本发明涉及生产控制系统，尤其涉及一种用于对玻璃纤维成形设备的卷纱筒补偿器（tube build - up compensator）进行数字化控制的方法和装置。 玻璃纤维一般广泛用于多种工业和消费产品中。所以，以有效方式生产这类玻璃纤维便很必要。在一种已知的生产玻璃纤维的设备中，有一贵重金属套筒，它是中空的且有一底部。该中空部分形成一个接收熔化玻璃的容器。底部有多个很小的贯穿小孔通向中空部分，在空心中的熔化玻璃从小孔中拉出形成单股玻璃纤维，该套筒被加热到很高温度，以促使熔化玻璃通过小孔而流动。
当产生了许多单股玻璃纤维丝时，通常是将其合並在一起成为多股纤维。再将多股纤维卷绕到各个园柱筒上，每一园柱筒都由机械卷绕机带动旋转。每个金属套筒都配有一卷绕机，由相应卷绕机带动每个筒旋转，从而通过小孔以一定张力拉出熔化玻璃，因此，在形成时将玻璃纤维和多股纤维拉细，最好将预定均匀长度的每股纤维在从卷绕机上取下卷绕好地筒子之前绕在每个筒子上，然后再插上空筒。为了在每个筒子上得到预定均匀长度的纤维股，必须生产在全长上其直径相当均匀的玻璃纤维。
由上述设备生产的每条玻璃纤维丝的直径（从而，每一多股纤维的直径）取决于几个因素。一个是由卷绕机在玻璃纤维丝及多股纤维中导致的机械拉细量，它是由旋转筒子加在玻璃纤维丝和多股纤维上的拉力所造成的。为了使各股的直径不变，在单位时间内通过套筒小孔的熔化玻璃的量应该不变，假设套筒的温度不变，则熔化玻璃的粘度也将不变。因此，只要从小孔中拉出熔化玻璃的线速度不变，玻璃纤维丝及其股的直径也不变。
但是，当每一股纤维向筒子上卷绕时，由于其上纤维层的连续叠积将使筒子外径增大。如果以恒定旋转速度驱动卷绕机则从套筒微孔中拉出玻璃纤维的线速度。将随筒子外径增加，为了对这一现象进行补偿，曾提供了可变转速的卷绕机，它可在卷绕玻璃纤维时降低筒子转速。结果，玻璃纤维通过套筒小孔的线速度保持不变。
通常用一温度控制器来调节套筒的温度。在先有技术的一种温度控制器中，电源使电流通过套筒。由于套筒阻止电流通过，所以在套筒中产生的热量与通过它的电流成比例，电流的大小由预定的温度信号控制，在套筒的各处可以附加一个或多个热电偶。热电偶产生表示在各个附加热电偶的位置处套筒的温度的电信号。这些电信号反馈给温度比较器，並由其与理想的温度信号比较。若套筒的实际温度小于理想温度，温度比较器将使电源提供更大的电流通过套筒，反之亦然。结果，得到了预定的理想套筒温度。该温度反馈为温度控制器提供了一个附加的温度精确性测量。通过提供多个这类热电偶，套筒各个部分的温度可以独立控制。
不幸的是，上述变速卷绕机並不总是能供给玻璃纤维成形设备使用的。因此，对恒速卷绕机就需要另外的方法来防止卷绕过程中发生玻璃纤维机械拉细程度的变化。先有技术的另一途径是在筒子上绕纤维时增加套筒的温度。随着套筒温度增加，其中容纳的熔化玻璃的粘度就下降，熔化玻玻就更顺利地通过套筒小孔。因此，即使从套筒小孔中提出纤维丝的线速度随卷绕筒子的有效外径增加而增大，单位时间内通过套筒小孔的熔化玻璃量仍保持不变。所以，玻璃纤维及其股的机械拉缩量（即其直径）大体保持不变。
一般来讲，若套筒温度在完成纤维向筒子上卷绕的过程中以一恒定线性比值增加，则玻璃纤维与股线的最终直径将基本保持不变。为达到这一点，一般是由一常规阻-容温度补偿电路的电信号来修正热电偶的温度反馈信号，该电容以电阻和电容值确定的速率充电。结果，跨在电容两端的电压差将以一预定速率增加，电阻和电容值的选择是要使电容两端的压差范围在整个时间内基本上是线性的。温度补偿电路信号与实际温度反馈信号结合，产生一个组合反馈信号。该信号为温度比较器指出的套筒温度在筒子进行卷绕时低于实际温度递降。由于这一原因，温度比较器使电源增加通过套筒的电流，虽然套筒的实际温度並不低于理想温度。电流增加是受电容两端的压差值控制的。当筒子卷绕完时，电容放电，並重复上述过程。
上述的阻-容温度补偿电路有几处不甚理想。首先，电容经常以非线性速率充电，其原因在于用来运行系统的电源变化以及定时电路对于环境温度和湿度条件很敏感，其次，要使该电路的初始设置，包括准确设定起始和终止电流值，是很困难的並很耗时。因此，希望能提供一种改进的方法和装置，以便用来在玻璃纤维成形设备（它有一恒速卷绕机）中改变套筒的温度。
本发明涉及一种改进的方法和装置，它采用数字控制技术对玻璃纤维成形套筒进行控制，以便在其工作期间改变其温度。一个时钟用来为二-十进制正向计数器产生预定频率的定时脉冲，该BCD计数器产生二-十进制输出信号，表示从时钟接收的脉冲数量。BCD计数器的输出信号馈送到比较器。多个手动操作开关组件产生的输出信号也送至比较器。开关组件由操作员设定，以产生一个予定数，它与把玻璃纤维卷绕到筒子上所需时间有关。比较器在BCD计数器的计数等于开关组件设定的数时就产生一个输出脉冲。比较器的这一输出脉冲将BCD计数器置零。然后计数器开始重新正向计数，比较器的输出脉冲还送至二进制计数器。它产生一个分布在多条输出线上的二进制数信号，该二进制数字信号代表从比较器接收的脉冲数。
二进制计数器的输出线连到D/A转换器上。该转换器产生一个与接收的二进制数的幅值成比例的输出信号。由参考电压确定输出信号的最大值，转换器的输出信号与加到套筒上的热电偶输出的信号组合成一个组合反馈信号。该热电偶信号代表了套筒的实际温度。该组合信号送到套筒的温度控制器。转换器的输出信号修正热电偶的输出信号以使温度控制器随筒子卷绕纤维而线性增加套筒温度。结果，纤维股的直径保持不变，当二进制计数器的计数达到预定数值时，或卷绕过程中断时，将二进制计数器置零。
本发明的一个目的是提供一种改进的方法和装置，它采用数字控制技术在玻璃纤维成形套筒工作期间改变其温度。
本发明的另一目的是提供这样一种改进方法及装置，它比先有技术的设备更精确和稳定。
本发明的进一步目的是提供一种可以很快及简便方式设定和改变的装置及方法。
本发明的优点和其他目的将在结合以下附图叙述本发明的实施例时表示出来。
图1是示明根据本发明的玻璃纤维成形设备的部分示意图;
图2是图1所示用于玻璃纤维成形设备的多部套筒的数字温度补偿电路的框图。
参见附图，图1所示为根据本发明的玻璃纤维成形设备的一部分，它由数字10表示。玻璃纤维成形设备10包括一个矿物或玻璃纤维成形套筒组件11，套筒11可分为图示的三个部分。但是，也可以分成更多或更少部分。电能通过一对导线加在整个套筒上，每一导线分别连在套筒11的两端及电源变压器12的次级。变压器12的原级与电源13相连。后者又与外部电源相联（图中未表示）。
电源13从温度比较器接收控制信号並根据该信号调节输出到电源变压器12原级的电压幅值，由温度比较器14响应来自加到套筒11的第一热电偶15和温度补偿电路16的组合温度反馈信号，产生该控制信号，温度补偿电路16将在下面描述。温度比较器14将组合信号与予定的理想温度信号进行比较，並根据比较结果产生控制信号到电源13。
如图1所示，通过套筒11的小孔而生成了多根玻璃纤维丝17。它们被合成多股纤维17a（只示出了一股），並被卷绕在筒子18上，每个筒子分别由一个卷绕机19以可选择的恒速驱动旋转。要求在取下卷绕好的筒子並由一个空筒取代其之前，在每个筒子18上卷绕预定长度的纤维丝股。
现在见图2，它是用于控制套筒11温度的数字温度补偿电路16的电路示意图。该系统包括一个时钟21，用来以已知方式和预定频率产生方波脉冲串输出信号。时钟21的输出信号在正电平（或高电平）与接近零电平（或低电平）之间变动，如先有技术一样。已知，要以每秒60周期的频率产生这样的输出脉冲是轻而易举的。
时钟21的输出加至BCD正向计数器22的时钟输入，计数器22是常规计数器，它响应时钟21的进入脉冲的正向前沿而产生位于多条输出线22a上的高输出信号。BCD计数器22产生的输出信号表示一个二-十进制数，它等于接收的时钟输入的脉冲数。在所示实施例中，BCD计数器22产生三个十进制数字输出信号，而每一个信号都是由四位二进制数确定的。但是，十进制数字输出信号的数量是可变的。
BCD计数器22输出的十进制数字信号送到各个比较器23。每一比较器还接收来自多个开关组件25之一的一个四位十进制数字输出信号。开关组件25全一样，它们包括用于产生四位二进制数（用于表示理想的十进制数字）的装置。每个开关组件产生的数可由手指旋转开关（未示出）或其他装置确定，这可由系统操作员设定。由于每个开关组件相互独立，所以可看到，操作员可以将三个十进制数字信号（每个都是四位二进制格式）任意组合以产生送到比较器23的信号。
开关组件25产生的三个中的每个十进制数字信号与BCD计数器22产生的三个信号中的相应十进制数字信号比较。比较器23以常规方式连在一起，即以第一和第二输出线26，27相连，从而无论何时，只要BCD计数器22产生的三个十进制数字信号与相应的开关组件25产生的三个十进制数字信号全都对应相等，就会在第三线28上产生一个高电平信号。假设时钟21的输出脉冲是以每秒60周期的频率产生的，则在第三线28上的高电平信号将在一段时间（以秒计）后产生，这一时间等于开关组件25设定的十进制数被60所除。
第三输出线28连到第一单稳多谐振荡电路29的输入端，它是常规电路，用来在高脉冲加至其输入端时产生具有一定时间宽度的高电平输出脉冲第一单稳多谐振荡电路29的输出与逻辑OR门30的第一输入相连。众所周知，OR门30在其任一输入端接收到高电平信号时将会产生高电平输出信号。OR门30的输出与BCD计数器22的复位输入相连。所以，当第三输出线28上出现高电平时，第一单稳多谐振荡电路29就产生一个高电平脉冲到OR门30。结果，BCD计数器22中的计数自动复位到零，第一单稳多谐振荡电路29的高电平脉冲输出的时宽被选择为小于时钟21产生的时钟脉冲的时宽。所以，一旦BCD计数器22复位到零，复位信号就在下一时钟脉冲开始之前消除。以这种方式，时钟21产生的每一输出脉冲由BCD计数器22计数。
OR门30的第二输入端通过一个外部单端单掷开关31连到电源正端。开关31响应玻璃纤维成形设备的卷绕机19在其开路和闭路位置之间运动。当卷绕机19正常运行以便将玻璃纤维17组成的成股纤维17a卷绕在筒子18上时，开关31开路。当卷绕机19停止时，例如筒子18完全绕好或当纤维股17a断了或由其他原因导致过早停止运行时，开关31被闭合。在后一情况下，正向电压源与OR门30的第二输入相连，结果，OR门30产生一个高电平输出信号到BCD计数器22的复位输入端。
比较器23的第三输出线28也与第一逻辑NAND门32的第一输入端相连。如所周知的，第一NAND门32在高电平信号加至其所有输入端时将产生一低电平输出信号。第一NAND门32的输出端与二进制正向计数器33的时钟输入端相连。二进制计数器33也是常规的，它响应第一NAND门32的进入脉冲在多条输出线33a上产生高电平输出信号，在示出的实施例中，二进制计数器33有8条这样的输出线33a。在输出线33a上的高电平信号表示一个8位二进制数，它等于二进制计数器33的时钟输入端接收的脉冲个数。
从计数器33而来的前四条输出线33a连到第二逻辑NAND门35的四个输入端。与第一NAND门32类似，第二NAND门35是在高电平信号加至其所有输入端时才产生低电平输出信号。这样一个条件只可能产生在二进制计数器33的输出信号为二进制数“11110000”或大于此数之时。该““11110000”等于十进制数“240”。因此，只有当计数器33中的记数达到“11110000”时，第二NAND门35才在输出线36上产生低电平输出信号。当计数器33的计数小于“11110000”时，第二NAND门35的输出信号是高电平。
第二NAND门35的输出线与第一NAND门32的第二输入端连接。只要计数器33的记数小于“11110000”时，第一NAND门32的输出信号将与加至其第一输入端的信号反相。换言之，第一NAND门32的输出信号在比较器23的输出为低电平时将为高电平，反之亦然。所以，计数器33在比较器23的高电平输出脉冲的后沿触发下增加计数。当计数器33的计数为“11110000”时，第二NAND门35的输出信号变为低电平。结果，第一NAND门32的输出信号保持为高电平，而与从比较器23接收的脉冲数无关。所以，可以看到，计数器33在比较器23产生了240个输出脉冲后将停止增加计数，此后，计数器33的计数保持为“11110000”直到其被复位至零。
外部开关31也通过反相器37连到第二单稳多谐振荡电路38的输入。电路38的结构与工作原理与第一多谐振荡电路29一样，第二单稳态多谐振荡电路38的输出与计数器33的复位输入端相连。当开关31从闭合变为开路时，第二单稳态多谐振荡电路38将产生高电平输出脉冲到二进制计数器33的复位输入端。结果，二进制计数器33中的计数立即复位至零。从第二单稳态多谐振荡电路38输出的高电平脉冲的时宽波选择为小于比较器23产生的输出脉冲的时宽。所以，比较器23的任何输出脉冲都不致在计数器33复位至零时消失。
现在对系统工作进行解释。首先，BCD计数器22和二进制计数器33中的计数置零。在把用于卷绕纤维股17a的空筒18插在卷绕机19上的期间内，卷绕机19没有接通电源。因此，开关31闭合，从而使一高电平信号通过OR门30加到计数器22的复位输入端。最后，BCD计数器22的输出保持为零，尽管时钟21不断以每秒60周期的频率产生输出脉冲。
在卷绕机19启动前，操作员对开关组件25进行设定，使得为比较器23产生三个十进制数字信号。它们与将筒子卷绕好玻璃纤维17合成的股17a所需的时间有关。由于下述原因，开关组件25设定的三个十进制数应该等于将筒子卷绕好所需时间为1/4（以秒表示）。所以，假设已知特定的筒子18需用12分钟才能卷绕好，则开关组件25应设定为十进制数“180”，它与12/4×60（因为以秒表示）的结果相等。
当卷绕机19启动时，开关31打开，从而从BCD计数器的复位输入去除了高电平信号。第二单稳多谐振荡电路38致使二进制计数器33清零。此后，计数器22随着从时钟21接收的每一输出脉冲而递增。当BCD计数器22的计数达到开关组件25设定的三位十进制数时，在第三输出线28上产生一个输出信号。如上述，在第三输出线28上的输出信号将以这样的速率产生，即其等于将开关组件25设定的十进制数被60除。每次当第三输出线28上产生一个输出脉冲时，第一单稳多谐振荡器29就产生一个高电平信号到BCD计数器22的复位输入端。因此，BCD计数器22反复计数到开关组件25设定的十进制数，然后被复位至零。例如，若开关组件25置为十进制数“180”，则每三秒即在第三输出线28上反复产生一个信号。
在第三输出线28上的信号通过第一NAND门32馈送到计数器33的时钟输入端。用于二进制计数器33的计数初始为零，所以第二NAND门35的输出信号为高电平。因此，第一NAND门32的输出信号与第三输出线28上的输出信号反相。结果，二进制计数器33以和比较器23产生的输出信号相等的速率从零向上计数。随着玻璃纤维17的纤维丝股17a连续绕在筒子18上，二进制计数器33将递增240次，或直到其中的计数为“11110000”。如果，例如上述每三秒在第三输出线28上产生脉冲，则二进制计数器33中的计数将在720秒（或12分钟）之后达到“11110000”（3秒乘240次），这一时期与绕好筒子所需的时间相等。
可以回想以上讨论的将开关组件25设定为十进制数“180”即12分钟的例子。该数被叙述为将筒子卷绕好所需时间（以秒计）的四分之一。由每秒60周期（由BCD计数器22执行）相除並（由二进制计数器33执行）每一卷绕时间240个计数的乘积，即可确定该特定分数的大小。因此，显然可通过改变时钟21产生的输出脉冲频率或导致第二NAND门35产生高电平输出脉冲的二进制计数器33所存数值来改变该特定分数。
当二进制计数器33计满240时，第二NAND门35产生一个低电平输出信号。结果，第一NAND门32阻止比较器23的输出脉冲使二进制计数器33进一步递增计数。因此，计数器33中的计数保持为“11110000”，直至系统操作员停止卷绕机19。在这时，闭合外部开关31。如上述，闭合开关31导致计数器22中的计数复位至零。与其无关，计数器33仍保持计数为“11110000”直至由一空筒18取代卷绕机19上的卷绕好的筒子。这时，卷绕机重新启动，使开关31位于打开状态。当开关31再次打开时，从第二单稳多谐振荡器38输出一高电平信号至二进制计数器33的复位输入端。所以，二进制计数器33的计数保持到卷绕机重启动，这时它将被复位至零，上述过程可以在新筒子卷绕时重复进行。
如上述，当Ａ宋尚紊璞?0的卷绕机由于各种原因停止时，开关31将闭合。停止可以出现在完成卷绕之前，若这一情况发生，BCD计数器22中的计数立即清零並保持该数不变，这在以上已叙述了。以后，比较器23不会再产生输出脉冲到二进制计数器33。结果二进制计数器33的计数保持在停止前的数值，该数一直保持在二进制计数器33中直到卷绕机重启动。此时，二进制计数器将被清零。
从二进制计数器33的所有输出线33a输出的信号送到第一D/A转换器40。第一转换器40是常规的，用来产生一个模拟电输出信号（通常是电流），它的幅度与输出线33a上的二进制数值成比例。参考电压源41连到第一转换器40。电源41为转换器40提供最大参考电平。因此，转换器40的输出信号由输入信号和参考信号精确地确定。
转换器40的输出信号与第一热电偶15的输出信号结合，如求和结点42所示，如上解释的，套筒11的温度是一个在玻璃纤维成形过程中要仔细控制的参数。为确保套筒11的温度使玻璃纤维按要求成形，就应加第一热电偶15到套筒11上。第一热电偶15是常规装置，用来产生一个表示套筒11的实际温度的电输出信号。热电偶15产生的电输出信号送至求和结点，在那儿，它将与转换器40的输出信号组合以形成一个组合反馈信号。
转换器40的输出信号典型地是一电流，其值是以线性关系在零（当二进制计数器33的计数为零）和由参考电压值确定的预定负电平（当二进制计数器33的计数为“11110000”时）之间变化。所以，当筒子18开始卷绕时，二进制计数器33的计数很小，而转换器40不会对第一热电偶输出到温度比较器14的信号进行很大修正，但是，对筒子18连续卷绕时，二进制计数器33的计数增加。与其同时，转换器40使第一热电偶加到温度比较器14的信号幅度降低。结果，当卷绕筒子时，对温度比较器14而言，似乎套筒11的实际温度一直低于理想温度在不断降低。因此，温度比较器14使电源12增加通过套筒11的电流量。以此方式，在卷绕筒子时套筒11的温度将增加。
当筒子18卷绕好后，或当卷绕过程突然中断时，二进制计数器33中的计数保持为当前数值直到重新启动卷绕机19。因此，在卷绕机19不工作期间，套筒11的温度将保持在当前状况。当卷绕机19重启动时，二进制计数器33的计数复位为零，使温度比较器14指示电源12减小通过套筒11的电流量。因此，减低套筒11的温度。由于二进制计数器33的计数直到卷绕机19重新启动才复位至零，所以在每次重新启动卷绕过程的开始，套筒的温度将较高。由于熔化玻璃的温度在玻璃纤维成形过程中断时要下降一点儿，所以初始高温是理想的，在中断过程中，套筒11的提升温度确保在卷绕过程开始时熔化玻璃顺利通过套筒11。一旦二进制计数器33的计数复位为零，套筒11的温度相对于绕完筒子18的全部时间很快下降，因此，玻璃纤维17的直径不会受很大影响。
如图1所示，套筒11可包括多个单独的部分。第一热电偶15加至套筒11的中心部分，为套筒的每一部分都加一热电偶是较为理想的。因此，如图2所示，可有第二和第三热电偶43和45，二进制计数器33的输出线33a通过各自的光隔离电路46和47连到第二和第三D/A转换器48和50。光隔离电路46和47是常规电路，用来阻止流过套筒11的各个部分之一的电流影响流过其们部分的电流。第二和第三转换器48和50与上述第一转换器40的工作原理相同。
根据本发明提出的原理，是以其较佳实施例来阐明和展示的。然而，可以在不超出本发明的精神和范围内进行不同于这一特定阐明和展示的其它实施方案。
在玻璃纤维生产中，理想情况是生产的大量纤维直径均匀，从而可以有一均匀的卷装尺寸。本发明的数字控制卷绕筒子补偿器用于对玻璃纤维成形设备进行控制，该设备有一以恒定速度旋转的卷绕机，它在把纤维卷绕到筒子上的过程中通过以恒定的线性速度增加玻璃纤维成形套筒的温度，以产生直径均匀的纤维。