Кафедра "Конструирование и технологии в электротехнике"

Новости

31.12.2017
Коллектив кафедры поздравляет сотрудников и студентов с Новым 2018 годом!

01.09.2017
Поздравляем сотрудников и студентов с Днем знаний и началом нового учебного года!

Контакты

614061, г. Пермь.
ул. проф. Поздеева, 7.
(Комплекс ПГТУ, Корпус «A»)
Тел(Факс). +7 (342) 239-18-48
Тел. +7 (342) 239-18-50
Тел. +7 (342) 239-18-56
e-mail: ktei@pstu.ru

Alex K® 2013

Методика адаптивного управления процессом экструзионного наложения многослойной изоляции

А. В. Казаков, Н. М. Труфанова

Ключевые слова: управление, автоматизация

На сегодняшний день одним из ключевых моментов в практически любой сфере промышленного производства является возможность автоматизации технологических процессов. Не является исключением и изготовление кабелей с многослойной изоляцией из полимерных материалов. Внедрение автоматизированной системы управления (АСУ) экструзионной линией позволит увеличить производительность при соблюдении ряда условий, обеспечивающих качество получаемого кабеля.

Данное исследование посвящено разработке методики управления процессом экструзии для получения продукта заданного качества на выходе. Критериями, по которым оценивалось качество, являлись геометрические размеры изолируемого провода (толщины накладываемых слоев) и максимальные температуры полимера внутри кабельной головки (условие недопущения термической деструкции полимеров). Помимо этого принималось во внимание и качество процесса, под которым понималась максимально возможная производительность линии (линейная скорость движения изолируемого провода).

Основной сложностью при переработке полимерных материалов является нестабильность их реологических свойств, особенно это характерно для полимеров отечественного производства. И если многие свойства поступающего на производство сырья могут быть определены достаточно простыми методами, то для оценки, например, начальной вязкости полимера необходимо проводить специальные исследования, чего в реальном производстве обычно не происходит. Предлагаемая методика позволяет непосредственно на работающей экструзионной линии по фактически накладываемым толщинам изоляции восстанавливать оптимальный режим переработки.

Суть предлагаемого метода заключается в параметрической идентификации используемой при определении оптимального режима математической модели процесса с использованием адаптера, схема которого представлена на рис. 1. На схеме используются следующие обозначения: X’ – детерминированные свойства расплавов полимеров (реологические и теплофизические), Z – внешние воздействия (температуры расплавов, температуры корпуса кабельной головки, температура жилы), R – возмущающие воздействия (начальная вязкость расплава), Y – выходные параметры (толщины слоев, максимальная температура расплава), Yэт – эталонные значения выходных параметров (требуемые толщины слоев изоляции), ∆Y – разница между Y и Yэт, U – управляющие воздействия (давления на входах в каналы кабельной головки, линейная скорость), U* – скорректированные управляющие воздействия.

Рис. 1. Схема параметрической идентификации экструзии многослойной изоляции

При этом из «расчетной модели», представляющей собой систему дифференциальных уравнений, дополненных граничными условиями, вне контура управления определяются расходно-напорные характеристики (Pi = f(Qi,μ0i), где P – давление на входе в канал,Q – расход канала, μ0 – начальная вязкость расплава, i – номер слоя стратифицированного течения), которые и представляют собой «рабочую модель» адаптера. Такой подход позволил максимально ускорить процедуру параметрической идентификации, что сократит количество продукции ненормативного качества, получаемого во время процесса идентификации.

Алгоритм процесса параметрической идентификации представлен на рис. 2. АСУ считывает данные датчиков линии и введенные оператором свойства материалов, затем снижает линейную скорость движения жилы. При этом по известным плотностям расплавов ρi и необходимым толщинам слоев ∆ iтреб. рассчитываются требуемые массовые расходы каждого из экструдеров для нового режима с меньшей линейной скоростью жилы. Поскольку на данном этапе реологические свойства материалов все еще неизвестны, толщины накладываемых слоев на выходе будут отличаться от требуемых. Снижение линейной скорости необходимо для сокращения количества кабеля с изоляцией ненормативной толщины, производимого во время изменения давления в каналах. Затем рассчитывается массовый расход для каждого из каналов. Далее из расходно-напорных характеристик, заранее рассчитанных вне контура управления для широкого диапазона возможных начальных вязкостей (μ0), подбирается такая кривая, которая максимально соответствует имеющимся на момент обнаружения несоответствия толщин накладываемых слоев параметрам технологического процесса.

Рис. 2. Алгоритм адаптации свойств материалов

Затем по семейству кривых ∆T = f(Vл, μ0), рассчитанных вне контура управления, оценивается перегрев для уточненной начальной вязкости и, по необходимости, определяется линейная скорость, при которой перегревы не превышают заданного значения. По скорректированной линейной скорости определяется необходимый массовый расход для наложения заданной толщины каждого слоя. По подобранной ранее расходно-напорной характеристике и по рассчитанным на предыдущем этапе массовым расходам определяются необходимые давления в каналах. Затем АСУ задает найденные давления, после чего повышает линейную скорость либо до первоначального уровня, либо (если ранее происходила коррекция линейной скорости по перегревам) до скорректированного уровня. Полученный в итоге уточненный режим записывается в базу данных.

На рис. 2 используются следующие сокращения: Siфакт. – фактическая площадь поперечного сечения i-го слоя материала; Si треб. – требуемая площадь поперечного сечения i-го слоя материала; rж – радиус жилы, на которую накладывают слои изоляции; ∆факт. – фактически накладываемая толщина слоя; Vл – линейная скорость движения жилы; i = 1..3 – номер слоя стратифицированного течения.

Таким образом, предлагаемая методика и алгоритм реализации адаптивного управления процессом экструзионного наложения многослойной изоляции позволяют создавать высокопроизводительные системы автоматизированного управления, снижая себестоимость готового продукта при соблюдении необходимых условий его качества.

^ вверх ^