Разновидности систем программного управления

Тиристорные контакторы.В качестве 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 рисунок. 3.9 два тиристора VS1и VS2включены встречно-парал­лельно. Их управляющие электроды через диоды VD1, VD2и рези­сторы R1, R2 подключены к обмоткам IIи IIIтрансформатора 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) V1.

I—III — обмотки трансформатора Т1; R1—R7— резисторы; C1, C2 — конденсаторы; Т2 — сварочный трансформатор; V1— тиратрон; VD1— VD6— диоды; VS1, VS2— тиристоры; U_c — напряжение сети

Рисунок. 6.6 – Электрическая схема тиристорного контактора

В исходном состоянии тиристоры VS1и VS2закрыты и не про­водят ток. С РЦС на обмотку 1 трансформатора T1 поступают уни­полярные симметричные импульсы с частотой, в 2 раза превы­шающей частоту сети. Со вторичных обмоток II и III эти импуль­сы подаются на управляющие электроды тиристоров VS1 и VS2.Поскольку тиристоры соединены встречно-параллельно, то вклю­чится тот из них, к аноду которого в данный момент времени прилагается положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод включится другой тиристор, и таким образом через сварочный трансформатор T2 будет протекать переменный ток. Ре­зисторы R1, R2служат для ограничения тока в цепи управляющих электродов VS1 и VS2. Для ограничения скорости нарастания на­пряжения на тиристорах во время коммутации и снижения им­пульсных перенапряжений служит цепь R3— R4—R5— С1.

Схема сигнализации позволяет контролировать режим полно­фазного тока. В исходном состоянии, когда тиристоры VS1, VS2 не проводят ток, к индикатору V1через выпрямительный мост при­ложено напряжение сети, и он зажигается. При открытых тирис­торах VS1, VS2интенсивность свечения индикатора зависит от фазы их включения. В предельном состоянии, когда через свароч­ный трансформатор протекает полнофазный ток, сопротивление контактора и падение напряжения на нем минимальны, и тира­трон V1 гаснет. Сглаживающий конденсатор С2служит для повы­шения устойчивости горения тиратрона.

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 Φ (см. рисунок. 6.5).

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» (см. рисунок. 6.3). 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.

В настоящее время аналоговые регуляторы вытеснены счетны­ми схемами, работающими на дискретном принципе. Основной злемент таких схем — счетчик электрических импульсов, выпол­ненный как единое целое (декатрон, интегральная микросхема) либо собранный из отдельных элементов (триггер, феррит-диод­ная ячейка). Принцип работы счетных схем заключается в следую­щем. На вход счетчика подают импульсы частотой 50 или 100 Гц, формируемые генератором синхронно с сетью; счетчик отсчиты­вает требуемое число импульсов, заданное уставкой при помощи переключателей; когда число импульсов, поступивших на вход счетчика, станет равным заданному, выдержка времени заканчи­вается и происходит срабатывание исполнительного устройства.

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».

В ИЭС им. Е. О. Патона разработана серия регуляторов времени типа РВТ, в которых в качестве дискретных элементов использу­ют маломощные тиристоры типа КУ-201. Во ВНИИ ЭСО, заводе «Электрик» разработаны и выпускают регуляторы времени тока РВИ и РКС на интегральных микросхемах.

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.

Схема простейшего регулятора времени типа РВТ, обеспечи­вающего задание четырех операций: «Сжатие», «Сварка», «Про­ковка», «Пауза», приведена на рисунок. 6.7. Регулятор представляет собой аналоговую СУ с времязадающим контуром RC, синхрони­зированным импульсами с частотой питающей сети. Схема содер­жит блок коммутации операций сварочного цикла, БЗВ, Φ 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.

ЭПК — электропневмоклапан; БЗВ — блок задания времени; Ф – фазовращатель; ЭПК – электропневмоклапан

Рисунок. 6.7 – Функциональная схема регулятора времени типа РВТ

Напряжение, снимаемое с нагрузки тиристора ячейки «Свар­ка», подается на фазовращатель. Выходные импульсы Φ управляют тиристорным 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.

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 K5U, 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.

Технические характеристики регуляторов типа РВИ приведе­ны в табл. 3.1. Устройство и циклограммы работы различных регу­ляторов типа РВИ описаны в [28].

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

Регуляторы цикла сварки типа РКС.В последние годы на основе достижений микроэлектроники разработан новый тип регуляторов цикла сварки с применением интегральных микросхем серии К155. Схема этих регуляторов принципиально не отличается от рассмот­ренных регуляторов типа РВИ и РВТ, содержит такие же основные узлы и блоки, но характеризуется повышенной на­дежностью в работе и увеличением срока службы.

В РКС функциональные возможности регуляторов расширены. Регуляторы обеспечивают управление машинами переменного тока, машинами с выпрямлением во вторичном контуре, низко­частотными и конденсаторными как общего назначения, так и специальными. Так, например, регулятор РКС-501 имеет пять не­зависимо регулируемых временных интервалов: «Предварительное сжатие», «Сжатие», «Сварка», «Проковка» и «Пауза». Модифика­ции этого регулятора позволяют увеличить число регулируемых интервалов времени, обеспечивая режим пульсирующей сварки с приложением повышенных усилий обжатия и проковки.

По принципу действия регуляторы РКС относят к системам дискретного задания временных интервалов по периодам питаю­щей сети. В качестве основной дискретной ячейки используют триг­гер типа К155ТМ2 (основа для построения пересчетных схем). Другие функции схемы выполняют с помощью логических эле­ментов типа К155ЛАЗ, К155ЛА4. Регуляторы РКС взаимозаменяе­мы сдругими регуляторами.

Регуляторы цикла сварки типа ШУ для машин с выпрямлением во вторичном контуре и низкочастотных.Аппаратура управления типа ШУ (шкафы управления) разработана на базе унифициро­ванных электронных блоков и предназначена для задания свароч­ного цикла, регулирования и стабилизации сварочного тока то­чечных, рельефных и шовных машин и имеет следующие вариан­ты исполнения: ШУ-342 — для шовных машин с однополупериодной схемой выпрямления; ШУ-344 — для шовных машин с двухполупериодной схемой выпрямления; ШУ-346 — для точечных и рельефных машин с однополупериодной схемой выпрямления; ШУ-347 — для точечных и рельефных машин с двухполупериодной схемой выпрямления; ШУ-349 — для точечных и рельефных низкочастотных машин.

Схемы управления сварочным током и циклом шкафов управ­ления выполнены по единому принципу, на одинаковых блоках и отличаются функциональными особенностями машин.

Рисунок. 6.8 – Циклограммы работы ШУ-349 для низкочастотных машин (ре­жимы работы по току I_св с постоянным усилием сжатия F_сж)