Системы программного управления процессом точечной и шовной сварки. Регуляторы цикла сварки типа РВИ.

В контактной сварке наиболее распространены разомкнутые системы программного управления (СПУ) и разомкнутые систе­мы управления по возмущению (системы компенсации).

Рис. 3.7. Структурная схема системы программного управления свароч­ной машины: БЗТ — блок задания тока; БЗВ — блок задания времени; БК1 — БКn — блоки компенсации; В1 — Вn — возмущение; ПС — привод сжатия; РЦС — регулятор цикла сварки; СМ — сварочная машина; ТК — тиристорный контактор.

Система программного управления (рис. 3.7) состоит из следу­ющих основных компонентов: устройства для задания цикла свар­ки и исполнительных устройств — тиристорного контактора (ТК), включающего трансформатор сварочной машины, и привода подвижного электрода — привода сжатия (ПС) с аппаратурой уп­равления. Устройства для задания цикла сварки называют регу­ляторами цикла сварки (РЦС) или регуляторами времени, хотя по существу они задающие устройства силы тока и времени. В со­став РЦС входят блоки задания времени (БЗВ), тока (БЗТ) и фазовращатель (Ф). Воздействуя на ТК, РЦС обеспечивает вклю­чение и выключение трансформатора сварочной машины. Рас­сматриваемая СПУ обеспечивает жесткое программирование вре­менных интервалов цикла сварки, величины сварочного тока, подогрева и отжига, управление работой ПС сварочной машины. Основное достоинство разомкнутых СПУ — простота и быстро­действие применяемой в них аппаратуры. Широкое распростра­нение получили простейшие системы с РЦС, обеспечивающимзадание постоянных значений времени и тока сварки. Если необ­ходима модуляция силы сварочного тока, то применяют систе­мы, позволяющие плавно наращивать силу тока. Наиболее со­вершенные из разомкнутых СПУ позволяют изменять свароч­ный ток по программе, обеспечивающей получение высокока­чественных соединений. В этих СПУ в качестве БЗТ используют программирующие устройства.

В конденсаторных машинах СУ состоит из блока, обеспечива­ющего зарядку конденсаторной батареи до требуемого напряжения и тиристорного ключа для разрядки конденсаторов на сва­рочный трансформатор.

Недостаток разомкнутых СПУ — независимость управляющих воздействий от фактического состояния сварочного процесса, поскольку возмущения В1 — Вn, возникновение и действие кото­рых нельзя заранее предусмотреть, не учитываются в законе уп­равления.

Регуляторы цикла сварки типа РВИ.Унифицированные регуля­торы цикла сварки серии РВИ выполнены на интегральных мик­росхемах и предназначены для управления контактными машина­ми переменного тока: РВИ-703 — стационарными и подвесными точечными машинами с постоянным усилием; РВИ-801 — точеч­ными машинами с переменным усилием; РВИ-501 — точечными и шовными машинами с постоянным усилием. В регуляторах типа РВИ использована высокопороговая логика серии К511, обеспечивающая высокую помехоустойчивость.Построение функциональных узлов регуляторов в виде унифи­цированных блоков позволяет использовать их в других типах ап­паратуры управления.

Регулятор РВИ-703 может работать в полнофазном режиме и не требует автоматической настройки на коэффициент мощности машины.

Регуляторы обеспечивают управление силовой коммутирующей аппаратурой (тиристорным контактором или тиристорным бло­ком поджигания игнитронного контактора); одним (РВИ-801) или двумя (РВИ-501 и -703) электропневматическими клапанами; при­водом вращения роликов; работой муфты (РВИ-501).

Регуляторы РВИ-801 и -501 осуществляют управление силовой коммутирующей аппаратурой в режиме фазового регулирования сварочного тока; стабилизацию сварочного тока при колебаниях напряжения питающей сети.

Регулятор РВИ-703 обеспечивает работу силовой коммутирую­щей аппаратуры в режиме с фазовым регулированием сварочного тока и в режиме с автоматическим выходом на полнофазный ток.

Регуляторы РВИ-801 и -703 обеспечивают следующие режимы работы управления сварочным током:по числу импульсов сварочного тока — «Импульс 1» и (или) «Импульс 2»;по числу пульсации (до 10) сварочного тока в течение каждого импульса сварочного тока;раздельное регулирование длительности и величины «Им­пульс 1» и «Импульс 2» сварочного тока;регулирование переднего фронта нарастания тока в начале «Импульса 1» (режим модуляция) [28].

Регуляторы РВИ-501 управляют следующими режимами рабо­ты сварочных машин:шовным режимом со сваркой прерывистым током;шовным режимом со сваркой непрерывным током;точечным режимом.

На всех режимах существует возможность работы с плавным нарастанием фронта импульса сварочного тока.

Регулятор РВИ-801 обеспечивает следующие режимы работы машины (по усилию между электродами): - с постоянным сварочным усилием; - с постоянным сварочным усилием с приложением повышен­ного (ковочного) усилия после прохождения заданного числа импульсов тока и отсчета выдержки времени «Начало ковки»; - с предварительным обжатием (с приложением повышенного усилия через четыре периода после начала позиции «Сжатие» и снятием его после прохождения заданного числа импульсов тока) и ковкой (повторное приложение повышенного усилия во время прохождения последнего импульса тока после отсчета выдержки времени «Начало ковки»).

Регуляторы РВИ-501 и -703 обеспечивают режим работы ма­шины только с постоянным сварочным усилием между электро­дами.

Все регуляторы обеспечивают работу машин как одиночными циклами, так и в автоматическом режиме (пока замкнута цепь запуска), при этом выдержка времени «Предварительное обжа­тие» из последующих циклов исключается.

52.Микропроцессорные системы программного управления процессом точечной и шовной сварки.

Тиристорные контакторы.Вкачестве управляемых вентилей в контакторах, предназначенных для включения, отключения и изменения величины сварочного тока в контактных машинах, при­меняют тиристоры, которые имеют значительные преимущества по сравнению с использовавшимися длительное время игнитро­нами: малое падение напряжения на вентиле; небольшую массу и габаритные размеры; высокую надежность; значительный срок службы и др.

Регулируют действующее значение сварочного тока через тиристорный контактор, смещая относительно напряжения сети момент подачи импульса на управляющий электрод вентиля. Осо­бенность работы тиристорного контактора — это потеря им уп­равляемости в каждом полупериоде с момента включения до момента времени, при котором ток проходит через нулевое зна­чение.

На рис. 3.9 два тиристора VS1 иVS2 включены встречно-парал­лельно. Их управляющие электроды через диоды VD1, VD2 и рези­сторы R1, R2 подключены к обмоткам II и III трансформатора Т1. Первичная обмотка I трансформатора Т1 подключена к выходу регулятора цикла сварки. Параллельно тиристорам включена цепь R3—R4— С1. Первичная обмотка сварочного трансформатора Т2зашунтирована резистором R5. Схема сигнализации собрана на диодах VD3 — VD6, резисторах R6, R7, конденсаторе С2и тира­троне с холодным катодом (или неоновой лампе) VI.

Рис. 3.9. Электрическая схема тиристорного контактора:

I—III — обмотки трансформатора Т1; R1—R7— резисторы; C1, C2— конденса­торы; Т2 — сварочный трансформатор; VI — тиратрон; VD1—VD6 — диоды; VS1, VS2 — тиристоры; U_c— напряжение сети.

Отечественная промышленность выпускает несколько типов тиристорных контакторов, которыми комплектуют контактные ма­шины для точечной и шовной сварки. Контакторы отличаются силовыми тиристорами, которые устанавливают в зависимости от требуемой номинальной силы тока.

Регуляторы времени и цикла сварки.Для задания временных ин­тервалов сварочного цикла, плавного регулирования величины сва­рочного тока, включения и выключения в заданные моменты вре­мени пневматических клапанов сварочной машины служат РЦС. Ос­новные элементы регуляторов — БЗВ, БЗТ и Ф (см. рис. 3.7).

Блоки задания времени регуляторов (после включения операто­ром педальной кнопки) отрабатывают последовательность опера­ций, заранее заданных при помощи соответствующих переключа­телей, расположенных на передней панели регулятора.

Простейший цикл состоит из четырех последовательных опера­ций: «Сжатие», «Сварка», «Ковка», «Пауза». Более слож­ные циклы содержат в себе дополнительные операции: «Предвари­тельное сжатие», «Предварительный подогрев», «Отжиг» и т.п.

По принципу задания временных интервалов регуляторы под­разделяют на аналоговые и дискретные. Аналоговые регуляторы (например, РВЭ-7) для отсчета временных интервалов использу­ют заряд и разряд конденсаторов. Выдержка времени каждой опе­рации в этом случае определяется временем заряда или разряда конденсатора, уровень напряжения на котором обеспечивает сра­батывание соответствующей триггерной схемы или включение электромеханического реле. Недостаток аналоговых регуляторов — нестабильность работы и значительная погрешность задания вре­менных интервалов.

Точность работы дискретных регуляторов значительно выше, чем аналоговых. Отечественной промышленностью выпущена се­рия регуляторов типа РВД на декатронах. Наиболее распростране­ны регуляторы, выполненные на дискретных полупроводниковых элементах. Серийно выпускают регуляторы цикла сварки типа РЦС с элементами типа «Логика-Т».

Блоки задания тока в простейшем случае задают величину и форму импульса сварочного тока при помощи постоянного уп­равляющего напряжения, подаваемого на вход фазовращателя (Ф). В некоторых схемах БЗТ совмещен с Ф, так, что задают силу тока, изменяя величину сопротивления резистора, включенного в мос­товую схему Ф.

Для задания плавного нарастания и снижения тока применяют модуляторы (принцип их работы основан на заряде или разряде конденсатора). На вход Ф в этом случае подают управляющее на­пряжение, мгновенное значение которого u_y, изменяющееся по законам нарастания или уменьшения:

где U₀— напряжение при t=0; t — текущее время; τ — постояннаявремени электрической цепи.

Модуляторы применяют во многих регуляторах цикла сварки, например типа РЦС, РВТ. Основное их достоинство — простота схемной реализации и надежность в работе. Однако они обладают существенными недостатками:.

• скорость нарастания и_уи, следовательно, сварочного тока в начале цикла больше, чем в конце, так как и при t → 0 du_y/dt→ U₀/τ, а при t→ ∞ du_y/dt→ 0.

Это увеличи­вает возможность образования выплесков в начале сварки, что снижает эффективность применения модуляторов, так как их ос­новное назначение — уменьшение начальных выплесков;

• невозможность задания формы импульса сварочного тока, отличной от экспоненциальной, что ограничивает технологичес­кие возможности процесса сварки;

• вероятность возникновения постоянной составляющей в первичной обмотке сварочного трансформатора, так как при непрерывном изменении управляющего напряжения углы включения вентилей тиристорного контактора в положительном и отрицательном полупериодах оказываются различными.

Чтобы задать управляющее напряжение и_уиной формы, необходимо использовать модуляторы, в которых преобразуется вы­ходной сигнал и таким образом обеспечивается требуемая форма импульса сварочного тока. Например, выходное напряжение линейных модуляторов изменяется по закону и_у= kt; для квадратич­ных модуляторов и_у= kt². В последнем случае обеспечивается плав­ное нарастание тока с переменной скоростью, увеличивающейся со временем, что существенно уменьшает вероятность появления выплесков в начале сварки.

Регуляторы времени.Такие регуляторы построены на основе ма­ломощных тиристоров, которые используют для выполнения ло­гических операций, включения исполнительных устройств (элек­тропневматических клапанов, тиристорных или игнитронных кон­такторов) и сигнализации. Совмещение в одном активном эле­менте (тиристоре) логических функций и усилителя мощности позволило упростить принципиальные электрические схемы ап­паратуры управления. В результате повысилась надежность работы устройств и увеличился срок их службы.

Регуляторы времени позволяют задавать величину и длитель­ность трех независимых импульсов тока («Подогрев», «Сварка», «Отжиг»), а также изменять по программе усилие сжатия элект­родов. Электропневмоклапаны и тиристоры(игнитроны) силово­го контактора включаются бесконтактными тиристорными клю­чами. Регулятор снабжен фазовращателем, обеспечивающим мо­дуляцию и безынерционную стабилизацию сварочного тока.

Рис. 3.13. Функциональная схема регулятора времени типа РВТ: ЭПК — электропневмоклапан; остальные обозначения см. на рис. 3.7

Схема простейшего регулятора времени типа РВТ, обеспечи­вающего задание четырех операций: «Сжатие», «Сварка», «Про­ковка», «Пауза», приведена на рис. 3.13. Регулятор представляет собой аналоговую СУ с времязадающим контуром RC, синхрони­зированным импульсами с частотой питающей сети. Схема содер­жит блок коммутации операций сварочного цикла, БЗВ, Ф и узел включения. При подаче напряжения на схему и включении педа­ли блок коммутации обеспечивает поочередное включение тиристорных ячеек, задающих последовательность операций цикла. Узел включения открывает тиристор ячейки «Сжатие». Остальные ячейки находятся в закрытом состоянии. Через открытый тиристор пер­вой ячейки включается БЗВ. Происходит отсчет длительности опе­рации «Сжатие», которая задается с помощью набора резисторов. Одновременно открывается тиристор, включающий обмотку элек­тромагнита электропневмоклапана ЭПК. По истечении заданного времени первой операции БЗВ вырабатывает импульс переключе­ния, поступающий одновременно на входы всех ячеек пересчет­ной схемы. Ячейка выполнена так, что импульс переключения проходит на управляющий электрод тиристора той ячейки, кото­рая следует непосредственно за включенной. Поэтому откроется только тиристор ячейки «Сварка», а тиристор предыдущей ячей­ки закроется за счет подачи импульса гашения. Начинается отсчет времени следующей операции. При этом ЭПК остается во вклю­ченном состоянии. Аналогично отрабатываются все остальные операции.

Напряжение, снимаемое с нагрузки тиристора ячейки «Свар­ка», подается на Ф. Выходные импульсы Ф управляюттиристорным контактором, который обеспечивает подключение свароч­ного трансформатора к сети. После отработки последней опера­ции схема приходит в исходное состояние.

Регуляторы типа РВТ обеспечивают отработку длительности операций в диапозоне 0,02...2 с дискретностью 0,02 сив диапа­зоне 0,04...4 с дискретностью 0,04 с.