Виды автоматического управления. Задачи каждого вида. Принципы автоматического регулирования.
63. Процесс дуговой сварки как объект управления.
Технологическую операцию «сварка» как объект управления в самом общем виде можно охарактеризовать тремя группами параметров: 1) параметрами пространственного положения сварочного инструмента относительно поверхности свариваемого изделия;
2) параметрами режима;3) параметрами, характеризующими качество сварного шва.
В соответствии с перечисленными параметрами разработаны и применяются автоматические регуляторы, краткая классификация которых представлена на рис. 16. В классификации указаны лишь те из автоматических регуляторов, которые нашли наиболее широкое применение в производственных условиях. В свою очередь, из тех автоматических регуляторов, которые указаны в классификации, наиболее широко применяются: автоматические регуляторы направления сварочной головки по стыку; автоматические регуляторы напряжения дуги; автоматические регуляторы скорости сварки; автоматические регуляторы тока сварки.
П
равильно
выбранные значения параметров первых
двух групп обусловливают требуемые по
технологии значения параметров качества
сварного шва и безаварийное выполнение
процесса сварки, а стабилизация
параметров пространственного положения
сварочного инструмента и параметров
режима позволяет обеспечить и стабилизацию
параметров качества в заданных пределах.
Поэтому очень часто при создании систем
автоматического регулирования дуговой
сварки параметры первых двух групп
выбирают в качестве регулируемых
величин, для каждой из которых созданы
и применяются различного рода
автоматические регуляторы.
Особенностью систем, использующих автоматические регуляторы пространственного положения сварочной головки (инструмента) и параметров режима, является то, что информация о действительной величине параметров качества в этих системах отсутствует. Поэтому были сделаны попытки по созданию таких автоматических регуляторов, в которых регулируемой величиной был бы тот или иной параметр качества сварного шва, или сварочной ванны. Поскольку из всех параметров, характеризующих качество сварного шва, в процессе выполнения сварки контролю в той или иной мере поддаются лишь параметры его геометрии, выбор 34 регулируемых величин оказался очень ограниченным: были разработаны системы стабилизации проплава и системы стабилизации ширины сварочной ванны.
Каждый вид регуляторов, указанных на рис. 16, имеет разновидности по ряду других классификационных признаков, например, по способу измерения регулируемого параметра, по виду усилительных устройств и т.д., но эти разновидности лишь дополняют общую картину и при необходимости будут обсуждаться ниже.
Контактная сварка как объект управления.
Конечной целью контактной сварки является получение сварного соединения деталей со стабильным качеством. Это возможно в первую очередь при обеспечении постоянного контроля и управления процессом формирования температурного поля T(х,y,z,t). Однако такой контроль в полной мере не возможен по следующим причинам:
1) зависимость температурного толя T(х,y,z,t) от большого числа параметров, задающих процесс сварки: сварочное усилие, сварочный ток, характер нарастания сварочного тока, свойства материала деталей, состояние их поверхности, монотонное изменение характеристик сварочной машины вследствие естественного износа и многие другие факторы, которые не поддаются учёту и, в то же время, являются существенными;
2) перечисленные выше параметры не остаются постоянными, а непрерывно изменяются в течение всего процесса сварки;
3) малое время сварки (порядка 0,1 секунды), что затрудняет контроль и изменение даже наиболее важных параметров сварки: ток, сварочное усилие, время сварки.
Исходя из вышесказанного, достижение глобальной цели управления контактной сваркой невозможно, поэтому технологу приходится довольствоваться альтернативными вариантами (частичные решения), когда производится контроль и изменение нескольких наиболее важных параметров сварки: сварочное усилие, ток, время, сварки.
Существовавшие ранее системы управления контактной сваркой (РВИ-7, РМС, РКС) обеспечивали программное регулирование параметров сварки (напряжение, время, давление), где параметры жёстко задаются в начале сварки, и задачи системы сводятся к их поддержанию. Такое регулирование (регулирование без обратной связи) не позволяет учитывать все факторы, оказывающие влияние на качество контактной сварки, в результате чего оно получается нестабильным, а саму контактную сварку становится трудным автоматизировать.
Сегодняшние системы управления контактной сваркой обеспечивают обратную связь, которая позволяет регулировать основные параметры и исключать возможность аварийных режимов. Это резко повысило стабильность качества получаемых сварочных соединений, что сделало возможным отказаться от операции контроля на выходе, проводя контроль параметров в процессе самой сварки. Все системы обеспечения и управления контактной сварки строятся на одних и тех же принципах и элементах, работа которых будет показана далее (рис.8.1).
Рис. 8.1. Структурная схема сварочного комплекса:
1 – вторичный контур; 2 – сварочный трансформатор; 3 – включающее устройство; 4 – блок поджига; 5 – блок управления; 6 – автоматический выключатель; 7 – трансформатор контроля; 8 – датчик сварочного тока
Сварочный трансформатор 2 через включающее устройство 3 и автоматический выключатель 6 соединяется с сетью переменного напряжения 220 или 380 В. В качестве включающего устройства используются игнитроны или тиристоры, которые обеспечивают отсечку фазы и регулирование тем самым первичного напряжения U1, которое через трансформатор 2 преобразуется во вторичное напряжение U2, создающее сварочный ток во вторичном контуре 1. При этом модуль поджига 4 осуществляет периодическое включение и выключение игнитронов и тиристоров включающего устройства 3.
Ранее существующие системы управления контактной сваркой (РВИ, РМС, РКС, СУСТ-101) включали в себя модуль 5 – устройство управления, где жёстко задавались основные параметры сварки – угол включения тиристоров (обычно в ДШК), время сварки (обычно в периодах) и т.д.
В регуляторах контактной сварки типа BOSCH 31 S в первичной цепи появился трансформатор контроля 7, который позволял контролировать и корректировать первичное напряжение на входе сварочного трансформатора посредством управления работой блока поджига тиристоров через устройство управления 5 (таймерный модуль). Наличие трансформатора контроля позволило так же исключить возможность подачи сварочного напряжения без приложения сварочного усилия (функция «ток без запроса»), а так же осуществлять контроль за переключение тиристоров в каждом полупериоде сварки, что исключает аварийную работу сварочной машины вследствие неподжига.