеля 55
2.4. Оптимизация динамики СЭП тяговой секции 56
2.5. Оптимизация процессов пуска и торможения экструзионных кабельных линий 57
2.6. Оптимизация динамики экструзионных кабельных линий по возмущающим воздействиям 61 Выводы по 2-й главе 71
Глава 3. Имитационное моделирование и исследование многодвигательных ЭП поточных линий по производству оптоволоконных кабельных изделий 72
3.1. Общие замечания 72
3.2. Разработка и исследование имитационной модели взаимосвязанной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля 74
3.2.1. Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию 76
3.2.2. Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по возмущающему воздействию 80
3.2.3. Исследование динамики СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля при вариации параметров рб и ТмЕ 87
3.3. Разработка и исследование имитационной модели взаимосвязанной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля 90
3.3.1. Исследование СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию 92
3.3.2. Исследование СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля по возмущающему воздействию 94
3.3.3. Исследование динамики СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля при вариации параметров р6 и Тм1 100
Выводы по 3-й главе 103
Глава 4. Диагностика и экспериментальные исследования СЭП экструзионной кабельной линии 104
4.1. Экспериментальное определение параметров секционных ЭП 104
4.1.1. Определение механических постоянных времени 105
4.1.2. Определение параметров упругих колебаний 1 -го и 2-го рода 106
4.2. Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля 112
4.3. Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля 119
4.4. Введение в СЭП специальных корректирующих устройств 122
Выводы по 4-й главе 127
Глава 5. Разработка АСУ ТП экструзионной кабельной линии 129
5.1. Проблематика АСУ ТП и диспетчерского управления 129
5.2. Уровни АСУ ТП. Общая характеристика SCAD А — систем 132
5.3. Выбор программно-аппаратной платформы для создания
АСУ ТП кабельной линии. Классификация SCADA - систем 137
5.4. Рациональный подход к построению АСУ экструзионных кабельных линий 151
5.5. Разработка алгоритмов управления и управляющей программы АСУ ТП экструзионной кабельной линии 153
5.6. Разработка программного задатчика скоростей секций 163
Выводы по 5-Й главе 169
Заключение 171
Список литературы 174
- Построение автоматизированных электроприводов экструзионных кабельных линий
- Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с косвенным регулированием натяжения кабеля
- Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию
- Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля
Введение к работе
В современном мире телекоммуникации и связь играют все большую роль. Растут потребности в скоростях и объемах передачи информации. Если еще 5 лет назад объемы измерялись килобитами и мегабитами, то, вступив в новый век, актуальными стали являться только гигабитные технологии. В связи с такими тенденциями развития появилась потребность в надежных высокоскоростных каналах передачи данных, наиболее перспективными из которых являются оптические. Это привело к существенному увеличению использования оптоволоконного кабеля при построении сетей за последние пять лет, и рост, по мнению аналитиков, будет сохраняться.
Технологический процесс производства оптоволоконного кабеля состоит из ряда операций, основными из которых являются:
Вытяжка оптического волокна;
Окраска оптического волокна;
Производство оптических модулей;
S-Z — скрутка оптических модулей вокруг силового элемента (стальная проволока или стеклопруток);
Нанесение первичной полимерной оболочки;
Бронирование кабеля силовыми элементами (стальная проволока, высокомолекулярные арамидные пряди или стеклопруток);
Нанесение наружной полимерной оболочки.
Оптический модуль представляет собой изготовленную методом экструзии полимерную трубку, внутри которой располагаются скрученные между собой оптические волокна.
В зависимости от конструкции кабеля операции бронирования и наложения оболочки могут повторяться несколько раз. Существуют кабели, конструкция которых не предусматривает силовых элементов, в частности это кабели, предназначенные для внутренней прокладки в помещениях, в
7 кабельной канализации, трубах и т.д., а также кабели, присоединяемые к внешним силовым элементам [70]. Такие кабели имеют только одну полимерную оболочку.
Большая часть стадий производства оптоволоконного кабеля связана с нанесением оболочки методом экструзии. Для выполнения данной операции служат экструзионные кабельные линии, относящиеся к широкому классу агрегатов непрерывно-поточного действия.
Стремление к повышению производительности за счет увеличения рабочих скоростей, а также повышение требований к качеству продукции выдвинули ряд новых проблем перед разработчиками автоматизированных электромеханических систем (ЭМС) экструзионных кабельных линий по производству оптоволоконной кабельной продукции.
Существующие в настоящее время в ряде фирм автоматизированные линии по производству данного вида кабеля не всегда удовлетворяют предъявляемым технологическим требованиям, что приводит к повышенному браку продукции. Таким образом, задача исследования функционирования многодвигательного электропривода экструзионных кабельных линий, улучшения качественных показателей его работы, а также повышения производительности является весьма актуальной.
Для производства кабеля производители часто используют оборудование зарубежных фирм, таких как Rosendahl, Nextrom, Hitec, Fusion и т.д. Как правило, это целые линии для производства кабеля, со своими автоматизированными системами управления (АСУ) и четко определенными параметрами. Однако стоимость такого оборудования весьма высока и составляет от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов, причем значительную часть стоимости при этом составляет система управления линией. В настоящее время в России практически отсутствуют фирмы, занимающиеся производством линий кабельного производства в целом, однако существует возможность приобретения отдельных агрегатов
кабельного производства (экструдеров, гусеничных и колесных тяг, приемных и отдающих устройств и т.д.). При этом возникает задача создания системы управления кабельной линией.
Следует также отметить, что задача разработки системы управления также актуальна в связи с потребностью в модернизации устаревших систем, которые все еще применяются на производстве и часто не отвечают современным технологическим требованиям, а также требованиям безопасности.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка, исследование и внедрение на производстве автоматизированной системы электропривода (СЭП) экструзионной кабельной линии с прямым регулированием натяжения кабеля, а также разработка современной АСУ ТП экструзионной кабельной линии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработка рационального математического описания ЭМС экструзионных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля с учетом характеристик механических передач и вырабатываемого кабеля;
разработка способов оптимизации динамики СЭП поточных линий по производству кабеля с учетом действующих возмущений;
проведение многофакторного имитационного моделирования и исследование многодвигательных ЭП (МЭП) поточных линий на ЭВМ с применением современных программных пакетов (Simulink);
диагностика и экспериментальные исследования МЭП на объекте;
разработка и внедрение АСУ экструзионной кабельной линией с учетом реализации прямого регулирования натяжения кабеля;
- модернизация СЭП действующей в ООО "Оптен - Кабель" высокопроизводительной экструзионной кабельной линии.
Некоторые из перечисленных задач решались в работах профессора Санкт-Петербургского института машиностроения В. М. Шестакова [32, 33, 76, 77, 78, 79], в работах, проводимых В.Н. Егоровым [32, 33], Г.М. Ивановым [35], а также в работах ряда зарубежных авторов. Кроме того, необходимо отметить труды в областях, близких к исследуемой: это системы с упругими связями и непрерывно-поточные агрегаты бумагоделательной промышленности. Здесь большая роль принадлежит таким ученым, как В. М. Шестаков [32, 33, 76, 77, 78, 79], Ю. А. Борцов [9, 10, 11, 12, 13], В. Л. Вейц [18, 19,20, 21], С. А. Ковчин [42, 43], Г. Г. Соколовский [66].
При исследовании и решении вышеизложенных задач, а также для экспериментальной проверки и внедрения полученных результатов, за основу была взята экструзионная кабельная линия "ЕХ-80", являющаяся частью производственного комплекса ООО "Оптен" (Санкт-Петербург).
Данная линия предназначена для нанесения изоляции на кабели с номинальными диаметрами от 6 до 30 мм.
Настоящая диссертационная работа охватывает исследование комплекса режимов функционирования экструзионных кабельных линий, таких как пуск, работа в установившемся режиме и торможение.
Научная новизна работы заключается в следующих положениях,
которые выносятся на защиту:
1) Рациональное математическое описание взаимосвязанных систем электропривода (СЭП) экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля с учетом взаимосвязи электрических и механических факторов и вариации режимов функционирования.
Закономерности вариации параметров электромеханических систем (ЭМС) в процессе производства различных типов кабеля; оценка степени влияния наиболее существенных возмущений на динамику СЭП.
Способы оптимизации динамики взаимосвязанных СЭП экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля при основных возмущениях, действующих в системе.
Оригинальная структура программного задатчика скоростей агрегатов экструзионной кабельной линии, применение которого позволило добиться требуемой точности поддержания диаметра кабеля на этапах разгона и торможения линии и снизить расход дорогостоящих материалов.
Новый подход к созданию АСУ ТП кабельных линий, основанный на интеграции управления различными процессами, характерными для кабельных линий, в единой управляющей программе, что дало возможность существенно снизить затраты на создание АСУ ТП, обеспечить эффективное ведение технологической базы данных и интеграцию АСУ ТП в единую информационную сеть предприятия.
Эффективные алгоритмы управления, на базе которых разработана распределенная АСУ ТП экструзионной кабельной линии, реализующая требуемое множество режимов работы, прямое регулирование натяжения кабеля на секциях отдающего и приемного устройств, качественный человеко-машинный интерфейс оператора.
Полученные в диссертационной работе результаты были использованы при модернизации взаимосвязанной СЭП экструзионной линии "ЕХ-80", при модернизации системы управления экструзионной линии "ЕХ-45", а также при разработке систем управления линии бронирования кабеля "БМ 18/400" и линии цветовой маркировки оптического волокна "ЛЦМ-400". Получены акты практического использования результатов работы.
Работа выполнена в рамках гранта Министерства Образования РФ (шифр гранта: А03-ЗЛ4-326).
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXII неделе науки СПбГТУ (2003 г.), секции ЭМС МЭА (2004 г.), ежегодной научно-практической конференции СПбГИ (ТУ) (2004 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры ЭТ, ВТ и А СПбИМаш.
По работе имеется 5 публикаций.
Построение автоматизированных электроприводов экструзионных кабельных линий
Экструзионные линии относятся к широкому классу агрегатов непрерывно-поточного действия. Они предназначены для нанесения полимерной изоляции на провода и кабели. В настоящее время в электроприводах экструзионных кабельных линий получили распространение системы подчиненного регулирования с косвенным регулированием натяжения кабеля с индивидуальными тиристорньши преобразователями, в основном отвечающие предъявляемым требованиям [35]. Обобщенная структурно-технологическая схема экструзионной линии представлена на рис. 1.1.
В общем случае экструзионная линия состоит из отдающего устройства 1, компенсаторов 2 и 8, экструдера 3, охлаждающих ванн 4, обдувочной головки 5, измерителя диаметра кабеля 6, гусеничной тяги 7 и приемного устройства 9. На рисунке введены обозначения: Д — электродвигатель постоянного тока, ТГ - тахогенератор, ДТ - датчик тока, ТП — тиристорный преобразователь, РТ и PC — соответственно регуляторы тока и скорости, UJC — напряжение задания скорости линии.
Кабель, подлежащий изолированию, сматывается с барабана на отдающем устройстве (ОУ), проходит через компенсатор, предназначенный для поддержания постоянства линейной скорости кабеля при изменении радиуса барабана, и попадает в головку экструдера, где на него наносится изоляция (полиэтилен, ПВХ). Экстру дер представляет собой оборудованный электрообогревом металлический цилиндр, в котором вращается червячный шнек. Пластикат под влиянием механического воздействия вращающегося шнека и тепловой энергии, создаваемой электронагревателями, разогревается, размягчается и перемещается в головку экструдера, покрывая кабель изоляционным слоем. Далее изолированный кабель проходит через охлаждающие ванны, где происходит кристаллизация полимера. Основным параметром, контролируемым при производстве кабеля, является толщина изоляции, для измерения которой служит оптический измеритель диаметра кабеля. Продвижение кабеля вдоль линии обеспечивается гусеничной тягой. Тяговая секция кабельной линии является ведущей, она определяет уровень скорости всей линии. Данная секция работает в режиме поддержания постоянства скорости. Автоматическая система регулирования скорости (АСРС) данной секции имеет внешний контур скорости и подчиненный контур тока. Готовый кабель поступает на приемное устройство (ПУ) с раскладчиком, где он наматывается на приемный барабан.
Точность поддержания толщины изоляции напрямую зависит от точности поддержания линейной скорости движения кабеля в процессе изолирования. При этом максимальное отклонение линейной скорости кабеля от заданной величины не должно превышать 2% как в режиме движения с постоянной скоростью, так и в переходных режимах работы линии (разгон и торможение). Кроме того, система управления многодвигательным ЭП должна обеспечивать подавление внешних и внутренних (параметрических) возмущающих воздействий. Следует отметить, что при производстве оптоволоконного кабеля важным параметром является точность поддержания его натяжения, как в процессе размотки, так и в процессе намотки на барабан. Это обусловлено тем, что при значительных колебаниях натяжения в готовом кабеле может наблюдаться повышенный уровень затухания оптического сигнала, что снижает качество продукции. Как было отмечено выше, в настоящее время на экструзионных кабельных линиях широко применяются системы управления с косвенным регулированием натяжения кабеля. При этом сигнал с датчика натяжения (компенсатора) поступает на вход регулятора скорости совместно с сигналом задания скорости. Величина натяжения определяется массой компенсатора. При прямом регулировании натяжения кабеля в систему управления отдающего и приемного устройств вводятся контуры натяжения с ПИ — регуляторами. В качестве датчиков натяжения в этом случае могут быть применены магнитоупругие датчики (прессдукторы) [76].
Цикл работы экструзионной кабельной линии состоит из заправки кабеля с отдающего устройства через экструдер и тягу на приемное устройство, разгона линии на заданную скорость и торможения в конце перемотки всего кабеля. Время разгона и торможения равно 30 — 50 с. Цикл работы обычно составляет несколько десятков минут. Скорости современных экструзионных линий достигают 80 — 150 м/мин. Скорость электропривода задается с помощью напряжения Ц , поступающего с задатчика скорости.
Математическое описание многодвигательного электропривода экструзионных кабельных линий Электромеханические объекты управления агрегатами кабельного производства характеризуются весьма сложными структурами. Вместе с тем, анализируя эти структуры, можно заметить, что они состоят из ряда типовых модулей: - электрическая часть объектов: многоприводная секция (с общим преобразователем, с индивидуальными преобразователями); - механическая часть объектов: с упругостью 1-го рода; с упругостью 2-го рода. Для составления математического описания необходимо произвести декомпозицию СЭП в виде корректных динамических моделей типовых узлов, учитывающих заданное множество режимов работы и содержащих достаточно полную информацию о характеристиках объектов. Рациональной формой описания являются нормированные структурные схемы (НСС), составленные в относительных единицах [76,77,9]. При этом выбор базовых величин переменных является относительно свободным и может быть осуществлен для заданного состояния системы или в соответствии с правилами направленного нормирования. Более целесообразным является выбор базовых величин для стационарного режима работы, поскольку при оценке функционирования рассматриваемых систем наиболее значимыми являются величина и характер отклонений регулируемых параметров от их заданных (установившихся) значений. НСС представляют собой достаточно компактное математическое описание СЭП при их высокой физической наглядности и позволяют при исследовании применять различные расчетно - аналитические и машинные методы. Параметры НСС легко определяются расчетно - экспериментальным путем [77]. Для составления НСС необходимо прежде всего составить математические модели процессов, происходящих в приводах отдающего и приемного устройств.
Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с косвенным регулированием натяжения кабеля
Целью оптимизации СЭП экструзионных кабельных линий является получение наиболее экономичным способом переходных процессов в системе, удовлетворяющих заданным технологическим требованиям как в режимах пуска и торможения, так и при установившейся скорости в условиях действия внешних возмущений и естественной вариации параметров привода. При выборе структур СЭП и настроек регуляторов следует учитывать режимы работы электроприводов, характер внешних и внутренних возмущений и соотношение динамических параметров объекта регулирования. Многообразие технологических режимов кабельных линий, существенное влияние разнородных упругих связей на работу приводов, необходимость обеспечения требуемого качества как локальных, так и многосвязных систем делает задачу синтеза СЭП много факторной.
Многофакторные оптимизационные задачи могут решаться различными способами. Рациональным подходом является использование метода поэтапного синтеза систем электропривода, позволяющего целенаправленно решать поставленную задачу [75]. При этом каждый последующий шаг выполняется на основании результатов предыдущего этапа, и процесс синтеза выполняется до тех пор, пока совокупность характеристик СЭП не достигнет соответствия заданным показателям качества.
Можно выделить следующие ступени синтеза СЭП: 1) Синтез параметров регуляторов; 2) Синтез регуляторов с введением дополнительных средств последовательной и параллельной коррекции, предназначенных для оптимального подавления упругих колебаний; 3) Введение дополнительных контуров регулирования, адаптивных устройств и инвариантных каналов; 4) Совершенствование параметров механической части ЭП с целью достижения оптимальных характеристик электромеханической системы; 5) Введение в многосвязные (нелинейные) системы корректирующих устройств и связей для обеспечения заданного качества функционирования многосвязной автоматической системы регулирования (МАСР). При этом 1-я и 2-я ступени являются фактически параметрической оптимизацией АСР, 3-я ступень представляет собой структурно-параметрическую оптимизацию системы, а 4-я ступень может рассматриваться как электромеханическая оптимизация СЭП. Синтез СЭП развивается в целом в направлении от локальных (линеаризованных) АСР к многосвязным (нелинейным) системам, охватывая заданное множество рабочих режимов агрегата. Быстродействие контура тока якоря двигателя необходимо иметь максимально возможным, что позволяет, с одной стороны, весьма эффективно отрабатывать возмущения со стороны сети переменного тока, от которой питается тиристорный преобразователь, включенный в якорную цепь двигателя, а с другой стороны, снизить влияние изменения динамики контура тока вследствие изменения кта, Lit(, Rsu на динамику контура скорости. При высоком быстродействии контура тока получается жесткая электромеханическая связь [66,77], когда влиянием упругости 1-го и 2-го рода на динамику контура можно пренебречь. С учетом этого контур тока настраивается как в жесткой системе, и параметры ПИ-регулятора тока с передаточной функцией
Предпочтительной следует считать настройку на компромиссный оптимум (КО), обеспечивающую максимальную частоту среза контура, и только значительное влияние пульсаций и помех может заставить снизить его быстродействие.
Как было отмечено ранее, при исследованиях динамики СЭП многодвигательного ЭП кабельных линий будем пользоваться эквивалентными НСС, считая, что упругие колебания 1 -го рода подавлены с помощью специальных средств коррекции [32,76,77]. При этом контуры тока будем рассматривать в виде эквивалентных апериодических звеньев с передаточной функцией
Регулятор скорости (PC) настраивается при отсутствии натяжения кабеля, т.е. в локальной системе. Это обусловлено тем, что электроприводы отдающих и приемных устройств в ряде случаев могут работать при отсутствии кабеля (заправка, обрыв кабеля, наладка привода и т.д.), однако и в этом режиме должна быть обеспечена устойчивость системы и удовлетворительное подавление упругих колебаний 1-го рода, что предотвращает преждевременный выход из строя механического оборудования и облегчает заправку кабеля.
Анализируя настройки на оптимум по модулю (ОМ) и симметричный оптимум (СО), следует отметить, что первая настройка является оптимальной по быстродействию при управляющем воздействии, вторая настройка - при возмущающем воздействии, в особенности при больших значениях постоянной времени объекта То, например, механической постоянной времени привода. Вместе с тем настройка на ОМ дает в этих условиях при возмущающем воздействии затянутый переходный процесс, длительность которого пропорциональна Т0. Настройка на СО, в свою очередь, дает неблагоприятный переходный процесс при управлении. Кроме того, указанные настройки весьма чувствительны к изменению параметров объекта регулирования, в особенности настройка на СО, имеющая относительно небольшой запас устойчивости. Таким образом, возникает задача такой коррекции контура, при которой его динамические характеристики стали бы оптимальными как по управлению, так и по возмущению при малой чувствительности к вариации параметров объекта. Решение данной задачи было предложено профессором В.М. Шестаковым [32]. Оно состоит в следующем: в контур, настроенный на СО, вводится параллельная коррекция так, чтобы передаточная функция контура с учетом данной коррекции и настройки регулятора на СО соответствовала бы настройке на ОМ. Данная настройка получила название скорректированный оптимум (СКО).
Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию
Имитационное моделирование воспроизводит на ЭВМ функционирование исследуемой системы, соблюдая логическую и временную последовательность протекания процессов, что позволяет получать данные о состоянии системы или отдельных ее элементов в определенные моменты времени [62,41],
Данный вид моделирования в последнее время становится эффективным средством системотехники, системного анализа и исследования операций. Число приложений имитационного моделирования очень велико. Сюда относится моделирование технологии и организации производства, процессов административного и хозяйственного управления, систем управления материально-техническим снабжением и т.д. [41].
Как и любое компьютерное моделирование, оно дает возможность проводить вычислительные эксперименты с еще только проектируемыми системами и изучать системы, натурные эксперименты с которыми, из-за соображений безопасности или дороговизны, не целесообразны. В то же время, благодаря своей близости по форме к физическому моделированию, это метод исследования доступен более широкому кругу пользователей.
Существует большое число программных пакетов, предназначенных для имитационного моделирования различных систем. Особое место среди них занимает пакет "Matlab" [3,4,22,23,29]. Одной из основных причин широкого использования пакета "Matlab" является большой спектр средств, который он предоставляет пользователю для решения разнообразных задач в различных областях техники и человеческой деятельности. Среди этих средств особое место занимает подсистема "Simulink" [27,28,31].
"Simulink" - это интерактивная среда для структурного моделирования и анализа широкого класса динамических систем с помощью блок-диаграмм, что обеспечивает физическую наглядность процесса моделирования и удобство компоновки моделей. Основные свойства подсистемы "Simulink": - включает в себя обширную библиотеку блоков (непрерывные элементы, дискретные элементы, математические функции, нелинейные элементы, источники сигналов, средства отображения, дополнительные блоки), которые можно использовать для графической сборки систем; - предоставляет возможность моделирования линейных, нелинейных, непрерывных, дискретных и гибридных систем; - блок-диаграммы могут быть объединены в составные блоки, что позволяет использовать иерархическое представление структуры модели, тем самым, обеспечивая "прозрачное" моделирование сложных систем; -содержит средства для создания пользовательских блоков и библиотек, блоков. "Simulink" обеспечивает интерактивную среду для моделирования, при этом поведение модели и результаты ее функционирования отображаются в процессе работы, и существует возможность быстро изменять параметры модели при исследовании систем различного назначения.
При моделировании с использованием "Simulink" реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь создает на экране из библиотеки стандартных блоков модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.
В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки "Simulink . Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.
Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля
Из представленных графиков видно, что частота упругих колебаний 2-го рода изменяется в процессе производства указанного типа кабеля приблизительно на 25 - 30%. При этом абсолютные значения оу0 составляют 7 - 10 с"1 на секции ОУ и 18 - 25 с"1 на секции ПУ, что согласуется с расчетами, выполненными в главе 2, с точностью +15%. оптимизированной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля
В качестве объекта исследования динамики СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля была выбрана экстузионная кабельная линия "ЕХ-80", составляющая часть производственного комплекса ООО "Оптен". В качестве блоков управления секционных электроприводов на данной линии используются приводы постоянного тока фирмы "Eurotherm" (Великобритания) типа "Eurodrive 590С \ Оптимизация системы выполнена в соответствии с разработанными рекомендациями (см. п.2.2).
Для снятия переходных характеристик использовался цифровой осциллограф - мультиметр "Visual DMM - 740" и портативный персональный компьютер фирмы "IBM". Построение графиков осуществлялось в программе "Advanced Grapher 2.08" компании "Alentum Software".
Исследования оптимизированной СЭП проводились при производстве кабелей марки ДПО с номинальными диаметрами 8 мм и 11,5 мм [70]. При производстве кабеля с диаметром 8 мм базовая скорость линии составляет 60 м/мин. Данная скорость была принята за 100%. Кабель с диаметром 11,5 мм изготавливается при скорости 45 м/мин.
На рис.4.6 представлены графики переходных процессов угловых скоростей ОУ, тяговой секции и ПУ при изготовлении кабеля марки ДПО с номинальным диаметром 8 мм. Переходные процессы по натяжению между секцией ОУ и тяговой секцией, а также между тяговой секцией и ПУ представлены на рис.4.7 и 4.8.
Из полученных графиков видно, что скорости всех 3-х смежных секций поддерживаются с достаточно высокой точностью. При этом максимальное отклонение скорости на секциях ОУ и ПУ не превышает 4%, а на тяговой секции 1,5%, что соответствует результатам имитационного моделирования, представленным в главе 3.
Анализируя полученные переходные процессы по натяжению, можно отметить, что как на секции ОУ, так и на секции ПУ наблюдаются существенные отклонения натяжения от значения в статике. Максимальное отклонение натяжения между ОУ и тяговой секцией составило около 9% (рис.4.7,в), а между тяговой секцией и ПУ около 16% (рис.4.8,в), При этом на графиках четко видны колебания натяжения, вызванные эксцентриситетом барабана с кабелем, а также переходом от текущего слоя намотки кабеля к последующему. Колебания, вызванные эксцентриситетом барабана, имеют гармонический характер. Угловая частота данных колебаний в процессе производства кабеля увеличивается на ОУ и снижается на ПУ, что согласуется с расчетными данными. При: этом на скорости линии Ул = 60 м/мин она изменяется в пределах 2 - 2,5 с"1 на ОУ и 2,2 - 1,6 с 1 на ПУ. Следует также отметить, что, несмотря на увеличение колебательности системы на ОУ и снижении на ПУ при смене слоев намотки кабеля (что установлено в п.3.2.3), амплитуда колебаний, вызванных эксцентриситетом барабана, в процессе производства кабеля снижается на ОУ и увеличивается на ПУ. Это объясняется тем, что качество намотки верхних слоев кабеля на барабане существенно ниже, чем качество намотки нижних слоев. Снижение качества намотки приводит к увеличению амплитуды возмущающего воздействия.
На рис.4.7,б показан переходный процесс по натяжению кабеля между ОУ и тяговой секцией в период пуска линии. Аналогичный процесс для секции ПУ показан на рис.4.8,б. При этом на этапе пуска линии наблюдается постепенное увеличение угловой частоты колебаний, вызванных эксцентриситетом барабана с кабелем.
На рис.4.9 представлены графики переходных процессов по натяжению для оптимизированных СЭП секций ОУ и ПУ при изготовлении кабеля марки ДПО с номинальным диаметром 11,5 мм.
Из полученных графиков видно, что максимальное отклонение натяжения между ОУ и тяговой секцией составило около 7%, а между тяговой секцией и ПУ около 10% в моменты смены слоев намотки кабеля. Общий характер переходных процессов аналогичен полученному для кабеля диаметром 8 мм. Вместе с тем, снижение величины отклонений натяжения при производстве кабеля диаметром 11,5 мм объясняется тем, что скорость линии при этом ниже, чем при производстве кабеля диаметром 8 мм.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что оптимизированная СЭП экструзионной кабельной линии с косвенным регулированием натяжения кабеля в целом удовлетворяет технологическим требованиям, предъявляемым при производстве оптоволоконных кабелей. Однако, возмущающие воздействия, вызванные изменением радиуса барабана на секциях ОУ и ПУ, оказывают существенное воздействие на динамику взаимосвязанной СЭП, вызывая нежелательные отклонения натяжения кабеля.
