Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства»

Р. А. Цепенев

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ПРОЦЕССОМ СВАРКИ

Учебное пособие

Тольятти 2001

УДК (621.791:681.52)(075.8)

Цепенев Р.А. Автоматическое управление процессом сварки: Учеб. пособие. – Тольятти: ТолПИ, 2001. – 74 с.

Изложены основные вопросы по разработке технического задания на проектирование автоматических систем управления сварочными процессами, рассмотрены схемы управления циклом работы технологического оборудования в функции времени, пути и параметра, способ описания их работы с помощью диаграмм взаимодействия, а также системы автоматического регулирования основных способов сварки.

Для студентов специальности 12.05.00 «Оборудование и технология сварочного производства» заочной формы обучения и других родственных специальностей.

Табл. 3. Ил. 33. Библиогр.: 6 назв.

Научный редактор: к.т.н., профессор Г.М. Короткова, кафедра

«Оборудования и технология сварочного

производства» ТолПИ.

Утверждено редакционно-издательским советом института в качестве учебного пособия.

ã Тольяттинский государственный университет, 2001

Автоматическое управление процессом сварки

Учебное пособие

Рудольф Анатольевич Цепенев

Редактор Н.А. Фомичева

ЛР 020673. Подписано в печать 10.04.2001.

Формат 60´84/16. Печать оперативная. Усл. п.л. 4,7. Уч.-изд. 4,3.

Тираж Заказ №

Тольяттинский государственный университет Тольятти,

Белорусская,14

Содержание

Введение………………………………………………………….. 3 1.Технологический процесс как объект управления.………… 4

1.1. Базовые понятия и определения из области

автоматического управления………………………………. 4

1.2. Информация, необходимая для проектирования систем

автоматического управления……………………………….. 5

1.2.1. Информация, необходимая для проектирования

систем управления циклом работы технологического

оборудования……………………………………………… 6

1.2.2. Информация, необходимая для проектирования

автоматического регулирования…………………………. 9

2. Автоматическое управление циклом работы

технологического оборудования……………………………. 16

2.1. Принципиальные электрические схемы и способы

описания их работы………………………………………… 16

2.2. Элементарные типовые релейно-контактные схемы

дистанционного управления……………………………….. 19

2.3. Автоматическое управление циклом работы объектов

в функции времени………………………………………….. 22

2.4. Автоматическое управление циклом работы объектов

в функции пути………………………………………………. 26

2.5. Автоматическое управление циклом работы объектов

в функции параметра………………………………………… 28

3. Автоматическое регулирование в области сварки….……….. 32

3.1. Автоматическое регулирование как вид управления……… 32

3.2. Автоматическое регулирование в области дуговой сварки.. 34

3.2.1. Классификация автоматических регуляторов дуговой

сварки……………………………………………………….. 34

3.2.2. Автоматическое направление сварочной головки

по стыку…………………………………………………….. 35

3.2.3. Автоматическое регулирование установочной

длины дуги…………………………………………………. 43

3.2.4. Автоматическое регулирование напряжения дуги……… 45

3.2.5. Автоматическое регулирование наклона электрода

к поверхности изделия…………………………………….. 48

3.

2.6. Автоматическое регулирование тока сварки…………….. 50

3.2.7. Автоматическое регулирование скорости

электропривода…………………………………………….. 52

3.2.8. Автоматическое регулирование проплава при сварке

стыковых соединений……………………………………… 56

3.2.9. Автоматическое регулирование ширины сварочной

ванны……………………………………………………….. 56

3.2.10. Саморегулирование в процессах дуговой сварки……… 57

3.3. Автоматическое регулирование процесса

электрошлаковой сварки……………………………………. 59

3.3.1. Общая характеристика процесса электрошлаковой

сварки………………………………………………………. 59

3.3.2. Автоматическое регулирование напряжения и тока……. 61

3.3.3. Автоматическое регулирование уровня металлической

ванны……………………………………………………….. 62

3.4. Автоматическое регулирование процесса сварки

электронным лучом………………………………………….. 65

3.4.1. Кратка характеристика процесса электронно-лучевой

сварки как объекта управления…………………………… 65

3.4.2. Автоматическая стабилизации фокуса электронного

луча…………………………………………………………. 67

3.4.3. Автоматическое направление электронного луча

по стыку свариваемых кромок…………………………… .68

3.4.4. Управление качеством проплавления при ЭЛС

на основе эффекта вторичной эмиссии электронов………70

3.5. Промышленные роботы в сварке…………………………….70

Литература………………………………………………………….73

Введение

Технология изготовления какого-либо промышленного продукта основана на двух взаимосвязанных, но различных по сути и содержанию процессах: процессе воздействия на предмет труда (изменение его формы, структуры, свойств, положения в пространстве) и процессе управления этими воздействиями.

Содержанием инженерной деятельности в области автоматизации производства является разработка, внедрение в производство и грамотная эксплуатация экономически эффективного технологического оборудования, которое полностью или частично освобождает человека, во-первых, от непосредственного воздействия на предмет труда (механизация производственных процессов) и, во-вторых, от функций управления этими воздействиями (собственно автоматизация производственных процессов).

Поскольку вопросы механизации процессов сварки рассматриваются с той или иной долей подробности в курсах других специальных дисциплин, содержание настоящей учебной дисциплины направлено на освоение вопросов из области автоматического управления производственными процессами и, в частности, процессами сварки.

Рис. 4. Построение области допустимых отклонений

параметров режима

координатами DХ2 = 0; DХ1 = 2 и DХ1 = 0; DХ2 = 5, показана на рис. 4,а. Треугольник, образованный отрезками координатных осей и линией равного уровня, называется областью допустимых отклонений (ОДО) параметров режима. Любая точка, взятая на границе этой области, определяет пару максимально допустимых отклонений для параметров Х1 и Х2, для чего достаточно из взятой точки провести перпендикуляры на каждую из координатных осей. Если координаты точки таковы, что она располагается внутри ОДО, - качество будет выше, т.е. отклонения DYд будут меньше максимально допустимых. Если точка располагается за пределами

ОДО, - качество будет хуже, т.е. отклонения DYд будут больше максимально допустимых.

Таким образом, в техническом задании на проектирование систем автоматического регулирования должно быть указано или уравнение линии равного уровня, позволяющее вычислить максимально допустимые отклонения для параметров режима, или приведена область допустимых отклонений, когда геометрическая интерпретации возможна.

В том случае, когда при двух параметрах режима параметров качества два и более, уравнения и линии равного уровня строятся для допустимого отклонения каждого параметра качества. Так, на рис. 4,б область допустимых отклонений построена для двух параметров качества и ограничена отрезками координатных осей и ближайшими к ним отрезками «аб» и «бв» линий равного уровня.

Если параметров режима три и более, для определения допустимых отклонений параметров режима становится целесообразным проведение полного или дробного факторного эксперимента с центром в точке с рабочими значениями параметров режима. Результат такого эксперимента может быть представлен системой уравнений, связывающих количественно параметры качества с параметрами режима в пределах области изменения (варьирования) параметров режима при проведении эксперимента. Например, для четырех параметров режима (Х1, Х2, Х3, Х4) и двух параметров качества (Y1, Y2) система уравнений может иметь следующий вид:

Y1 = Ко1 + К1*Х1 + К2*Х2 + К3*Х3 + К4*Х4;

Y2 = Ко2 + К5*Х1 + К6*Х2 + К7*Х3 + К8*Х4.

Все коэффициенты К для этих уравнений количественно определяются по результатам эксперимента. Подробно планирование полного факторного эксперимента и обработка его результатов изложены в [2].

Итак, можно сформулировать еще одно обобщение: если параметров режима больше одного, то независимо от количества параметров качества решений по поводу значений максимально допустимых отклонений параметров режима может быть множество.

Кроме параметров режима, процесс сварки характеризуется также параметрами пространственного положения сварочного инструмента. Основными из этих параметров являются: отклонение электрода в сторону от стыка; установочная длина дуги (расстояние от конца электрода до поверхности изделия, выставляемое перед началом сварки) и наклон оси электрода к поверхности изделия.

По поводу этих параметров в техническом задании на разработку соответствующих систем автоматического регулирования должны быть указаны, так же как и для параметров режима, допустимые отклонения от заданных рабочих значений.

Относительно допустимого смещения в сторону от стыка и допустимого отклонения от заданной величины угла наклона вопрос для конкретных ситуаций решается обычно на основе результатов специально организованного эксперимента.

По поводу допустимого отклонения установочной длины дуги на основании многолетнего опыта установлено, что при сварке неплавящимся электродом в широком диапазоне сварочных токов (примерно от 80 до 500 А) при стабилизации установочной длины дуги с точностью ± 0,5 мм обеспечивается желаемое качество процесса сварки. При сварочных токах меньше 80 А точность стабилизации должна быть примерно в два раза выше. При сварке на токах выше 500 А точность стабилизации может быть несколько ниже, например, ± 0,8 мм или даже ±1,0 мм.

Если изделие, которое подлежит сварке, имеет кривизну свариваемого соединения в горизонтальной или в вертикальной плоскости, обусловленную конструкцией изделия, в техническом задании следует дать эскиз соединения с размерами, характеризующими кривизну, или приложить к техническому заданию чертеж изделия, позволяющий количественно судить о кривизне соединения.

Поскольку для отслеживания кривизны потребуется применять специальный датчик, разработчику системы автоматического регулирования обязательно потребуется информация о сборочных приспособлениях и поперечном сечении собранного под сварку соединения. Эти сведения нужны для того, чтобы правильно выбрать габариты датчика (датчиков), а также способ и место его (их) размещения на сварочном оборудовании.

В заключение подчеркнем, что грамотно и полно разработанное техническое задание – залог успешного проектирования автоматической системы управления любым объектом, независимо от его физической природы.

2. Автоматическое управление циклом работы технологического оборудования

При выборе сварочного оборудования, его внедрении, эксплуатации и модернизации инженеру-технологу в области сварки достаточно часто приходится обращаться к принципиальным электрическим схемам сварочных полуавтоматов, источников питания и специальных сварочных установок. Чтобы достаточно свободно, квалифицированно «общаться» с электрическими схемами автоматического управления циклом работы технологического оборудования, инженер-технолог должен, как минимум, уметь:

изображать простейшие схемы подключения сварочного оборудования и отдельных его устройств к питающей сети и простейшие схемы управления этим оборудованием;

читать средней сложности принципиальные электросхемы релейно-контактного управления циклом работы технологического оборудования;

составлять описание работы принципиальных релейно-контактных схем управления средней сложности.

Их работы

На принципиальных схемах электроустановок показывают все электрические элементы устройств, а также связи между ними, необходимые для осуществления и контроля заданных электрических процессов.

Элементы схем и устройства изображают на схемах условными графическими обозначениями в соответствии с ЕСКД совмещенным или разнесенным способом в отключенном (обесточенном) состоянии. При совмещенном способе составные части элементов или устройств изображают в непосредственной близости друг от друга и иногда заключают в прямоугольную рамку.

Для изображения принципиальных схем промышленных установок пользуются разнесенным способом, когда составные части элементов или устройств могут находиться на любом расстоянии друг от друга на поле одного чертежа или даже на разных чертежных листах.

Все элементы на схемах должны иметь буквенно-цифровое обозначение, которое так же как и графическое, регламентируется ЕСКД. Для дальнейшего изложения важно отметить, что все контакты, принадлежащие конструктивно одному и тому же реле

(пускателю, контактору) обозначаются теми же символами, какими обозначена его катушка (электрическая обмотка), для обозначения которой обязательна буква К. Если реле в схеме несколько, вслед за буквой ставят цифру, например, К1, К20 и т.п. Если хотят подчеркнуть специфику реле, после буквы К ставят, например, для реле тока букву S (KS), для реле времени букву Т (КТ) и т. д. в соответствии с ЕСКД.

Описать работу принципиальной схемы можно текстом или графически с помощью диаграммы взаимодействия.

Рассмотрим оба способа применительно к очень простой схеме, представленной на рис. 5,а, где буквой Е обозначен нагревательный элемент (например, печь для пайки), который является объектом управления, а символами S1 и S2 обозначены контакты кнопок с самовозвратом.

Итак, описание текстом.

При нажатии на кнопку S2 получает питание катушка реле К1. Реле срабатывает, встает на самоблокировку через собственный контакт, включенный параллельно кнопке S2, и одновременно другим своим замыкающим контактом подключает нагревательный элемент Е к сети переменного тока.

Чтобы отключить нагревательный элемент Е, необходимо нажать на кнопку S1, размыкающий контакт которой разорвет цепь питания катушки реле К1. При этом реле К1 обесточится, и его контакты вернутся в исходное состояние, разблокировав кнопку S2 и отключив нагревательный элемент от сети. Схема придет в исходное состояние.

Дистанционного управления

На рис. 6 представлены несколько типовых элементарных схем, позволяющих осуществлять включение и отключение объекта дистанционно. Чтобы не усложнять материал, в качестве объекта управления выбран простейший – нагревательный элемент, обозначаемый буквой Е.

Схема подключения объекта к сети изображена на рис. 6,а (схема аналогична рис. 5,а). Все остальные схемы этого рисунка – возможные варианты релейного управления работой этого объекта.

а) б)

в) г)

д)

Рис. 6. Элементарные типовые схемы включения реле

(пояснение в тексте)

Схема б) – объект включен, пока нажата кнопка S, и, следовательно, включено реле К1. Подобная схема применяется в сварочной технике для управления работой сварочных полуавтоматов (например, для включения привода подачи электродной проволоки). Причем кнопка S располагается на рукоятке сварочной горелки и нажата в процессе сварки.

Схема в) – повторяет схему на рис. 5, по которому объяснения даны выше.

При дистанционном управлении объектом часто возникает необходимость управлять его работой с различных рабочих мест или с различных пультов управления (например, с основного и переносного). В этом случае применяют схему г) – замыкающие контакты пусковых кнопок (кнопки S3 и S4) включают параллельно, размыкающие контакты стоповых кнопок (кнопки S1 и S2) включают последовательно. На одном из пультов располагают, например, кнопки S1 и S3, на другом - кнопки S2 и S4.

Очень часто для включения и отключения объекта используют мощные пускатели или контакторы, а для управления такими пускателями – маломощные реле (схема рис. 6,д).

К типовым схемам дистанционного управления следует отнести и схемы управления реверсивным включением электропривода, которые широко применяются в сварочной технике для управления направлением перемещения сварочного инструмента, электродной и присадочной проволоки.

В качестве приводных электродвигателей в различных сварочных автоматах и полуавтоматах используют или трехфазные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором, или двигатели постоянного тока, как правило, с независимым возбуждением.

На рис. 7 показана одна из возможных схем управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Чтобы осуществить реверс такого двигателя, необходимо поменять на его клеммах (клеммы «а», «в», «с») любые две фазы (на рисунке меняются местами фазы L1 и L3).

В схемах управления реверсом обязательно предусматривается взаимная блокировка пускателей К1 и К2. Для этой цели в цепь катушки пускателя К1 включают размыкающий контакт пускателя К2, а в цепь катушки пускателя К2 – размыкающий контакт пускателя К1. Такая блокировка запрещает одновременное включение пускателей, ведущее к двухфазному короткому замыканию в цепи двигателя М, при случайном, например, одновременном нажатии пусковых кнопок.

При включении пускателя К1 (нажата кнопка S2) вал двигателя М вращается в одну сторону. При включении пускателя К2 (нажата кнопка S3) – в другую.

Для управления реверсом двигателя постоянного тока с независимым возбуждением может быть использована эта же релейная схема, поэтому на рис. 8 показаны лишь варианты включения контактов пускателей в цепи якоря двигателя для его реверсирования.

Вообще, чтобы осуществить реверс такого двигателя, необходимо изменить полярность питающего напряжения или на его обмотке возбуждения, или на его якоре. При управлении двигателями малой и

Рис. 7. Реверсивное включение асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором

а) б)

Рис. 8. Реверсивное включение двигателя постоянного тока

с независимым возбуждением:

а) – останов со «свободным выбегом;

б) – останов с электродинамическим торможением

средней мощности реверс осуществляют обычно по цепи якоря двигателя. Для этого можно применить схему (рис. 8,а), в которой останов двигателя при его отключении происходит по принципу «свободного выбега» за счет трения между механическими частями привода, или схему (рис. 8,б), в которой использовано электродинамическое торможение двигателя за счет создания

короткозамкнутого контура «а-б-в-г», в котором при отключении двигателя от сети возникает бросок тока в момент замыкания контактов К1 и К2 в цепи якоря, что обусловливает, в свою очередь, возникновение тормозного момента, гасящего остаточную кинетическую энергию вращения якоря. Двигатель останавливается практически мгновенно. Такое включение двигателей широко применяется в сварочных автоматах и автоматических сварочных головках. Однако следует иметь в виду, что короткозамкнутый контур можно создавать только для двигателей малой и средней мощности, со сравнительно большим активным сопротивлением обмотки якоря.

2.3. Автоматическое управление циклом работы объектов в функции времени

Задача создания выдержек времени, обеспечивающих необходимую последовательность включения и отключения технологического оборудования и его отдельных устройств, в зависимости от величины выдержек времени может решаться на основе различной элементной базы.

Для диапазона выдержек времени примерно от 0,01 до 1,0 с, которые характерны для контактной точечной сварки и для дуговой сварки неплавящимся электродом в импульсном режиме, применяются электронные устройства, содержащие счетчики импульсов, шифраторы и дешифраторы. Устройства эти можно назвать «датчиками временных импульсов», т.е. импульсов, выдаваемых через заданные промежутки времени. Эти импульсы далее могут быть использованы для управления бесконтактными силовыми элементами (например, тиристорами) или контактной аппаратурой.

Для создания выдержек времени более одной секунды применяют, как правило, реле специальной конструкции, которые в каталогах именуются как «реле времени». Эти реле имеют обычно настроечный орган, позволяющий плавно или дискретно изменять время срабатывания контактов или время их отпускания, или и то и другое время их работы.

Изображение контактов реле времени на принципиальных электрических схемах зависит от того, какой промежуток времени (срабатывания или отпускания) является регулируемым (табл.2).

Реле времени на схемах могут обозначаться или только буквой К,

которая обязательна для обозначения любого реле, или сочетанием двух букв - КТ.

В зависимости от конструкции реле времени могут иметь или только контакты, работающие с выдержкой времени, или с выдержкой и без выдержки в различных сочетаниях и в различном количестве.

Таблица 2

Обозначение и наименование контактов

с выдержкой времени

Изображение на диаграмме взаимодействия работы реле с различными по типу группами контактов показано в табл. 3.

Рассмотрим две простые схемы, которые дают представление о способе автоматического управления в функции времени.

На рис. 9,а представлена схема управления работой нагревательного элемента Е, на рис. 9,б – диаграмма взаимодействия для этой схемы. В автоматическом режиме схема обеспечивает включенное состояние объекта в течение заданного промежутка

времени и его отключение. Отключение схемы производит реле времени К2 своим размыкающим контактом, при размыкании которого само теряет питание. По этой причине работа этого реле изображается не трапецией, а треугольником, т.к. смена состояния контактов и прекращение питания катушки совпадают по времени.

Таблица 3

Изображение на диаграмме взаимодействия

работы реле с различными контактами

На рис. 10,а показан цикл работы двух нагревательных элементов (Е1 и Е2). В автоматическом режиме схема должна обеспечить работу первого объекта в течение времени t₁, отключение объекта Е1 через этот промежуток времени и одновременное включение второго объекта. Объект Е2 должен проработать в течение времени t₂, после чего должен быть отключен, а схема должна придти в исходное состояние. Обеспечить такой цикл позволяет, например, схема, изображенная на рис. 10,б, чему подтверждение – диаграмма взаимодействия для нее, представленная на рис. 10,в.

а) б)

Рис. 9. Вариант схемы управления работой одного объекта

в функции времени: а) принципиальная схема;

б) диаграмма взаимодействия для этой схемы

б) в)

Рис.10. Вариант схемы управления работой двух объектов

в функции времени: а) заданный цикл работы объектов;

б) принципиальная схема управления; в) диаграмма

взаимодействия для этой схемы

В функции пути

При управлении работой объектов в функции пути коммутация электрических цепей в схемах управления производится в зависимости от положения в пространстве перемещающихся рабочих механизмов или органов технологического оборудования, рабочих агрегатов или обрабатываемых деталей. Информацию о пространственном положении указанных объектов схема управления получает от путевых датчиков, расположенных в соответствующих точках пространства на основном и вспомогательном оборудовании. Эти датчики в зависимости от их

Рис. 11. Управление работой объекта в функции пути:

а) условный узел (У), перемещающийся от двигателя М;

б) схема включения двигателя М; в) схема, позволяющая

автоматически остановить узел в крайних положениях;

г) схема, обеспечивающая возвратно-поступательное

движение в автоматическом режиме

назначения называют или конечными выключателями, если они служат только для ограничения хода объекта, т.е. для его остановки, или путевыми выключателями, если после воздействия на них

объект продолжает движение. Путевые датчики конструктивно могут быть бесконтактными (например, фотодатчики) или контактными, которые используются гораздо чаще бесконтактных и представляют собой модификацию кнопки с самовозвратом: имеют подвижный шток, пружину и систему контактов, расположенных в корпусе.

На рис. 11,а показан условный механический узел У, который перемещается с помощью асинхронного электродвигателя М, включенного по реверсивной схеме (рис. 11,б). На рис. 11,в приведена схема ручного дистанционного управления этим двигателем и, следовательно, перемещением узла У. Для ограничения перемещения узла использованы конечные выключатели S4 и S5. Пусть при включении пускателя К1 узел перемещается влево до крайнего положения Б. В этом положении узел воздействует на шток конечного выключателя S4, контакты которого разорвут цепь питания катушки К1, пускатель отключится, и двигатель остановится. В правом крайнем положении (положение А) узел воздействует на конечный выключатель S5, контакты которого разорвут цепь питания катушки К2, пускатель и двигатель отключатся от сети и узел остановится. Включение двигателя осуществляется кнопками S2 и S3, а останов, когда узел находится не в крайних положениях, кнопкой S1.

Предположим теперь, что узел У должен автоматически совершать возвратно-поступательное движение из положения А в положение Б и обратно до тех пор, пока не будет нажата кнопка S1. Такой режим работы узла может быть обеспечен, если, кроме размыкающих контактов выключателей S4 и S5, использовать еще и замыкающие контакты этих выключателей (рис. 11, г). При этом замыкающий контакт выключателя S5 следует включить параллельно кнопке S2, а замыкающий контакт выключателя S4 – параллельно кнопке S3. Тогда в положении Б размыкающий контакт S4 отключает пускатель К1, но одновременно своим замыкающим контактом подает питание на катушку пускателя К2, который, включаясь, осуществляет реверс двигателя М, и он перемещает узел У из положения Б в положение А. В положении А выключатель S5 под воздействием узла отключает пускатель К2 и одновременно подает питание на катушку пускателя К1, и двигатель начинает перемещать узел из положения А в положение Б и т.д. до нажатия кнопки S1. Однако следует иметь в виду, что схема на рис. 11,г имеет недостаток: если кнопку S1 отпустить, когда узел находится в любом из крайних положений, то произойдет включение двигателя и

узел начнет перемещаться. Поэтому, если использовать эту схему,

узел У может быть остановлен окончательно только тогда, когда он находится в промежуточном положении между А и Б.

В функции параметра

При выполнении некоторых технологических операций включение или отключение отдельных агрегатов или всей технологической установки производят в зависимости от величины того или иного параметра режима, окружающей среды или внутреннего состояния самого объекта. Так, например, при токах, превышающих максимально допустимую величину, срабатывают предохранительные устройства автоматики, отключая от питающей сети электрооборудование технологических установок.

Если параметр, от величины которого зависит коммутация электрических цепей, по своей природе имеет не электрический характер, функциональную схему управления циклом можно в общем случае представить так, как это показано на рис. 12. Величина некоторого параметра Хвх измеряется датчиком Д и преобразуется в электрический сигнал. Таким сигналом обычно служит электрическое напряжение. Сигнал с датчика поступает сначала на усилитель напряжения УН, затем – на усилитель мощности УМ и с него на исполнительное устройство ИУ, в качестве которого может служить или тиристор, или электромагнитное реле. Исполнительные устройства осуществляют включение или отключение объектов управления ОУ1 и ОУ2. Объектов может быть и меньше двух и больше, что не меняет сути способа управления.

Конструктивно все функциональные элементы могут быть объединены в одном устройстве. Например, если параметр по своему характеру электрическая величина, таким устройством может быть электромагнитное реле. Если же параметр неэлектрической природы, то каждый из функциональных элементов может быть отдельным устройством. Некоторые из возможных вариантов схем приведены на рис. 13. Так, если необходимые переключения требуется осуществить в функции электрического напряжения, может быть использована схема (рис. 13,а): реле К сработает только при таком напряжении U, когда напряжение на реле будет равно напряжению срабатывания; нужное соответствие между напряжениями достигается настройкой резистора R. Такая схема используется при автоматическом

управлении сваркой неплавящимся электродом для управления включением и отключением осциллятора: реле срабатывает при

холостом ходе сварочного трансформатора и отключается, когда зажигается дуга, т.к. напряжение дуги меньше напряжения холостого хода примерно в пять раз.

Если переключения требуется осуществлять в функции тока, может быть использована схема (рис. 13,б), когда катушка реле КS непосредственно включена в цепь тока (такая схема, например, применяется в некоторых полуавтоматах для сварки плавящимся электродом, когда привод подачи проволоки включается при возникновении тока в сварочной цепи), или схема (рис. 13,в), когда для включения реле К приходится использовать усилительную технику (на рисунке – это усилитель У).

Рис. 12. Блок – схема системы управления в функции параметра

а) б) в) г)

д) е)

Рис. 13. Примеры схем управления в функции параметра

(пояснение в тексте)

Если переключения требуется осуществлять в функции тока, может быть использована схема (рис. 13,б), когда катушка реле КS непосредственно включена в цепь тока (такая схема, например, применяется в некоторых полуавтоматах для сварки плавящимся

электродом, когда привод подачи проволоки включается при возникновении тока в сварочной цепи), или схема (рис. 13,в), когда для включения реле К приходится использовать усилительную технику (на рисунке – это усилитель У).

Для управления в функции скорости вращения какого-либо вала в качестве датчика и одновременно усилителя может быть использован тахогенератор ТГ (рис. 13,г), напряжение которого прямо пропорционально скорости вращения его якоря. Вал тахогенератора механически связывают с рабочим валом, скорость которого измеряется. Напряжение срабатывания реле К подбирают таким образом, чтобы реле сработало при заданном значении скорости вращения рабочего вала (согласующий потенциометр на схеме не указан). Схема может быть использована, например, при сварке сопротивлением, когда вращающуюся деталь приводят в соприкосновение с деталью неподвижной при определенной скорости вращения первой детали.

При переключениях в функции температуры может быть применена или схема (рис. 13,д) (температура измеряется термопарой ТП), или схема (рис. 13,г) (температура измеряется по инфракрасному излучению с помощью фоторезистора, имеющего максимум чувствительности в области инфракрасного излучения). Последние две схемы используют иногда для управления циклом контактной точечной сварки. Термопару встраивают в электрод и, когда температура в точке спая достигает заданного значения, ток сварки отключается. Фоторезисторы устанавливают обычно на сварочный электрод так, чтобы резистор воспринимал инфракрасное излучение приэлектродной области и, когда фототок в цепи резистора достигнет заданного значения, сварочный ток отключится.

Заданные значения измеряемых параметров обычно определяются заранее на основе результатов лабораторных или производственных экспериментов.

В заключение раздела рассмотрим работу фрагмента схемы управления циклом аргонодуговой сварки (рис. 14). Фрагмент иллюстрирует способы автоматического управления в функции времени и параметра.

Работа схемы начинается с нажатия на кнопку S2, при замыкании контактов которой подается напряжение на катушку контактора К1. Контактор включается и через свои замыкающие контакты подает напряжение на сварочный трансформатор ТС, электромагнитный клапан подачи газа Y и две катушки реле времени (реле КТ1 и КТ2).

При подключении сварочного трансформатора ТС к сети возникает вторичное напряжение (напряжение холостого хода), при

котором срабатывает реле дуги К2 и подготавливает цепь питания для осциллятора ОСЦ.

При срабатывании клапана Y в систему начинает поступать защитный газ. Через заданный промежуток времени, в течении которого осуществляется продувка перед сваркой системы подачи газа, замыкается контакт в цепи осциллятора. Осциллятор подключается к сети и возбуждает дугу. При возникновении дуги вторичное напряжение трансформатора ТС существенно уменьшается и реле К2 отключается, отключая от сети осциллятор.

Рис. 14. Упрощенная схема управления аргонодуговой сваркой

Процесс сварки продолжается до нажатия на кнопку S1. При этом отключается контактор К1, который своими контактами отключает от сети сварочный трансформатор (дуга гаснет) и катушки реле КТ1 и КТ2. Газ продолжает поступать в зону сварки до тех пор, пока через установленный промежуток времени контакт КТ2 не отключит питание клапана Y, при этом вся схема приходит в исходное состояние.

Сущность автоматического управления в функции времени, пути и параметра не изменяется при автоматизации любого другого механизированного способа сварки и других технологических операций по изготовлению сварной конструкции, измен