Система управления поточной линией контактной сварки

 

О П И С A Н и Е ()946853

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6I) Дополнительное к авт. свид-ву —— (22) Заявлено 02.07.80 (21) 2949878!25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) М К з

В 23 К 11, 24

Гесудврствеккмй квмктет (53) УДК 621.791. .763.037 (088.8 ) Опубликовано 30.07.82. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 05.08,82 по делам кзвбретеннй и Открытий

Л. П. Колесников, 1О. Л. Бортняков, М. П. Зайцев, М. М. Иншаков, М. М. Ермаков, А. Э. Гурвиц, Г. A. Тертышный Ы, Г. С. Пономаренко, А. Б. Данилов, С. Е. Шкловер рор и Г. А. Масловская (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский проектнои технологический институт электросварочного и Уральский вагоностроительный завод им. Ф. Э. (71) Заявители (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОТОЧНОЙ ЛИНИЕЙ

КОНТАКТНОИ СВАРКИ

Изобретение относится к контактной сварке и может быть использовано при автоматизации управления и контроля процесса контактной сварки поточных линий, в частности линий точечной сварки узлов грузовых цельнометаллических вагонов, сос- 5 тоящих из нескольких независимых по управлению потоков, на которых установлены машины для контактной сварки.

Известны системы управления поточной линией контактной сварки, содержащие силовые коммутационные устройства, устройства автоматического отключения сварочных машин, программные устройства, пульты управления, датчики положения механизмов (1) и (2)..

Недостатками данных систем являются 15 низкое качество сварки деталей, имеющих переменную толщину, отсутствие информации о положении транспортируемых изделий, что не позволяет организовать управление процессом сварки.

Известно также устройство для контактной сварки, включающее блок измерения углов включения и выключения управляемых вентилей, выходы которых через вычислительные блоки связаны с элементами индикации (3).

Недостатком устройства является отсутствие в нем возможности проведения активного контроля про,.есса сварки.

Наиболее близкой к предлагаемой является система управления поточной линией контактнои сварки, содержащая несколько автономных по управлению потоков, объединенных транспортирующими устройствами, сварочные машины, микроэлектронно-вычитательные машины со своими устройствами связи, контроллеры сварочного тока, элементы индикации места и причин сбоев (4).

Недостатком . известного устройства является невысокая производительность и отсутствие воспроизводимости качества сварных соединений. /

Цель изобретения — повышение производительности поточной линии и повышение ее экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что в систему управления поточной линией контактной сварки, содержащую несколько автономных по управлению потоков, объе946853 диненных транспортирующимИ устройствами, сварочные машины, микро-электронно-вычислительные машины со своими устройствами связи, контроллеры сварочного тока, элементы индикации места и причин

5 сбоев, введен программно-управляемый коммутатор, включенный между соответствующими сварочными машинами и контроллерами сварочного тока, при этом контроллеры сварочного тока соединены со входами микро-ЭВМ. 10

На фиг. 1 изображена поточная линия контактной сварки боковых стен грузовых полувагонов с расположением датчиков и устройств системы управления, в плане; на фиг. 2 — вид по стрелке А на фиг. 1 (расположение датчика тока на сварочной машине); на фиг. 3 разрез Б — Б на фиг. 2 (расположение датчика усилия сжатия электрода); на фиг. 4 — структурная схема системы управления линиеи; на фиг. 5 — 2О структурная схема связи контроллера и микро-ЭВМ с тиристорным контактором сварочной машиной и устройством автоматического отключения.

Линия состоит из двух автономных по управлению потоков. На первом потоке установлены подвижные двухточечные машины

1 для контактной сварки, на втором потоке— поворотные вокруг своей оси двухточечные машины 2 для контактной сварки и подвижные двухточечные машины 3, аналогичные зо машинам 1.

Машины каждого потока ооъединены транспортирующими устройствами 4 и 5, осуществляющим и продольное передвижение изделия на первом потоке и в поперечНоМ направлении на втором потоке. Связь между потоками также осуществляется транспорти рующи ми устройствам и 4 и 5.

На транспортирующем устройстве 4 первого потока размещены кодовый датчик 6 положения транспортирующего устройства, датчик 7 устройства регулирования начала отсчета кодового датчика 6, датчики 8—

10 наличия изделия на транспортирующем устройстве; датчики !1 устройства контроля положения нижних электродов сварочных машин 1; датчики 12 устройства, ориенти- 45 рующего изделие на первом потоке в поперечном направлении относительно оси линии. На транспортирующем устройстве 5 второго потока размен,:ены кодовый датчик 13 положения транспортирующего устройства, датчик 14 устройства регулирования начала отсчета кодового датчика 13, датчики 15 и 16 наличия изделия на транспортирующем устройстве; датчик 17 устройства, ориентирующего изделие на втором потоке в поперечном направлении относительно оси линии: датчик 18 устройства, ориентирующего изделие на втором потоке в продольном направлении относительно оси линии. На каждой сварочной машине в сварочном контуре установлено по одному датчику 19 типа пояса Роговского (фиг. 2), а в каждом электрододержателе установлен датчик 20 усилия сжатия электрода (фиг. 3).

Система управления поточной линией (фиг. 4) также содержит с микро-ЭВМ 21, контроллеры 22 сварочного тока, элементы 23 связи контроллеров с объектами управления; тиристорные контакторы 24, устройство 25 связи микро-ЭВМ с объектами управления, устройство 26 индикации места и причины сбоя, пульт 27 управления первым потоком, пульт 28 управления вторым потоком, устройства 29 и 30 автоматического отключения сварочных машин от питающей сети, магистральный канал 31 связи микро-ЭВМ и контроллеров 22; исполнительные устройства 32 приводов передвижения транспортирующих устройств; исполнительное устройство 33 устройства, ориентируюгцего изделие на первом потоке в поперечном направлении; исполнительные устройства 34 и 35 устройств, ориентирующих изделие на втором потоке соответственно в поперечном и продольном направлениях.

На структурной схеме показано также распределение 36 и 37 сварочных машин первого и второго потоков по контроллерам

22 сварочного тока и трехфазные силовые вводы 38 и 39.

Элементы 23 связи контроллеров 22 с объектами управления (фиг. 5) содержат блоки 40 трансформаторов, блоки 41 контроля угла проводимости тиристоров, блоки

42 импульсов управления, блоки 43 согласования уровня сигналов датчиков 19 тока сварочных машин.

Тиристорные контакторы 24 содержат блоки 44 формирования импульсов управления тиристорами, блоки 45 термозащиты.

Каждая сварочная машина содержит, кроме датчика 19 тока и датчиков 20 усилия сжатия электродов два сварочных трансформатора 46 с переключателями ступеней (не показаны), соединенные с верхней

47 и нижней 48 частями вторичного контура пульт 49 автономного управления сваркой исполнительное устройство 50 механизма передвижения подвижных сварочных машин 1 и 3 или механизма поворота поворотных сварочных машин 2 (фиг. 1), датчики 51 положения механизмов, исполнительное устройство 52 привода установочного перемещения электродов, исполнительное устройство 53 привода сжатия электродов.

Устройство 25 связи микро-ЭВМ 21 с объектами управления включает блоки 54 нормализации сигналов, блоки 55 усиления сигналов и блоки 56 формирования сигна. 1 0B.

Система управления поточной линией работает следующим образом.

946853

1О

l5 тирующих устройств 4 и 5 и их останов, включение или отключение устройств ориен20

50

С пультов 27 и 28 управления потоками

4 и 5 задается один из трех режимов работы для каждого потока: автоматический, ручной или автономный. В автоматическом режиме работы по командам с пультов 27 и

28 управления и микро-ЭВМ 2! в соответствии с заданными заранее и введенными в память алгоритмами работы потоков управляет через устройство 25 связи исполнительными устройствами 32 приводов перемещения транспортирующих устройств 4 и 5, исполнительными устройствами 33 — 35 устройств ориентации изделий на потоках в поперечном и продольном направлениях, исполнительными устройствами 50 механизмов передвижения сварочных машин 1 и 3, исполнительными устройствами 52 и

53 приводов установочного перемещения и сжатия электродов сварочных машин 1 — 3.

Команды на изменение скорости транспортации, включение или отключение установочного хода электродов, включение или пропуск сварки отдельными сварочными машинами, выбор заранее заданной программы режима сварки в зависимости от изменения профиля, свариваемых деталей по толщине и изменения комбинации точек шунтирования формируются микро-ЭВМ в функции положения транспортирующих устройств потоков по информации, снимаемой с кодовых датчиков 6 и 13 положения соответствующих транспортирующих устройств

4 и 5. Заранее заданные для любой пары свариваемых точек каждой сварочной машины программы нагрева (характер изменения действующего значения -сварочного тока, его величина и длительности прохождения) поступают из микро-ЭВМ 21 по магистральному каналу 31 связи в контроллеры 22 сварочного тока, которые представляют собой специализированные микро-ЭВМ. Канал

31 связи предназначен для управления работой шести контроллеров, и обмена управляющей, контрольной и служебной информацией между микро-ЭВМ и контроллерами под управлением микро-ЭВМ.

Каждый контроллер поочередно управляет нагревом группы сварочных машин, подключенных на одно и то же линейное напряжение трехфазных вводов 38 или 39.

Очередность включения задается микро-ЭВМ

2l через канал 31 связи в виде специальных сигналов от контроллеров 22 на дополнительные входы блоков 41 контроля угла проводимости тиристоров и блоков 42 импульсов управления.

Таким образом обеспечивается включение нагрева сварочных машин обоих потоков очередями одновременно не более одной сварочной машины на контроллер.

Например, в первой очереди может включаться нагрев шести сварочных машин- I

45 первого потока (фиг. 41, Во второй очереди включается нагрев оставшихся двух ма)нип

1 первого потока и сварочных машин 3 второго потока и, наконец, в третью очередь включается нагрев шести eâàðî÷íûi машин 2 второго потока. Если в процессе pcl боты первыми оказались Ilo. )ãoòoâëeHíûilи к нагреву сварочные машины 2 II 3 второго

1 потока, то в первую очередь включается нагрев шести машин 2, затем оставшиеся две машины 3 второго потока и две машины

1 первого потока и. наконец, в третью очередь шесть vdkIIHII 1 первого потока.

Такой алгоритм включения нагрева обеспечивает равномерную загрузкр питающих трехфазных cc Teh 38 и 39 по мощности и практически нс снижает производительности поточных линий из-за взаимной задержhH нача.за HB rperlа сBdpoLIнбl." ма)ни н Г1срвого потока и машин 2 и 3 автономного по управлению второго потока.

Контроллеры 22 обеспе кива)от изме рсние, вычисление. управление и регулирование действующего значения сварочного тока по заранее заданному алгоритму с точностью порядка — 2-, ;,.

Сигнал, пропорIIHoídëbíûé первой ироизводпой сварочного тока, снимается e jdTчика 19 тока типа пояса Роговского и через блок 43 согласования уровня усигнала устройства связи 23 с объектом поступает на вход контроллера 22.

Одновременно с выходом rHpHOTopHor контактора 24 через блок 40 трансформаторов и блок 41 hok".Tpoëÿ угла проводимости тиристоров в контроллер поступает информация о величине угла проводимости тиристоров за каждый полупериод включения, Кроме этого. блоки 40 и 41 формируK)T тактовые импульсы с длительностью положительного пол периода линейногo напряжения, подводимого к данной сварочной машине и тиристорному контактору от устройства 29 или 30 автоматического отключения сварочных машин. Действующее значение сварочногo тока. вычисленное контролле ром, сравнивается с заданным значением. введенным в контроллер из памяти микроЭВМ 2!, по условию нагрева данной пары точек каждой сварочной машины, далее рассчитывается угол включения ТНрН«Торов контактора 24 и через блок 42 импульсов управления и блок 44 формирования импульсов включаются тиристоры контактора 24.

Регулирoвaниc действi ющего значения сварочного тока позволяет компенсировать колебание напряжения питающей сети, изменение активногo и индуктивного сопротивлений сварочного hoHTiра.

Кроме этого. для всех возможныi комбинаций To«el kHi итироваиия и сочетания толщин сваривàeìûi деталей для каждой сварочной машины — 3 (фиг. 1) экспери946853 табло загорается надпись «Сменить электроды«игнорирование когорой приводит к автоматическому остановку линии.

В течение периода нагрева на цифровых 25 индикаторах контроллеров высвечиваются номера сварочных машин и величина действующего значения сварочного тока, что позволяет обслуживающему персоналу осугцест-.. влять визуальный контроль режима сварки.

В процессе сварки микро-ЭВМ постоянно

35 ментально определены оптимальные режимы нагрева, которые хранятся в памяти микроЭВМ 21 и по каналу 31 связи передаются в. контроллеры 22 в зависимости от кода датчика 6 или 13, который однозначно определяет положение транспортирующего устройства 4 или 5 относительно начала отсчета.

Начало отсчета кодовых датчиков 6 и 13 может регулироваться в ограниченных пределах с помощью датчиков 7 и 18.

Микро-ЭВМ 21 одновременно управляет работой первого и второго потоков, а также выполняет функции программатора временных интервалов цикла сварки всех сварочных машин линии.

Через заданное количество сваренных изделий, определенное экспериментальным путем, микро-ЭВМ автоматически вводит новые программы нагрева, учитывающие износ рабочей поверхности электродов. Такая поправка вводится несколько раз. Через определенное количество сваренных изделий, после ввода последней поправки, на пультах 27 и 28 управления на световых контролирует усилие сжатия электродов всех сварочных машин в виде сигналов «Усилие в норме» и «Усилие ниже нормы». Эти сигналы формируются блоками 56 устройства 25 связи микро-ЭВМ " объектом управления. Вся информация о сбоях и отказах системы управления и устройств линии через микро-ЭВМ поступает в устройство 26 индикации, на котором в цифровом виде высвечивается номер отказавшего устройства и причина сбоя или отказа.

При попадании .первичного напряжения во вторичный контур сварочных машин, что особенно опасно для обслуживающего персонала при разомкнутых электродах, сигнал от верхней 47 или нижней 48 части вторичного контура через блок 54 нормализации поступает в микро-ЭВМ, которая с одной стороны через блоки 55 усиления отключает устройства 29 (30) . снимая питание с линии, а с другой стороны посылает информацию на устройство 26 индикации. Такая же реакция системы управления возникает при перегреве тиристоров в тиристорных контакторах 24 и срабатывании блоков 45 термозашиты.

1О

i5

Система управления поточной линией контактной сварки обеспечивает увеличение производительности линии за счет исключения из технологического цикла операций по ежесменной настройке режимов сварки на каждой из 16 сварочных машин с последующей сваркой и разрушением контрольных образцов, а также за счет более надежной работы системы управления и быстрого поиска места и причины сбоя с помощью устройства цифровой индикации.

Кроме того, система улучшает качество и повторяемость сварных соединений за счет автоматического измерения, вычисления и регулирования действующего значения сварочного тока с высокой точностью

1 — 2 !,; цифрового отсчета выдержек времени цикла сварки; контроля усилия сжатия электродов; учета влияния точек шунтирования и влияния износа рабочей поверхности электродов.

Система также обеспечивает возможность автоматической сварки изделий с переменным профилем по толщине свариваемых деталей.

Форлула изобретения

Система управления поточной линией контактной сва рки, содержащая несколько автономных по управлению потоков, объединенных транспортирующими устройствами, сварочные машины, микро-ЭВМ со своими устройствами связи, контроллеры сварочного тока, элементы индикации места и причин сбоев, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительно "TH линии и повышения ее экономичности, в систему управления введен программно-управляемый коммутатор, включенный между соответствующими сварочными машинами и контроллерами сварочного тока, при этом контроллеры сварочного тока соединены с входами микро-ЭВМ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 481383, кл. В 23 К 11!10, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР № 549290, кл. В 23 К 11/1О, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР № 737159, кл. В 23 К 11)24, 1978.

4. Патон Б. Е., Подола Н. B. Применение ЭВМ в системах автоматического управления сварочными процессами.— «Автоматическая сварка», 1978, № 5(302). с .!в

6, 11 (прототип).

946853

1 !

Соста s ите з ь В. Кати н ре..акте,:. Фролова Текред А. Бойкас Корректор I 1 онако

3аказ 5422 22 Тираж 1153 Под исное

ВНЯИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открь;тий

F13035, Москве Ж вЂ” 35, Раушская нао., д. 4)5

-рилиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4