1. Как видно из циклограммы, процесс управления состоит в своевременной подаче и снятии сварочного усилия и сварочного тока .

Примем в качестве исполнительного механизма для подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр электропневмоклапан К1, а для подачи тока – силовой контактор К2. Они легко компонуются с электрической схемой синтезируемого устройства. Токи питания катушки силового контактора велики, а контакты реле управления маломощны. Поэтому контактор К необходимо включать через промежуточное реле К3, имеющее мощные контакты (рисунок 8).

Таблица 2- Релейные схемы управления

Продолжение таблицы 2

Рисунок 10 –Схема управления циклом точечной контактной сварки

2. Из циклограммы (рисунок 11) видно, что К1 должен включаться в начале сварки или после окончания предыдущего цикла сварки, т.е. после окончания выдержки времени «Пауза». К1 должен отключаться после окончания выдержки времени «Проковка».

Силовой контактор К2, а значит и реле К3 должны включаться после окончания выдержки времени «Сжатие», а отключаться – после окончания выдержки времени «Сварка».

3. Для задания выдержек времени «Сжатие», «Сварка», «Проковка», «Пауза» выберем реле времени К5, К6, К7, К8 соответственно.

4. Электрический сигнал начала цикла сварки, как обычно, будем подавать нажатием кнопки «Пуск» S. Чтобы сварщику не пришлось держать кнопку во время цикла нажатой, а при этом цикл сварки продолжался, используя схему релейного элемента памяти на реле К4 (табл.7, п.4).

5. Возвращение (сброс) всей схемы в исходное состояние должно производиться по окончании цикла сварки. Датчиком, преобразующим фактор окончания цикла сварки в электрический сигнал, будет служить реле времени К8. По окончании выдержки времени «Пауза» контакты реле К8 меняют свое состояние на противоположное. Поставим в цепь питания всех реле устройства размыкающийся контакт К8. Размыкаясь, он отключит все реле и вернет схему в исходное состояние. При этом и реле К8 возвращается в исходное состояние. Контакт К8 вновь замыкается. Если педаль машины (кнопка S) остается нажатой, то К4 вновь включается, и цикл сварки повторяется.

Начавшийся цикл сварки прерывать посередине нет смысла. Кнопку «Стоп» в элемент памяти не ставим. Если кнопку S отпустить, то после окончания данного цикла сварки новый цикл не начнется. Таким образом, фактор, необходимости прекращения процесса простановки следующих друг за другом сварных точек преобразуется в электрический сигнал прекращения процесса сварки отпусканием кнопки S.

6. Так как выдержки времени «Сжатие», «Сварка», «Проковка», «Пауза» следуют друг за другом обязательно в приведенной последовательности, то примем схему последовательного включения реле К5-К8, которые реализуют эти выдержки времени.

Включение первого реле времени К5 будем производить по команде от элемента памяти. Сигналом на включение реле К5 будет являться включение контакта К4.2 реле К4. При этом запитывается катушка реле К5 и начинается отсчет выдержки времени «Сжатие». По окончании этого включится контакт К5.1 реле К5. Подается питание на катушку реле времени К6.

По истечении выдержки времени «Сварка» включится контакт К6.1 реле К6. Подается питание на реле К7.

По прохождении выдержки времени «Проковка» включится контакт К7.1 реле К7. Запитывается катушка реле К8.

После окончания времени «Пауза» разомкнется контакт К8 в цепи питания всех реле и произведется сброс схемы в сходное состояние.

7. Слаботочный электропневмоклапан К1 будем включать по сигналу начала нового цикла сварки. Преобразование фактора начала цикла в электрический сигнал будет производить все тот же датчик элемент памяти на реле К4. Его замыкающийся контакт К4.3 ставим последовательно в цепь питания К1. Отключать К1 будем после окончания проковки, т.е. после срабатывания реле времени К7. Для этого в цепь питания К1 устанавливаем размыкающийся контакт К7.2 реле К7. При включении К7 контакт К7.2 будет размыкаться и электропневмоклапан К1 отключаться.

Включение К3 будем производить замыкающимся контактом К5.2 реле К5, а отключение – размыкающимся контактом К6.2 реле К6.

З а д а н и е

Составить следующие релейные схемы управления:

1. Циклом полуавтоматической сварки в защитном газе (рисунок 9 и пояснения к нему ).

2. Включения автомата для дуговой сварки плавлением.

В процессе подготовки автомата к работе используются настроечные кнопки S1 «Вверх» и S2 «Вниз», управляющие движением проволоки соответственно вверх м вниз. Проволока утыкается в изделие. После этого нажимается кнопка S3 «Пуск». При этом в зону сварки подается напряжение. Сварочная проволока поднимается. Возбуждается дуга. По достижении напряжения дуги требуемого значения приходит реверс двигателя подачи проволоки и она начинает подаваться вниз. Начинается сварка. Процесс сварки заканчивается нажатием кнопки S4 «Стоп».

Схема реверсирования трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором для подачи проволоки приведена в табл.7, п.6.

3. Включения и отключения автомата для дуговой сварки.

Схема включения автомата для сварки плавлением дорабатывается для обеспечения заварки кратера в конце процесса сварки. Для этого необходимо обеспечить выдержку времени между моментами прекращения подачи проволоки и сварочного тока.

4. Тележкой сварочного трактора при многопроходной сварке.

Управление может осуществляться полуавтоматически и автоматически:

- полуавтоматический режим:

Кнопкой S1 «Вперед» включается подача тележки в одну сторону – вперед. Тележка останавливается кнопкой S3 «Стоп». После нажатия кнопки S2 «Назад» тележка движется в обратную сторону, а останавливается кнопкой S3;

- автоматический режим:

Кнопкой S1 включается подача тележки вперед. При движении тележка нажимает на установленный в конце шва путевой выключатель К1. Он имеет два контакта – размыкающий К1.1 и замыкающий К1.2. С их помощью производится реверсирование двигателя подачи тележки. Дойдя до другого конца шва, тележка нажимает на другой путевой выключатель К2, подобный К1. Двигатель тележки М2 реверсируется. И т.д. вплоть до сброса схемы нажатием кнопки S3.

Схема реверсирования однофазного двигателя тележки приведена в табл.7,п.7. М1 обозначен вспомогательный двигатель привода якоря генератора . Во время работы автомата М1 включен, и на клеммах якоря имеется постоянное напряжение.

З А Н Я Т И Е 3

АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

Теоретические сведения

Цель занятия – приобретение навыков анализа схем управления на логических элементах.

В системах управления сварочными процессами широко применяются логические элементы как бесконтактные, так и контактные : элементы «Логика Т», реле и т.д. Схемы управления на них выполняют логические операции той или иной сложности, составленные из элементарных логических операций типа «И», «ИЛИ», «НЕ» [5,6].

Логическая операция «И»

Действие, которое определяется операцией «И», произойдет, если выполняются все влияющие на него факторы (условия); если хотя бы одно из условий не будет выполнено, действие не произойдет.

Пусть результат Х зависит от трех факторов А, В,С. Наличие этих факторов будем обозначать цифрой 1, отсутствие - 0). Тогда, реализацию логической операции «И» можно представить таблицей 3.

Логическая операция «И» реализуется с помощью схемы И или схемы совпадения (например, таблица 4, п.1).

Таблица 3 - Реализация логической операции И

Возможная ситуация для аргумента			Х
А	В	С
0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	0 0 0 0 0 0 0 1

Таблица 4- Релейные бесконтактные логические элементы

Напряжение на выходе релейной схемы появиться только при замыкании всех контактов, т.е. при подаче положительных сигналов (положительных потенциалов по отношению к отрицательной клемме источника) на входы А,В,С, которые вызовут токи в обмотках всех трех реле К1, К2,К3.

В бесконтактной схеме также имеется выход и несколько входов. Сигнал на выходе схемы есть только в том, случае, если имеются сигналы на всех входах схемы. Если хотя бы на одном входе сигнала нет, то не будет сигнала и на выходе схемы.

Логическая операция «ИЛИ»

Действие, определяемое операцией «ИЛИ», произойдет, если выполняется хотя бы одно (любое) условие, его определяющее.

Реализацию логической операции «ИЛИ» при трех действующих факторов можно представить таблицей 5.

Таблица 5-Реализация логической операции «ИЛИ»

Возможная ситуация для аргумента			Х
А	В	С
0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	0 1 1 1 1 1 1 1

Логическая операция «ИЛИ» реализуется с помощью схемы ИЛИ – схемы разделения (например, табл. 4.п.2).

В силу параллельного включения контактов реле контактной схемы, напряжение на выходе появится при замыкании любого из них, т.е. при подаче напряжения один из входов: А,В,С.

Для того, чтобы появилось напряжение на выходе бесконтактной схемы, достаточно, чтобы положительный потенциал был подан хотя бы на один вход.

ЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ «НЕ»

Действие, определяемое операцией «НЕ» пройдет, если отсутствует, фактор А, ее определяющий, Если фактор А имеет место, то действие, определяемое операцией, не произойдет.

Реализацию логической операции НЕ можно представить таблица 6.

Таблица 6 -Реализация логической операции НЕ

Возможная ситуация для аргумента А	Результат Х
1 0	0 1

Логическая операция «НЕ» реализуется с помощью схемы НЕ – схемы отрицания (например, таблица 4, п.3).

Сигнал на выходе контактной схемы отсутствует, если на вход подали напряжение U_A, так как при этом контактном К1 размыкается выходная цепь элемента.

Если вход бесконтактного устройства подать отрицательное напряжение, то транзистор откроется. Напряжение на выходе будет равно нулю. Если на входе напряжения нет, то транзистор заперт. На выходе имеется напряжение.

Кроме перечисленных основных логических элементов в устройствах управления используются и многие другие, в том числе триггеры и схемы задержки.

В сварочной технике наибольшее распространение получил универсальный триггер. Он представляет собой переключающее устройство, имеющее два устойчивых состояния. Так триггер Т-102 (элемент «Логика – Т») имеет несколько входов (Рисунок 1). Клеммы 7 и 5 , а также 6 и 8 попарно объединены и выполняют роль двух выходов. Буквой обозначен вход для раздельной установки триггера в состояние 0. - вход для установки триггера в состояние 1. К- вход для установки триггера в состояние 0. - вход для раздельной установки триггера в состояние 1.

Рисунок 11- Принципиальная схема элемента Т-102.

Подачей сигнала по входу триггер сбрасывается в исходное положение. Основными входами являются входы и К. Поочередная подача сигнала на эти два входа приводит к поочередному изменению состояния триггера.

Пусть триод V1 открыт, V2 закрыт, т.е. триггер находится в состоянии 0.

Проанализируем работу триггера:

1.Подадим на вход медленно возрастающий отрицательный по отношению клемме 15 сигнал, т.е. сигнал 1 (единица). Конденсатор С1 медленно заряжается: «-« - на левой, «+»- на правой клемме С1. Изменения состояния триггера не происходит.

2.Резко снимем сигнал со входа . Это соответствует соединению клемм 1 и 15. Положительный потенциал правой обкладки С1 через диод V4 прикладывается к базе V1 , а отрицательный потенциал правой обкладки С1 с клеммы 1 через клемму 15 – к эмиттеру V1. Такая полярность для транзистора V1 является обратной, и он закрывается. При этом падение напряжения на сопротивление R1 уменьшается и потенциал выхода 5,7 возрастает до отрицательного максимума, т.е. становится равным 1. Через Р3 происходит увеличение отрицательного потенциала базы транзистора V2. Это приводит к его открыванию. Увеличивается падение напряжения на сопротивлении Р2.Отрицательный потенциал выхода6,8 уменьшается до возможного минимума, т.е. становится равным 0. Через R4 потенциал базы V1 становится еще более положительным, что еще надежнее запрет V1. Таким образом, произойдет изменение состояния триггера на противоположное (переворот триггера) из 0 в 1.

Повторная подача медленно возрастающего отрицательного сигнала на вход с его последующим снятием не приведет к изменению состояния триггера.

Подача медленно возрастающего отрицательного сигнала на вход К с его последующим резким снятием приведет к перевороту триггера. Он вернется в исходное состояние 0. Кроме того, возвращение в исходное состояние триггера можно произвести замыканием входа R на клемму 15.

Чаще в качестве входных воздействии триггера Т-102 используются резко возрастающие и убывающие отрицательные сигналы. Пусть триггер находится в положении 0. Проанализирует работу триггера при подаче так4их сигналов:

1. Подадим сигнал на вход . При этом происходит заряд конденсатора С1 главным образом по цепи: - клемма 15. Изменения состояния триггера не происходит.

2.Резко снимем отрицательный сигнал со входа . Как отмечено выше, при этом триггер переворачивается.

3.Повторная подача отрицательного импульса на вход не приведет к изменению единичного состояния триггера.

4.Подача импульса на вход К приводит к возвращению триггера в исходное состояние.

В элементах «Логика-Т» управляющим является отрицательный сигнал. Однако в большинстве логических элементов он положителен. При этом несколько меняется последовательность срабатывания триггера.

Логические элементы задержки обеспечивают появление выходного сигнала с задержкой на время после входного сигнала. Сигнал на выходе исчезает одновременно с исчезновением входного сигнала.

Условные обозначения рассмотренных логических элементов приведены в таблице 7.

Работу системы управления на логических элементах удобно анализировать как и релейные системы по принципиальной схеме устройства с построением относительных временных диаграмм. Анализ начинают с момента включения устройства в сеть. Выясняется, как осуществляется сброс его элементов в исходное состояние. Проверяется, не оказывают ли влияние одни элементы устройства на другие. Если оказывают, то определяется последовательность их срабатывания.

Таблица 7 -Условные обозначения логических элементов

Находится звено цепи, которое формирует сигнал «запуск». Начиная от этого звена, определяется последовательность включения элементов по сигналу «запуск» . При циклическом управлении схема должна возвращаться в исходное состояние.

Для примера проанализируем работу устройства асинхронного управления циклом точечной контактной сварки на логических элементах (рисунок 12).

Рисунок 12 –Схема устройства асинхронного управления циклом точечной контактной сварки на логических элементах

Вначале выясним, для чего предназначено устройство для асинхронного по отношению к переменному напряжению сети управления циклом точечной контактной сварки. Оно должно реализовать цикл сварки, изображенный на рисунке 13.

Рисунок 13 –Цикл точечной контактной сварки

Определим, с помощью каких устройств будет осуществляться подача и отключение сварочного усилия и тока . Это происходит с помощью электропневмоклапана ЭПК и контактора К соответственно. На них и должны поступать управляющие сигналы с выхода устройства.

В режиме подготовки к работе включаем его в сеть. На выходе элементов Э1-Э9, Э12, Э13, Э16 – 0,а на выходе звеньев Э10, Э17, Э14- 1. На вторых входах элементов И Э1,Э2,Э4, Э6,Э8-1 с выхода Э10. На первых входах Э12 и Э15 -1 с выхода Э11 и Э14 соответственно.

Запуск устройства в работу осуществляется подачей 1 на первый вход элемента Э1 от кнопки S «Пуск». Появляется 1 на выходе Э1. Срабатывает Э2 и Э12. Через усилитель Э13 подается сигнал на включение ЭПК. Начинается «Сжатие».

По истечении выдержки времени на выходе Э3 появляется 1, поступающая на Э4 и Э15. Последние срабатывают. Через усилитель Э16 подается сигнал на включение силового контактора. Начинается операция «Сварка».

По истечении выдержки времени на выходе 35 появляется 1,поступающая на Э6 и Э14. На выходе Э6 возникает 1, а на выходе Э14- 0. Сигнал на выходе Э15 становится равным 0. Контактор К отключается. Начинается операция «Проковка».

По аналогии с вышеизложенным по истечении выдержки времени появляется 0 на выходе Э11. ЭПК отключается. Начинается операция «Пауза».

По истечении выдержки времени сигнал 1 поступает на Э10. На его выходе появляется 0. Сигналы на вторых входах элементов И , Э1, Э2, Э4, Э6, Э8 становятся равными нулю. Схема приходит в исходное состояние.

Если кнопка S остается нажатой, то вновь включается Э1, и цикл сварки повторяется.

На рисунке 14 приведены относительные временные диаграммы работы элементов устройства. Включенное состояние логического элемента соответствует появлению 1 на его выходе. Время включения и выключения бесконтактного логического элемента считаем пренебрежительно малым.

Рисунок 14. Относительные временные диаграммы работы элементов схемы управления циклом точечной контактной сварки.

З А Д А Н И Е

Провести анализ двух систем управления на логических элементах: