Технология и оборудование контактной сварки

снижения синхронизирующего импульса появляется на выходе этой схемы сигнал «Запуск», запирающий диод Д1 (см. рис. 8.8, а).

Начиная с этого момента (начало сварки) выходные прямоуголь­ ные импульсы с фазорегулятора ФР дифференцируются цепочкой С2, R (где R — входное сопротивление У М2) усилителя (точка 3 УМ2). Полученные сигналы (—7 В) интегрируются, усиливаются до —24 В

(точка 9 У М2) и поступают в первичную обмотку		Тр1, где снога
дифференцируются	в импульсном трансформаторе	(UTp II, III),
и отпирают вентили	контактора /С.

После отсчета выдержки времени «Сварка», определяемой поло­ жением переключателя S2 и величиной R2, сигнал с выхода элемента Т-303 «Сварка» запускает выдержку «Проковка» и через триггерную схему отпирает диод Д1> шунтируя выходные импульсы с выхода 9ФР. Сварочный ток прекращается.

По окончании выдержки tup сигнал с элемента Т-303 выдержки

«Проковка» через триггерную схему снимает	сигнал с	усилителя
УM l, клапан ЭПК выключается, электроды	расходятся.	Одновре­

менно этот сигнал поступает на выдержку времени «Пауза», начи­ нается ее отсчет, и по ее окончании на ее выходе появляется сигнал. При разомкнутой педали схема регулятора приходит в исходное положение; при нажатой педали цикл повторяется.

Для стабилизации качества сварки и расширения технологи­ ческих возможностей машин в схему фазорегулятора ФР вводят ряд дополнительных узлов. Например, узлы Я, Т и Э — соответ­ ственно для автоматической стабилизации сварочного тока при колебаниях напряжения сети Uc, при колебаниях Z 2K и для стаби­ лизации напряжения на электродах Яаэ, а также узел М для модули­ рования фронта нарастания и спада импульса сварочного тока. При наличии таких узлов (см. рис. 8.3, 8.8) в рассмотренном фазо­ регуляторе заряд конденсатора (рис. 8.8, б) происходит при замыка­ нии S6 не от постоянного напряжения Un (точка 5), а от разностного AU = U3 — Uoc, где и ъ — опорное напряжение, при котором обес­ печивается надлежащее качество сварки (устанавливается экспери­ ментально); Uoc — фактическое напряжение, которое в результате возмущений может отличаться от Ua на ДU. Эта разность определяет общее зарядное напряжение Ucl конденсатора С1, от которого зави­ сят момент срабатывания транзистора Т2, tB и угол а.

Таким образом, при автоматической отработке возмущений си­ стема ФР по сигналу A U соответственно изменяет Uu и угол а.

Так, например, при произвольном увеличении напряжения сети Uс для сохранения постоянства действующего значения сварочного тока угол а увеличивется, что достигается соответствующим увели­ чением Uа за счет сигнала Д (7С. Наоборот, а уменьшается при умень­

шении и с и я.

Структура разностного напряжения зависит от назначения авто­ матической системы. Так, для обеспечения функции Н оно будет

определяться	выражением	ДUc = UCm3— Uc.oct для функции
Э — AU3a = (Уээ. 3 — и^. ос> для функции			Т — AUT= Ur.e~ ut.о0
и для функции	М — АUu =	Uu.a — Uu.	ос (с“ - Рис> 8.2).

В блоке модулирования М программа изменения UM.ос и соответ­ ственно угла а задается при настройке режима сварки и обычно обеспечивает начальное плавное увеличение тока за счет снижения

угла	и плавный	спад тока за счет его увеличения (см.
рис.	3.7, б) в конце	импульса.

При точечной, шовной и рельефной сварке блоки Н и М обычно являются составной частью аппаратуры управления сварочной ма­ шины. Блоки Э и Т выполняются автономно (см. п. 9.3) и по мере надобности встраиваются в серийную аппаратуру управления цик­ лом сварки. Для повышения качества отработки возмущений блок Э желательно сочетать с одновременной работой блока Н. Блок Т может быть в общем случае заменен блоком Э. Однако пои сварке

металлов	с низким значением удельного электросопротивления,
а также	при невозможности измерения	[7ЭЭ для компенсации воз­
мущений,	связанных с изменением Z2K	применяют блок Т

Регуляторы типа РВИ — многопрограммные устройства, пред­ назначенные для выполнения циклов точечной, шовной и рельефной сварки. Они могут быть также использованы для программ стыковой сварки и для выполнения, кроме сварочных, ряда вспомогательных

иконтрольных операций. Эти регуляторы отличаются дискретным принципом программирования режима сварки как по времени, так

ипо уровню регулируемого параметра. На рис. 8.9 приведена упро­ щенная четырехпозиционная структурная схема такого типа регу­ лятора для точечной сварки, обеспечивающая при соответствующей

настройке	три циклограммы	усилия сжатия (см.		рис. 3.6, а—в),
а также	модулирование	переднего фронта		импульса тока
(см. рис. 3.7, б). Эти регуляторы			построены на интегральных микро­
схемах (серии К511) и содержат			следующие элементы:

1)блок тактирования Б Т , формирующий остроконечные кратко­ временные импульсы (длительностью — 100 мкс) частотой 100 Гц, напряжением 80—100 В для синхронного управления работой эле­ ментов схемы по числу поступающих на их входы импульсов, которое регламентируется соответствующей установкой;

2)блок задания программы Б З П , который позволяет установить требуемую циклограмму работы машины с помощью регистров «Сжатие», «Сварка», «Импульс», «Проковка», «Пауза» и других эле­ ментов управления функциональной аппратуры регулятора;

3)блок дешифратора Б Д , который преобразует поступающую информацию (записанную обычно двоичным кодом) в управляющее напряжение (постоянное или ступенчатое) для получения заданной формы импульса сварочного тока;

4)блок фазорегулирования ФР, который в принципе не отли­ чается от рассмотренного на рис. 8.8 и может включать элементы И

иМ\

5)световую индикацию (установленную на лицевой панели регу­ лятора), по которой можно судить о работе тех или иных элементов схемы.

Принцип действия этого регулятора (как и регуляторов РЦС-403) заключается в последовательном включении и выключении

Рис. 8.9. Регулятор цикла сварки типа РВИ:

а — структурная схема; б — лицевая панель регулятора РВИ-501

установленных регистрами позиций «Сжатие», «Сварка», «Проковка», «Пауза» интервалов времени цикла точечной сварки (развертка программы во времени), а также последовательном изменении упра­ вляющего напряжения (при помощи блока дешифратора БД), по­ даваемого на фазовращатель ФЯ, изменяющего угол а включения контактора К с целью получения заданной формы импульса свароч­ ного тока (развертка программы по амплитуде).

При включении регулятора в сеть соответствующее устройство ставит все его элементы в нулевое — исходное положение; тактовые импульсы от блока тактирования Б Т не поступают в блок синхро-

низадии БС\ отключены также элементы функциональной аппа­ ратуры.

При нажатии на педаль тактовые импульсы начинают поступать в БС. В соответствии с установленным регистром «Сжатие» интер­ валом времени начинается отсчет длительности этой операции. Одновременно происходит подача сигнала на включение бесконтакт­ ной схемы ЭПК1 через усилитель УM l, происходит опускание электрода и увеличение усилия сжатия. После окончания устано­ вленного интервала времени «Сжатие» вырабатывается сигнал для включения регистра блока позиции «Сварка». В течение этого интер­ вала времени соответствующие тактовые импульсы проходят усили­ тель УМ2, преобразуются в БД (например, при необходимости модулирования сварочного тока) в управляющее напряжение сту­ пенчатой формы, далее поступают в ФР, К и СТр. Точно так же после окончания (или до окончания) длительности позиции «Сварка» вырабатывается сигнал включения позиции «Проковка», который усиливается в У М3 и включает ЭПК2, воздействующий на привод давления ПД. При необходимости технологические возможности аппаратуры могут быть расширены, например, за счет введения в схему регуляторов позиций, обеспечивающих получение интерва­ лов времени охлаждения металла, подачи второго импульса тока, модулирования первого и второго импульсов сварочного тока по специальной программе, выполнения контрольных и вспомогатель­ ных операций и т. д.

Частично это реализовано в восьмипозиционном регуляторе типа РВИ-801 (см. табл. 8.1).

После окончания позиции «Пауза» (при режиме «Одиночная сварка») устройство устанавливает элементы регулятора в нулевое исходное положение. При установке режима «Серия сварок» после окончания позиции «Пауза» начинается отсчет позиции «Сжатие» и повторная отработка заданного цикла сварки. Органы управления регуляторов, позволяющие задавать программу цикла сварки, рас­ полагают на их лицевой панели. Так, на рис. 8.9, б показана панель универсального регулятора РВИ-501 для точечной и шовной сварки.

Переключатель S5 позволяет устанавливать три варианта сварки: а) шовную Ш1 сварку пульсирующим током, при постоянном усилии сжатия, с непрерывным и шаговым за счет включения элек­ тромагнитной муфты (см. гл. 5) вращением роликов, а также с воз­ можностью регулирования длительности tCE и tn соответственно регистрами 3, 4, 5. За счет регистра 6 (М) можно модулировать

передний фронт импульса тока; б) шовную сварку Ш2 с непрерывным протеканием тока, постоян­

ным усилием сжатия	и постоянной скоростью вращения роликов;
в) точечную сварку	Т одним импульсом тока (тумблер S3 стоит

в верхнем положении) при постоянном давлении. Передний фронт первого импульса также можно модулировать. При нижнем поло­ жении тумблера S3 циклы сварки автоматически повторяются. Время tu устанавливается регистрами 4, 5.

Тумблер S6 позволяет реализовать цикл сварки с током (верхнее положение тумблера) и без тока. Модульный переключатель ре­

гистра 7 позволяет изменять действующее значение тока «Нагрев» (блок ФР).

Регистры (модульные переключатели) обеспечивают регулировку интервалов времени: 1 — «Предварительное сжатие», 2 — «Сжатие», 3 — «Сварка», 4 — «Проковка», 5 — «Пауза». При верхнем поло­ жении тумблера интервалы времени 1 изменяются от 0 до 99 пери­ одов; в нижнем положении интервалы времени удваиваются. Плавкие предохранители F I, F2 установлены на входе сетевого напряжения, F3 в сети питания элементной базы регулятора напряжением 24 В.

Индикаторы (световоды) регистров	1, 2, 3, 4, 5	(соответственно
Я /, Н2У НЗ, Н6У Н7) сигнализируют	работу позиций сварочного
цикла, Н9 — включение клапана Э П К , Н10 — включение			привода
вращения роликов, Н11 — включение напряжения		сети,	Н12 —

«Готово к сварке» (наличие охлаждающей воды на тиристорах кон­ тактора).

Основными внешними элементами, непосредственно связанными с регулятором, являются электромагнитная катушка клапана Э П К , реле муфты шагового включения роликов, реле включения привода вращения роликов, контакты педали, импульсный трансформатор контактора /С, гидравлическое реле и др.

В регуляторах РВД-200 (см. табл. 8.2) так же, как и в регуля­ торах РВИ, заложена дискретно-цифровая система программиро­ вания. Однако декатроны, которые являются программоносителями в этих регуляторах, оказались более чувствительными к различного рода помехам (электромагнитным полям, изменениям окружающей температуры, механическим повреждениям). Это обстоятельство стало причиной прекращения производства регуляторов типа РВД.

При массовом производстве, где изменение программы сварки происходит относительно редко, режим сварки задают с помощью программоносителей, в качестве которых используют перфокарты, перфоленты, кинопленку, магнитные ленты и др.

На рис. 8.10 приведена схема программирующего устройства (дискретного типа) с записью программы (последовательность вклю­ чения и длительность операций, а также длительность, форма и

величина импульса тока,	усилия сжатия, тока подогрева и. т. пЛ
на перфодиске. Носитель	информации — перфодиск из светонепро­

ницаемой бумаги с отверстиями, соответствующими записанной программе двоичным кодом, установлен на прозрачном диске и при­ водится во вращение синхронным двигателем Д, что дает возмож­ ность синхронизировать элементы программы с частотой напряжения сети. В момент прохождения отверстий перед источником света на фотодиоды Ф падает световой поток. В результате этого возникают импульсы напряжения, которые после усиления поступают в дешиф­ ратор и затем воздействуют на блоки управления током и усилием сжатия.

В дешифраторе, состоящем из триггеров Т и резисторов /?, им­ пульсы считываются и преобразуются в управляющее напряжение

& & & & & &

н~ГГГГ»~

П рограм м о носи т елоП Р в

ввод программы

У с и л и т е л и I \

					3 =
				г^ГСЧ!-стр
	------	<РР	<р	п
	Uynp т A J			№ 1)
				V	Сеть
Р и с .	8 . 1 0 . С х е м а п р о г р а м м и р у ю щ е г о		у с т р о й с т в а		с з а п и с ь ю п р о г р а м м ы н а
д и с к	е

Uynv ступенчатой формы. Это напряжение программы подается на фазовращатель ФР, где импульсным трансформатором Тр преобра­ зуется в фазу угла а включения контактора К . При этом форма импульса тока будет соответствовать заданной программе, устана­ вливаемой Т и R.

Блок управления программой давления БУД предназначен для преобразования поступающих импульсов, записанных на дорожке усилия сжатия, в заданную программу работы функциональной аппаратуры системы давления машины. Блок по команде с диска включает и выключает соответствующие электропневматические кла­ паны ЭЛ К привода машины П Д , обеспечивая тем самым необходимую циклограмму усилия сжатия.

Машины однофазные переменного тока иногда укомплектованы отдельными шкафами управления, в которых расположены регуля­ торы цикла сварки и контакторы. Обычно их называют прерыва­ телями. Взамен старых прерывателей ПИТ, ПИШ, ПИТМ, ШУ-123 и др. завод «Электрик» (г. Ленинград) выпускает серию прерывате­ лей ПК-200, ПК-1200 (с тиристорными контакторами) и ПКТ-1200 (с игнитронным контактором). Эти прерыватели пригодны для точеч­ ной и шовной сварки.

§	8 . 3 .	П Р И М Е Н Е Н И Е			Э В М	В	С И С Т Е М А Х	К О Н Т Р О Л Я
И	А В Т О М А Т И Ч Е С К О			Г О	У П Р А В Л Е Н И Я
П Р О Ц Е С С А М И			К О Н Т А К Т Н О Й				С В А Р К И

В последние годы разработаны и внедряются в серийное производство изделий ответственного назначения системы контроля и автоматического управления технологическими процессами кон­ тактной сварки с широким использованием вычислительной техники.

По назначению эти системы можно подразделить на системы контроля качества сварки и управления одной машиной; системы

группового управления; автоматизированные системы управления технологическими процессами сварки участка, линии, цеха и предприятия.

Для повышения надежности сварных соединений целесообразно процессы контактной сварки вести с использованием активного конт­ роля (замкнутой системы управления, см. рис. 8.2) и различного рода математических моделей (см. § 9.3).

Разработка и практическое использование в аппаратуре контроля и управления статистических моделей процессов сварки были бы невозможны без разработки и установки на машине датчиков пара­ метров процесса сварки и устройств вычислительной техники, в том числе микроЭВМ (рис. 8.11).

Основой микроЭВМ является микропроцессор — устройство циф­ ровой обработки информации, осуществляемой по программе. Микро­ процессор реализуется в виде одной или нескольких микросхем высокой степени интеграции. Микропроцессор применяют совместно с запоминающим устройством программы ЗУП и запоминающим устройством данных З У Д , а также устройством ввода-вывода

УВВ.

Система, состоящая из микропроцессора и указанных устройств, получила название микроЭВМ или микропроцессорной системы.

Устройство ЗУП предназначено для хранения команд, составля­ ющих программу работы микропроцессора. Программа набирается на клавиатуре, вводится в виде перфоили магнитной ленты. Устрой­ ство ЗУП используется для хранения данных параметров процесса сварки, предназначенных для обработки микропроцессором. Устрой­ ство УВВ обеспечивает ввод данных в ЗУД и их вывод к исполни­ тельным устройствам и устройству индикации УИ.

Функционирование всех узлов и блоков микроЭВМ осущест­ вляется с помощью генератора тактовых импульсов ГТИ.

При разомкнутых переключателях S1 и S2 с помощью устройства УВВ набирается необходимая циклограмма процесса сварки,

которая

реализуется

микроЭВМ

\0Уj - — -

и рассмотренными

выше

устрой­

ствами

(см.

рис.

8.7):

УM l —

ЭПК — ПД-,

ФР — УМ2 — К —

СТр. В отличие от рассмотренных

разомкнутых

систем

управления

ЦЧШЬ'-

процессом

сварки

с

использова­

► Микро-

нием регуляторов типа РДС или

„ Е - Ш К * Т

►процессор

РВИ в разомкнутой системе управ­

I

1св;Ьэ\

[zST

ления с микроЭВМ имеется воз­

folded

можность

быстрой

смены

цикло­

\

МикроЭВМ

грамм.процесса (смена перфокарты,

LLЗУД

диска

или

кассеты

с лентой) с

Р и с .

8 . 1 1 . С т р у к т у р н а я

с х е м а

с и с т е ­

различным изменением параметров

м ы

у

п р

а

в л е н

и я

м

а

ш и н

к о н

т

а к т н о й

режима (например, сварочного то­

с

в а р

к и

с

и с п

о л

ь з о в

а

н и

е м

л о

к

а л ь н о й

ка) в

процессе сварки. Однако во

м

и к р о

Э

В

М .

всех разомкнутых системах управления процессом выбранное заранее изменение параметров режима сварки не корректируется во время сварки (например, диаметра литого ядра d при точечной сварке), и в конце процесса отсутствует информация о полученном качестве шва.

В замкнутой системе контроля качества сварки и управления процессом (переключатели S1 и S2 замкнуты, рис. 8.11) сигналы с датчиков Д (например, сварочного тока iCBt падения напряжения на электродах Uadi усилия сжатия Ясв деталей и текущего времени /), установленных на сварочной машине СМ, после преобразования в цифрокоды в устройствах ПУ попадают в устройство УВВ, где перерабатываются микропроцессором в соответствии с указанием программы, записанной в ЗУП. В программе отражена установлен­ ная ранее функциональная связь параметров процесса (iCB (Ууэ, Fси» 4в) с размерами шва (например, с диаметром d). После обра­ ботки информации микропроцессором в реальном масштабе времени устройством УВВ формируются выходные команды (iCBi FCB испол­ нительным устройствам (УM l и ФР) и подаются сигналы в устрой­

ство индикации УИ , где записываются не	только параметры
режима сварки, но и вычисленные размеры	шва (например, диа­
метр d).
Кроме этого, выходной сигнал, пропорциональный, например,
текущему значению диаметра rf, сравнивается	в устройстве сравне­

ния СУ со значением номинального диаметра dBy заданным уставкой, и в момент равенства этих значений на выходе устройства СУ форми­ руется сигнал, поступающий в отключающее устройство ОУ свароч­ ного тока. Последнее шунтирует управляющие импульсы на выходе фазорегулятора ФЯ, и сварочный ток прекращается. В этой системе также все операции процесса сварки осуществляются в последова­ тельности, записанной в программе.

Наряду с системами управления одной машиной большое внима­ ние уделяется разработке систем управления группой одновременно работающих машин, установленных в сборочно-сварочной линии и связанных между собой единым транспортным конвейером. Напри­ мер, полуавтоматический участок линии сварки кабины грузового автомобиля состоит из 22 сварочных установок, объединенных конвейером возвратно-поступательного типа. Производительность линии 65—70 кабин в час.

Для обеспечения нормальной работы линии, быстрого обнару­ жения неисправностей, повышения качества сварки, сокращения времени простоев, снижения брака, повышения производительности труда разработаны как в нашей стране, так и за рубежом системы управления, включающие центральную управляющую мини-Э^м и индивидуальную электронную аппаратуру на каждом из 22-^50

сварочных постов и отдающие предпочтение отдельным	сва­
рочным постам на критических участках линии сборки и сварки	на-
бин.

Система управления осуществляет измерение и контроль свароч­ ного тока, падения напряжения на электродах и других параметров

Рис. 8.12. Схема

иерархических

систем

управ­

Г”

1

ления

сварочным

производством:

1

А С У П

|

/IIуровень

С А У — система автоматического управления

точеч­

|----------

-t— —

ной (ТКС), шовной (ШКС) и стыковой (СКС) сваркой

\II уровень |

А С У ТП

СВ |

1

процесса,

по

результатам

анализа ко­

Г

'

Л окальные

САУ

торых

вырабатываются

управляющие

1

Г

,

\

,

1уровень

воздействия

по изменению

сварочного

|

1ГН С I

I шнс| | СКС |

тока или времени сварки. Если систе­

L

ма не

в состоянии

провести необходи­

мую корректировку

режима для

получения

качественных

соедине­

ний,

сварка

прекращается

и

срабатывает

индикатор. Сварка

мо­

жет

быть

продолжена

лишь

после устранения

причин, вызвавших

появление

некачественного

соединения,

в

т. ч.

необходимость за­

точки

электродов.

Управление процессом

сварки

с

помощью

по­

добной

системы обеспечивает

большую точность, меньший брак при

сварке,

мало

зависит от квалификации сварщика, сокращает время

проверки

качества

и тем

самым

увеличивает

производительность

труда.

В последние годы в массовом производстве широко применяют роботы (см. гл. 7) различных конструкций, которые выполняют операции сварки, а также транспортирование деталей. Они являются неотъемлемой принадлежностью отдельной машины контактной сварки или поточной линии, а в ряде случаев и входят в ее кон­ струкцию. Эффективность применения роботов во многом опреде­ ляется возможностями использования групповых систем упра­ вления на базе центральной ЭВМ.

Математическое обеспечение системы управления линией роботов строится на основе принципа модульного программирования и состоит из управляющей программы-диспетчера и совокупности специализированных программ, работающих под управлением диспетчера. Диспетчер организует вычислительный процесс, замкну­ тый на линию роботов и протекающий в реальном масштабе времени. Величина кванта времени равна 20 мс и синхронизируется с частотой напряжения сети.

Система управления линией роботов обеспечивает следующие функции: координацию управлением перемещения рабочего органа (сварочных клещей) по требуемой траектории; управление скоростью движения манипулятора робота; управление режимами сварки для каждого робота; управление конвейером; обучение робо­ тов; контроль основных параметров питающих сетей; сокращение расхода электрической энергии; контроль качества сварки, диагно­ стирование состояния сборочно-сварочного оборудования линии; замену вышедших из строя роботов резервными.

Современная организация труда выдвигает новые требования к системам управления как сварочными процессами, так и ком­ плексами предшествующих и последующих технологических опера­ ций. Появляется необходимость в получении информации о состо­ янии оборудования в любой момент времени, в учете и анализе про­ стоев, в обнаружении и прогнозировании неисправностей отдельных

элементов автоматических линий, в выявлении резервов повышения производительности труда, экономии электроэнергии и материалов и т. п. Необходимы систематический сбор данных, их первичная обработка и статистический анализ всего сварочного производства участка, цеха за любой промежуток времени. В настоящее время разработаны функциональные схемы систем управления технологи­ ческим процессом сварки (АСУ ТП СВ), основанные на использо­ вании ЭВМ трех уровней, призванные обеспечить управление сва­ рочными производственными процессами на уровне как одной ма­

шины (локальные САУ), так	и линии, участка, цеха (АСУ ТП СВ)
и предприятия (АСУП) (рис.	8.12).