Узлы управления сварочными циклами

Узлы управления сварочными циклами предназначены для автоматического управления последовательностью и продолжительностью включения исполнительных органов автоматов и полуавтоматов. Они представляют собой логическо-временные устройства, в которых связи между элементами определяют логику работы, а сами элементы обеспечивают переключение этих устройств из одного состояния в другое.

Узлы управления сварочными циклами строятся на базе логических схем, запоминающих устройств, схем временных задержек, усилителей мощности и согласующих элементов.

Логическими называются схемы, состояние которых зависит от определенного состояния сигналов на их входах. Под состоянием сигнала

понимается один из двух возможных его уровней — низкий или высокий. Сигнал низкого уровня обозначается нулем (0), а сигнал высокого уровня – единицей (1). Наиболее часто употребляемые логические схемы И, ИЛИ, НЕ.

Схема И – сема логического умножения (совпадения), имеет один выход и не менее двух входов. Сигнал на выходе равен 1, только тогда, когда равны 1 сигналы на всех его входах.

Схема ИЛИ – схема логического сложения, имеет один выход и не менее двух входов. Сигнал на выходе схемы равен 1, когда равен 1 сигнал хотя бы на одном, на нескольких или на всех ее входах.

Схема НЕ – схема логического отрицания (инверсии), имеет один вход и один выход. Сигнал на выходе равен 0, когда сигнал на входе равен 1, и наоборот.

В настоящее время логические схемы широко выпускаются в интегральном исполнении и представляют собой комбинации И – НЕ и ИЛИ – НЕ. Изображение логических схем показано на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Изображение логических схем на чертежах.

 

Запоминающие устройства используются для блокировки кнопок, запускающих сварочный цикл, с целью доработки его до конца независимо от момента поступления команды на окончание сварки. Они реализуются на триггерных схемах. Триггерами называют спусковые или регенеративные устройства с двумя возможными устойчивыми состояниями, в которые они могут устанавливаться управляющими входными сигналами. Функционально триггер можно представить в виде элемента памяти со схемой управления (рис. 2.18). Элемент памяти хранит информацию о результате предыдущего воздействия на триггер. Схема управления реализует правила реагирования триггера на различные входные сигналы и их комбинации.

По реакции триггера на входные управляющие воздействия различают следующие виды входов:

 

Рис. 2.18. Функциональная схема триггера.

 

S – вход для установки (Set – установка) триггера в состояние «1»;

R – вход для сброса (Reset – сброс, возврат) триггера в состояние «0»;

D – вход для установки триггера в состояние «1» при D = 1 или «0» при D = 0 с задержкой (Delay – задержка) переключения выходов Q, Q по отношению ко входу D;

Т – вход переключения (Toggle – релаксатор) триггера в противоположное состояние, поэтому вход Т называют счетным;

J, K – входы для установки (Jerk -- включение) и сброса (Kill -- отключение) триггера в состояние соответственно «1» и «0» аналогично входам S и R; отличие состоит в том, одновременное входов S и R обусловливает неопределенность перехода триггера в одно из двух возможных состояний, а одновременное возбуждение входов J и K вызывает однозначно смену состояния триггера аналогично входу Т;

С – вход синхронизации (Clock – часы) для точного задания моментов переключения состояния триггера;

V – вход для разрешения или запрета реагирования триггера на соответствующие управляющие входы.

Обычно триггеры содержат лишь часть из перечисленных входов, причем некоторые из них являются кратными. По совокупности управляющих входов различают:

RS – триггеры с раздельными входами установки в состояние «0» и «1»; RS – триггеры бывают асинхронными и синхронными, если кроме S и R имеется вход С;

D – триггеры с записью информации по одному входу D в моменты времени, определяемые синхроимпульсами С;

Т – триггеры со счетным входом;

JK – триггеры – универсальные триггеры, в которых входы J и K в отдельности реализуют раздельное управление, а совместно – счетный режим.

Схемы задержки времени обеспечивают задержку выходного сигнала относительно входного на заданный промежуток времени. Основным элементом схемы задержки времени является RC – цепь, конденсатор которой подключен ко входу порогового устройства. Схемы строятся как с зарядом, так и с разрядом конденсатора. В первом случае время t заряда конденсатора С через резистор R до напряжения срабатывания U_ср порогового устройства определяется по формуле

t = RC ln(U_п/U_ср).

Во втором случае время разряда конденсатора определится как

t = RC ln(U_п/(U₀ – U_ср)),

где U_п – напряжение питания заряжаемого конденсатора.

Принципиальная схема задержки времени с компаратором на операционном усилителе приведена на рис. 2.19.

Запуск схемы осуществляется отключением конденсатора С от цепи заряда ключом S. Конденсатор разряжается через резистор R, и в момент, когда напряжение на нем сравняется с опорным, равным U_pR₂/(R₁ + R₂), выходное напряжение схемы изменит знак.

Рис. 2.19. Принципиальная схема задержки времени с компаратором на операционном усилителе.

 

Усилители мощности и согласующие элементы предназначены для преобразования слабых сигналов, поступающих с логических схем и схем временных задержек, в сигналы, достаточные по мощности для включения исполнительных органов полуавтомата. Усилители мощности реализуются на транзисторах, тиристорах, импульсных трансформаторах и реле.

 

Блок управления сварочным полуавтоматом БУ- 01. Обеспечивает управление циклом работы полуавтомата и стабилизацию установленной скорости подачи электродной проволоки. Функциональная схема представлена на рис. При нажатии кнопки на горелке сигнал с ее выхода включает через схему ИЛИ 1 газовый клапан ГК и запускает выдержку времени t₁ (продувка газа перед сваркой). Кроме того, этот сигнал поступает на вход инвертора НЕ 1 и на один из входов схемы совпадения И 1. По истечению промежутка времени, отсчитываемого схемой временной задержки, на ее выходе появляется сигнал, который через схему ИЛИ 2 запускает привод Д и переключает в рабочее состояние запоминающее устройство ЗУ, а через схему ИЛИ 3 включает контактор источника питания дуги КИП. Начинается сварка.

 

 

 

Рис. 2.20. Функциональная схема блока БУ-01.

 

По окончании сварки отпускают кнопку К на горелке, и сигнал с ее выхода становится равным нулю. Это приводит к остановке привода и к появлению сигнала на выходе схемы НЕ 1. При этом газовый клапан ГК и контактор источника питания КИП остаются включенными за счет сигналов, поступающих на схему ИЛИ 1 с выхода схемы И 3 и на схему ИЛИ 3 с выхода схемы И 2. Выходные сигналы со схем И 2 и И 3 обусловлены совпадением по времени сигналов на их входах. На первый вход схемы И2 поступает сигнал с выхода инвертора И2, так как на его входе до окончания отсчета выдержки времени t₂ отсутствует. Аналогичным путем поступает сигнал на первый вход схемы И3. На вторые входы схем И2 и И3 сигнал поступает с рабочего выхода запоминающего устройства.

За время отсчета выдержки t₂ происходит растяжка дуги, а при появлении сигнала на выходе схемы t₂ пропадает сигнал на выходе схемы И2, что приводит к отключению контактора источника питания КИП.

Выдержка времени t₃ заранее устанавливается на значение времени, необходимого для обдува сварочной ванны при остывании после сварки. По истечении этого времени на выходе схемы t₃ появляется сигнал, отключающий по цепи НЕ3, И3, ИЛИ1 газовый клапан ГК, а по цепи НЕ3, И3, НЕ4 возвращающий ЗУ в исходное положение.

При работе полуавтомата в режиме коротких швов – прихваток, т.е. в режиме, когда следующий запуск схемы производится при еще не отключенном в предыдущем цикле газовом клапане, новый цикл начинается без отсчета времени t₁. Это обеспечивается с помощью запоминающего устройства ЗУ и схемы И1.

Блок БУ-01 выполнен на базе дискретных полупроводниковых приборов – диодов и транзисторов. Схемы И и ИЛИ построены на диодах, схемы НЕ и ЗУ на транзисторах. Узел управления частотой вращения электродвигателя в силовой части выполнен по двухполуперидной схеме с управляемым мостом.

Конструкция блока представляет собой металлическое шасси с набором из четырех установленных в нем печатных плат. Кроме того, на шасси блока установлен газовый клапан. На лицевой панели блока имеются два штепсельных разъема для соединения его с пультом дистанционного управления и с подающим механизмом полуавтомата, а также два газовых разъема для включения тракт защитного газа газового клапана.

Вопросы для самопроверки

1.Перечислите основные функции, выполняемые системами автоматического управления при дуговой сварке.

2.Чем отличаются позиционные и контурные системы управления перемещением рабочих органов сварочного оборудования?

3.Составте циклограмму программного управления установкой для сварки плавящимся электродом и установкой для сварки неплавящимся электродом.

4.Для устойчивого горения дуги какая внешняя характеристика источника питания должна быть при ручной дуговой сварке или при сварке неплавящимся электродом и почему?

5.Опишите процессы саморегулирования дуги при механизированной сварке плавящимся электродом с независимой подачей электродной проволоки.

6.При какой внешней характеристике источника питания процессы саморегулирования протекают наиболее быстро и с наименьшей ошибкой?

7.Дайте и опишите структурную схему процесса саморегулирования.

8.Изобразите функциональную схему автоматического регулирования напряжения при механизированной сварке плавящимся электродом.

9.Изобразите и опишите функциональную и структурную схемы автоматического регулирования длины дуги при сварке неплавящимся электродом.

10.Для чего необходимо автоматическое регулирование вылета электрода?

11.Какие системы автоматического регулирования вылета электрода Вы знаете?

12.Опишите принцип работы следящих систем с фотоэлектрическими датчиками.

13.Опишите принцип работы следящих систем с электромагнитными датчиками.

14.Как воздействуют на дугу поперечное электромагнитное поле? Каким способом получают такое поле?

15.Что такое аксиальное магнитное поле и как оно воздействует на дугу и расплавленный металл сварочной ванны?

16.За счет чего производится перемешивание металла сварочной ванны реверсивным магнитным полем? Какое поле при этом должно быть?

17.Что такое логическая схема?

18. Назовите логические схемы, наиболее употребительные в блоках управления сварочными автоматами и полуавтоматами.

19.На каких схемах реализуются запоминающие устройства.

20.Изобразите функциональную схему и опишите принцип работы блока управления БУ-01.