УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ Советский патент 1995 года по МПК B23K9/95 

Изобретение относится к области сварки, а именно к автоматическому регулированию и управлению электрическим режимом процесса электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов при реализации режимов пульсирующего постоянного тока, и может быть использовано в машиностроении, судо- и авиастроении.

Цель изобретения расширение технологических и функциональных возможностей устройства путем обеспечения поддержания длины дуги при сварке в режимах пульсирующего тока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 семейство вольтамперных характеристик сварочной дуги для различных значений дугового промежутка; на фиг.3 временная диаграмм циклов работы устройства в соответствии с предлагаемым способом управления процессом дуговой сварки; на фиг. 4 функциональная схема блока сопряжения управляющей микро-ЭВМ с блоками сварочной установки; на фиг.5 функциональная схема блока ввода дискретных сигналов и блока формирования заданий и коэффициентов; на фиг.6 принципиальная схема дешифратора адреса; на фиг.7 принципиальная схема блока вывода аналоговых сигналов; на фиг.8 временные диаграммы напряжений и токов источников питания дуги; на фиг.9 временные диаграммы обмена сигналами блока ввода дискретных сигналов, блока контроллера и параллельного интерфейса; на фиг.10 временные диаграммы обмена сигналами блока синхронизации и параллельного интерфейса; на фиг.11 временные диаграммы обмена сигналами блоков коммутатора аналоговых сигналов, аналого-цифрового преобразования и параллельного интерфейса.

Устройство содержит сварочную установку 1; управляющий микрокомпьютер 2 (микро-ЭВМ, микропроцессорный вычислительный блок); микропроцессор 3; блок 4 памяти ОЗУ и ПЗУ); блок 5 управления устройствами ввода-вывода; параллельный интерфейс 6; блок 7 синхронизации с сетью; блок 8 формирования заданий и коэффициентов; блок 9 гальванического разделения; блок 10 сопряжения управляющего микрокомпьютера со сварочной установкой; блок 11 контроллера; блок 12 таймеров; блок 13 распределения и усиления отпирающих импульсов; блок 14 ввода дискретных сигналов; механизм 15 перемещения: электродвигатель 16; усилитель 17 мощности; изделие 18 из свариваемых деталей; источник 19 сварочного тока; шунт 20; согласующие преобразователи 21, 22; аналоговых токового сигнала и сигнала напряжения дуги; электропривод 23 перемещения сварочной горелки; блок 24 цифроаналогового преобразования; блок 25 коммутатора аналоговых сигналов; блок 26 аналого-цифрового преобразования; вход 27 прерывания микрокомпьютера по сигналам таймеров; импульсный выход 28 блока таймеров; 16-битный информационный вход 29 параллельного интерфейса, первый 8-битный информационный выход 30 параллельного интерфейса; второй 8-битный информационный выход 31 параллельного интерфейса; управляющий выход 32 импульсного сигнала "Ввод данных" параллельного интерфейса; управляющий выход 33 импульсного сигнала "Вывод данных" параллельного интерфейса; вход 34 сигнала "Требование А" верхнего уровня (ТРА В) параллельного интерфейса; вход 35 сигнала "Требование Б" верхнего уровня (ТРБ В) параллельного интерфейса; первый информационный выход 36 блока сопряжения; первый информационный вход 37 блока сопряжения (вход младших разрядов ВД00.ВД07); второй информационный вход 38 блока сопряжения (вход старших разрядов ВД08.ВД15); управляющий вход 39 импульсного сигнала "Ввод данных" блока сопряжения; управляющий вход 40 импульсного сигнала "Вывод данных" блока сопряжения; импульсный выход 41 сигнала "Требование А" верхнего уровня (ТРА В) блока сопряжения; импульсный выход 42 сигнала "Требование Б" верхнего уровня (ТРБ В) блока сопряжения; сетевые входы 43-45 блока 7 синхронизации с сетью; вход 46 управления блока 7; многобитный информационный выход 47 блока 7; импульсный выход 48 блока 7; многобитные информационные выходы 49, 50 блока 8 формирования заданий и коэффициентов; однопроводные управляющие входы 51, 52 блока 8; триггерный регистр 53 блока 11 контроллера; вход 54 синхронизации триггерного регистра 53; инверторно-усилительный регистр 55; усилители-формирователи 56-58; 16-битный информационный вход 59 блока 11; 16-битный информационный выход 60 блока 11; импульсный выход 61 сигнала "Ввод" (ВВ) блока 11; импульсный выход 62 сигнала "Вывод" (ВД) блока 11; импульсный вход 63 сигнала ТРА В блока 11; импульсный вход 64 сигнала ТРБ В блока 11; импульсный выход 65 сигнала ТРБ МВ блока 11; импульсный выход 66 блока 12 таймеров; информационный вход 67 блока 12 таймеров; входы 68, 69 управления блока 12 таймеров; многобитный информационный вход 70 блока 13 распределения и усиления отпирающих импульсов; кодовый выход 71 блока 13; входы 72, 73 управления блока 14 ввода дискретных сигналов; 16-битный информационный выход 74 блока 14; основной 16-битный информационный вход 75 блока 14; сигнальные информационные входы 76-78 блока 14; однопроводные управляющие выходы 79-81 блока 14; многобитный информационный вход 82 блока 24 цифроаналогового преобразования; управляющий вход 83 блока 24; аналоговый выход 84 блока 24; многобитный информационный вход 85 блока 25 коммутатора аналоговых сигналов; управляющие входы 86-88 блока 25; импульсные выходы 89,90 блока 25; аналоговые входы 91, 92 блока 25; аналоговый выход 93 блока 25; многобитный информационный выход 94 блока 26 аналого-цифрового преобразования; импульсный выход 95 блока 26; управляющие входы 96-98 блока 26; аналоговый вход 99 блока 26; неплавящийся электрод 100; q-битный дешифратор 101 адреса канала ввода блока 14; вход 102 управления дешифратором 101; шины 103 приема дискретной информации; D-триггер 104 с входами информационным, синхронизации и сброса; выходной клапан 105; вход 106 стробирования выходного клапана; микросхема 107 стробируемого дешифратора; узел 108 задания адреса дешифратора 101; двухвходовый логический элемент 2И-НЕ 109; логические инверторы 110-113; 10-битный триггерный регистр 114; 10-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 115; 6-битный дешифратор 116; логические инверторы 117-121; основной операционный усилитель 122; смещающий операционный усилитель 123; резисторы 124-128; микросхем дешифратора 129; узел 130 задания адреса; двухвходовый логический элемент 2И-НЕ 131; сварочная горелка 132.

На фиг. 8-11 приведены следующие обозначения:
U_Н01-U_Н06 напряжения на выходах нуль-органов и информационном выходе 47 блока 7 синхронизации с сетью;
U_БИО импульсы напряжения синхронизации на импульсном выходе 48 блока 7;
U_AВ, U_AC, U_ВС, U_ВА, U_CA, U_СВ линейные напряжения трехфазной питающей сети и их инверсии;
U_сч.к, U_сч.а интервалы счета импульсов счетчиков катодной и анодной группы вентилей блока 12 таймеров;
i_в1.i_в6 токи силовых полупроводниковых управляемых вентилей источника 19 питания дуги;
Адрес U₇₅ код адреса на информационном входе 75;
"Вывод" U₇₃ сигнал напряжения "вывод" на импульсном входе 73;
Триггер 104 сигнал напряжения на неинверсном выходе триггера 104;
U₁₀₂ сигнал напряжения на входе 102 дешифратора 101;
U_ВО сигнал напряжения на управляющем выходе 80 блока 14;
Информация U₄₇ код информации на выходе 47 блока 7;
"Ввод" U₇₂ импульсный сигнал напряжения на управляющем входе 72 блока 14;
Информация U₇₄ код информации на выходе 74 блока 14;
U₄₈ импульсы прерывания на выходе 48 блока 7 синхронизации с сетью;
U₇₉ импульсный сигнал напряжения на управляющем выходе 79 блока 14.

Адрес U₈₅ код адреса на информационном входе 85 блока 25;
"Вывод" U₈₇ сигнал напряжения "Вывод" на импульсном входе 87 блока 25;
триггер РП сигнал напряжения на неинверсном выходе триггера разрешения блока 25;
вход U₉₁ входной сигнал напряжения на аналоговом входе 91 блока 25;
ПС U₉₃ сигнал напряжения на аналоговом выходе 95 блока 25;
РПН U₉₀ сигнал напряжения на выходе 90 блока 25;
ТРБ В U₉₅ сигнал напряжения на выходе 95 требования прерывания блока 26;
"Ввод" U₈₈ сигнал напряжения "Ввод" на управляющем входе 88 блока 25;
Информация U₉₄ код информации на выходе 94 блока 26;
СБР U₈₉ сигнал напряжения "Сброс АЦП" на импульсном выходе 89 блока 25.

Сварочная установка 1, представляющая собой объект управления для микрокомпьютера, содержит сварочную горелку 132 с неплавящимся электродом 100, механизм 15 перемещения горелки с электродом, электродвигатель 16, усилитель 17 мощности, детали свариваемого изделия 18, источник 19 сварочного тока, шунт 20, согласующий преобразователь 21 токового сигнала и согласующий преобразователь 22 сигнала напряжения дуги.

Совокупность механизма 15 перемещения, электродвигателя 16 и усилителя 17 мощности представляет собой позиционный электропривод 23 перемещения сварочной горелки 132 с неплавящимся электродом 100. Этот электропривод имеет аналоговый вход, являющийся аналоговым входом усилителя 17 мощности, по которому на последний подается управляющий аналоговый сигнал напряжения.

Микрокомпьютерное устройство для управления процессом дуговой сварки содержит микрокомпьютер 2 (управляющую микро-ЭВМ, микропроцессорный вычислительный блок), включающий в себя микропроцессор 3, блок 4 памяти (ОЗУ и ПЗУ), блок 5 управления устройствами ввода-вывода и параллельный интерфейс 6, блок 7 синхронизации с сетью, блок 8 формирования заданий и коэффициентов и блок 10 сопряжения управляющей микро-ЭВМ со сварочной установкой.

Микропроцессорный вычислительный блок 2 представляет собой программируемое, управляющее в реальном масштабе времени специализированное вычислительное устройство. В качестве такого вычислительного блока может быть использована миниатюрная вычислительная машина (микро-ЭВМ, микрокомпьютер), выполненная на основе какого-либо конкретного микропроцессорного набора.

Блок 10 сопряжения управляющей микро-ЭВМ со сварочной установкой содержит блок 11 контроллера, блок 12 таймеров, блок 13 распределения и усиления отпирающих импульсов, блок 14 ввод дискретных сигналов. Дополнительно в блок 10 сопряжения введены блок 25 коммутатора аналоговых сигналов и блок 26 цифроаналогового преобразования.

Блок 10 сопряжения своим первым импульсным выходом 28, являющимся выходом блока 12 таймеров соединен с первым входом 27 прерывания управляющей микро-ЭВМ 2, являющимся входом прерывания по таймеру микропроцессора 3.

Микрокомпьютер 2 (управляющая микро-ЭВМ) имеет 16-битный информационный вход 29, совпадающий с информационным входом параллельного интерфейса 6, первый 8-битный информационный выход 30 и второй 8-битный информационный выход 31, совпадающие с соответствующими выходами параллельного интерфейса 6, управляющие выходы 32 и 33 импульсных сигналов соответственно "Ввод данных" и "Вывод данных", которые являются соответственно первым и вторым импульсными выходами параллельного интерфейса, импульсные входы 34 и 35 сигналов соответственно "Требование А" верхнего уровня (ТРА В) и "Требование Б" (ТРБ В) верхнего уровня, которые одновременно являются такими же функциональными входами параллельного интерфейса. Входы 34 и 35 являются соответственно вторым и третьим импульсными входами прерывания управляющей микро-ЭВМ (микрокомпьютера).

Блок 10 сопряжения, связанный с импульсным входом 48 блока 7 синхронизации с промышленной сетью 380/220В, вторым импульсным выходом соединен с импульсным входом 34 "Требование А" параллельного интерфейса 6, являющимся вторым входом 34 прерывания управляющей микро-ЭВМ 2, связанной первым и вторым информационными выходами 30 и 31, первым и вторым управляющими импульсными выходами 32 и 33 и первым информационным входом 29 с первым и вторым информационными входами 37 и 38, первым и вторым управляющими импульсными входами 39, 40 и первым информационным выходом 36 блока 10 сопряжения.

Третий импульсный вход 63, третий информационный вход 76 и третий импульсный выход 79 блока 10 сопряжения подключены соответственно к импульсному выходу 48, информационному выходу 47 и входу 46 управления блока 7 синхронизации устройства с промышленной сетью. Четвертый и пятый информационные входы 77 и 78, четвертый и пятый импульсные выходы 80, 81 блока 10 сопряжения подсоединены соответственно к первому и второму информационным выходам 49, 50, первому и второму импульсным входам 51 и 52 блока 8 формирования заданий и коэффициентов.

Блок 13 распределения и усиления отпирающих импульсов имеет один информационный вход 70 и один информационный выход 71.

Блок 24 цифроаналогового преобразования имеет один многобитный информационный вход 82, один импульсный управляющий вход 83 и один аналоговый выход 84.

Блок 25 коммутатора аналоговых сигналов имеет два аналоговых входа 91, 92, три управляющих входа сигналов "Ввод" 88, "Вывод" 87 и ТРБ МБ 86, один многобитный информационный вход 85, два импульсных выхода СБР 89 и РПН 90 и один аналоговый выход 93.

Блок 26 аналого-цифрового преобразования имеет один аналоговый вход 99, три импульсных управляющих входа для сигналов СБР 97, РПН 98 и ТРБ МВ 96, один импульсный выход сигнала ТРБ В 95 и один многобитный информационный выход 94.

Блок 10 сопряжения управляющего микрокомпьютера 2 со сварочной установкой снабжен дополнительным шестым импульсным выходом 42, который подключен к входу 35 "Требование Б" параллельного интерфейса 6 управляющего микрокомпьютера 2.

Выходы преобразователей токового сигнала 21 и сигнала напряжения 22 дуги подсоединены соответственно к первому и второму аналоговым входам 91 и 92 коммутатора 25 аналоговых сигналов, являющимся соответственно первым и вторым аналоговыми входами блока 10 сопряжения. Аналоговый выход 84 блока 10 сопряжения, соединенный с аналоговыми выходом 84 и блока 24 цифроаналогового преобразования, подключен к аналоговому входу усилителя 17 мощности электропривода 23 перемещения сварочной горелки. Второй информационный кодовый выход 71 блока 10 сопряжения, который представляет собой кодовый выход 71 блока 13 распределения и усиления отпирающих импульсов, подключен к входам управления отпиранием полупроводниковых вентилей (тиристоров) источника 19 сварочного тока.

Блок 11 контроллера содержит триггерный регистр 53 с входом 54 синхронизации для хранения системного адреса того блока из состава блока 10 сопряжения, к которому процессор микро-ЭВМ 2 производит обращение, инверторно-усилительный регистр 55 для улучшения фронтов при передаче выводимого из микро-ЭВМ информационного слова, усилители-формирователи 56-58 сигналов "Ввод", "Вывод" и ТРБ МВ соответственно.

Выходы 36 информации, вводимой в микро-ЭВМ, связаны через блок 9 гальванического разделения контроллера непосредственно с магистральными входами 59 ввода данных блока сопряжения. Выходы 31 параллельного интерфейса, содержащие старшие восемь бит, через вход 38 блока сопряжения подключены через блок 9 гальванического разделения к информационному входу 8-битного триггерного регистра 53, вход 54 синхронизации (вход "Запись") которого соединен с выходом усилителя-формирователя 56. 8-битный выход триггерного регистра 53 и выходы 30 младших восьми бит информации, выводимой через параллельный интерфейс 6, подключены через блок 9 гальванического разделения к магистральным выходам 60 вывода данных через 16-битный инверторно-усилительный регистр 55. Выход 32 подтверждения ввода и выход 33 подтверждения вывода подключены через блок 9 гальванического разделения к магистральным выходам 61 и 62 управления "Ввод" и "Выход" соответственно через усилители-формирователи 56 и 57.

Блок 11 контроллера снабжен дополнительно усилителем-формирователем 58 импульсного сигнала ТРБ МВ, импульсным входом 64 и двумя импульсными выходами 42 и 65. При этом первый 37 и второй 38 информационные, первый 39 и второй 40 управляющие входы блока 10 сопряжения соединены через блок 9 гальванического разделения соответственно с входами регистра 55 младших разрядов и входами регистра 53 старших разрядов, с первым и вторым управляющими входами (входами усилителей-формирователей 56 и 57) блока 11 контроллера. Первый информационный выход блока 11 контроллера подсоединен через блок 9 гальванического разделения к первому информационному выходу 36 блока 10 сопряжения, второй информационный выход 60, первый 61 и второй 62 импульсные управляющие выходы блока 11 контроллера подключены соответственно к информационному входу 67, первому 68 и второму 69 входам управления блока 12 таймеров, входам 75, 72, 73 блока ввода дискретных сигналов, входу 70 блока распределения и усиления отпирающих импульсов, входам 82 и 83 блока цифроаналогового преобразования и входам 85, 87, 88 блока коммутатора аналоговых сигналов. Импульсные выходы 89 и 90 сигналов СБР и РПН блока 25 коммутатора аналоговых сигналов и аналоговый выход 93 последнего подсоединены соответственно к первому 97 и второму 98 импульсным входам СБР и РПН и аналоговому входу 99 блока 26 аналого-цифрового преобразования. Информационный и импульсный выходы 94 и 95 блока 26 аналого-цифрового преобразования подсоединены соответственно к второму 59 информационному и третьему 64 импульсному входам блока 11 контроллера. Дополнительный импульсный выход блока 11 контроллера, соединенный с дополнительным входом 6 4, подсоединен через блок 9 гальванического разделения к второму дополнительному выходу 42 блока сопряжения. Второй дополнительный вход 64 блока 11 через усилитель-формирователь 58 соединен с вторым дополнительным выходом 65 сигнала ТРБ МВ, который подключен к третьему входу 86 управления блока 25 коммутатора аналоговых сигналов и третьему управляющему входу 96 блока 26 аналого-цифрового преобразования.

Блок 14 ввода дискретных пассивных сигналов служит для ввода в микропроцессорный вычислительный блок 2 дискретной информации в параллельном двоичном коде от различных дискретных устройств и имеет в общем случае несколько каналов ввода, задаваемых их адресами. Блок 14 содержит q-битный дешифратор 101 адреса канала ввода со схемой задания адреса и входом 102 управления, шины 103 приема дискретной информации, D-триггер 104 с входом сброса и выходной канал 105, например, на D-триггерах с входом 106 стробирования. Информационный вход q-битного дешифратора 101 адреса подсоединен к q шинам информационного входа 75 блока 14, вход 102 управления к инверсному выходу триггера 104, а выходы к k управляющим однопроводным выходам 79-81 блока 14. Шины 103 приема дискретной информации подсоединены к k сигнальным информационным входом 76-78 блока 14 и к информационному входу выходного клапана 105. Количество шин 103 приема дискретной информации определяется разрядностью слова микропроцессорного вычислительного блока 2 и параллельного интерфейса 6.

Информационный выход выходного клапана 105 подключен к 16-битному информационному выходу 74 блока 14, а вход 106 стробирования к управляющему входу 72 (входу "Ввод") блока 14. Одновременно вход 72 управления подсоединен к входу сброса (R-входу) D-триггера 104, D-вход которого подключен к шине сигнала "логическая 1", а вход синхронизации к управляющему входу 73 (входу "Вывод") блока 14.

q-битный дешифратор 101 адрес канала вводимой информации многоканального блока 14 ввода пассивных дискретных сигналов (фиг.6) содержит микросхему 107 стробируемого дешифратора на 16 направлений например К155ИД3, узел 108 задания адреса, двухвходовый логический элемент 2И-НЕ 109 и логические инверторы 110-113. В случае, если q=6, четыре информационных входа (ВД10-ВД13) блока 14 и дешифратора 101 подключены к соответствующим входам микросхемы 107 дешифратора на 16 направлений, оставшиеся два информационных входа (ВД14-ВД15) блока 14 и дешифратора 101 связаны через узел 108 задания адреса и двухвходовый элемент 2И-НЕ 109 c первым входом WO управления микросхемы 107 дешифратора, второй вход W1 управления которой подсоединен к входу 102 управления q-битного дешифратора 101 адреса, т.е. к инверсному выходу D-триггера 104. Выходы микросхемы 107 дешифратора связаны через узел 108 задания адреса и логические инверторы 110-113 с соответствующими выходами 79-81 q-битного дешифратора 101.

Многоканальный блок 8 формирования заданий и коэффициентов содержит 1 каналов формирования дикретных сигналов, передаваемых параллельным двоичным кодом (фиг. 5). Число битов параллельного и информационного кода каждого из каналов так же, как и в блоках 10-14 не превышает 16. Каждому каналу блока 8 соответствует информационный выход, например, 49 (50) и однопроводный управляющий вход 51 (52), которые подсоединены к соответствующим информационному входу 77 (76) и управляющему выходу 80 (81) блока 14 ввода дискретных сигналов. Количество каналов блока 8 определяется суммарным числом сигналов, формируемых в качестве заданий и уставок, и числом настроечных коэффициентов программы, значения которых желательно изменять в процессе работы устройства без изменения программы, однако, количество каналов не может превышать некоторого максимального числа.

Блок вывода аналоговых сигналов (фиг.7) содержит 10-битный триггерный регистр 114, 10-битный ЦАП 115, 6-битный дешифратор 116 адреса с узлом задания адреса и входами управления, инверторы 117-121, основной 122 и смещающий 123 операционные усилители, резисторы 124-128.

Триггерный регистр 114 содержит десять DC-триггеров с управления по фронту, каждый из которых имеет информационный и синхронизирующий входы. Синхронизирующие входы всех триггеров объединены и управляются от одного сигнала. Информационные входы с первого по девятый триггеров регистра 114 подключены к соответствующим с первой по девятую магистральным шинам вывода данных блока 10 сопряжения. Десятая магистральная шина вывода данных через инвертор 120 связана с информационным входом десятого (знакового) триггера упомянутого регистра. В результате такого включения подаваемый на десятый триггер информационный сигнал инвертируется, что необходимо для получения двуполярного сигнала на выходе ЦАП.

Дешифратор 116 адреса имеет 6-битный информационный вход и содержит в своем составе микросхему дешифратора на 16 направлений типа К155ИД3 129, узел 130 задания адреса и двухвходовый логический элемент совпадения 2И-НЕ 131. Выход последнего подключен к первому входу управления VI микросхемы 129 дешифратора 116. Информационный 6-битный вход дешифратора 116 адреса подключен к составляющим с одиннадцатого по шестнадцатый выходам 60 вывода данных, причем магистральные выходы с одиннадцатого по четырнадцатый подключены к соответствующим информационным входам микросхемы 129 дешифратора 116, пятнадцатый и шестнадцатый выходы связи через узел 130 задания адреса с входами двухвходового элемента совпадения 2И-НЕ 131.

Второй вход управления V₂ микросхемы 129 дешифратора 116 подключен к выходу инвертора 119, вход которого подключен к управляющему входу "Вывод" 83, а выход микросхемы 129 через узел 130 задания адреса и инвертор 121 присоединен к синхронизирующему входу триггерного регистра 114. Путем перестановки проводников-перемычек в узле задания адреса можно зарезервировать за блоком 24 любой 6-битный двоичный адрес в старшей части 16-битного слова данных, выводимого из процессора ЭВМ по шинам 60-82.

Выходы триггерного регистра 114 подсоединены к соответствующим информационным входом ЦАП 115, который служит для преобразования 10-битного цифрового двоичного позиционного кода со знаком в аналоговый сигнал напряжения и выполнен на одной интегральной микросхеме К572ПА1. Знаковым является старший разряд кода данных. Аналоговый выход ЦАП 115 подключен к инвертирующему входу выходного операционного усилителя 122, выход которого соединен с выводом резистора обратной связи микросхемы ЦАП 115.

Второй операционный усилитель 123 служит для смещения характеристики вход выход ЦАП в область отрицательных значений задаваемого код на половину диапазона. Для этого инвертирующий вход этого усилителя подключен через резистор 126 к источнику эталонного напряжения "плюс" 10, 24 В, а выход через резистор 124 -к инвертирующему входу выходного операционного усилителя 122. Неинвертирующие входы операционных усилителей 122 и 123 через резисторы 127 и 128 присоединены к шине "общий" блока сопряжения. Питание ЦАП и операционных усилителей осуществляется от двух стабилизированных источников "плюс" 15 В и "минус" 15 В (не показаны).

Работает устройство следующим образом.

Режим сварки обычно задается циклограммой. Количество программируемых участков циклограммы зависит от числа управляемых параметров режима и определяется в основном объемом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Программа диалога с оператором-сварщиком и управления процессом дуговой сварки хранится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) блока 4 памяти. После включения электропитания микропроцессор 3 управляющей ЭВМ 2 выдает команды через параллельный интерфейс 6 и блок 10 сопряжения на коммутацию соответствующих цепей управления сварочной установкой (не показаны), установление нулевых значений величины сварочных напряжения и тока, скорости сварки, скоростей подачи присадочной проволоки и перемещений сварочной горелки по ее осям движения (не показаны). Затем микропроцессор 3 выдает команду на перемещение сварочной горелки 132 в ее начальное положение, величина которого (дуговой промежуток l_o) может либо выбираться из блока 4 памяти, либо задаваться переключателями блока 8 формирования заданий и коэффициентов. Эта команда через блоки 6,9,11 и 24 поступает на вход усилителя 17 мощности позиционного электропривода 23, который подает напряжение на электродвигатель 16 и последний, приводя в действие механизм 15, перемещает сварочную горелку 132 с электродом 100 в заданное начальное положение.

После позиционирования сварочной горелки в режиме диалога оператора-сварщика с управляющей ЭВМ 2 вводятся все необходимые параметры циклограммы режим сварки. Эти параметры вводятся с клавиатуры и отображаются на дисплее через блок 5 управления устройствами ввода-вывода. В сварочной установке могут быть предусмотрены другие различные устройства сигнализации и отображения вводимой и технологической информации. При этом независимо от числа программируемых участков первый участок циклограммы задает режим включения тока. Для аргонно-дуговой сварки возбуждение дуги на первом участке может быть осуществлено путем включения осциллятора. На первом участке задается длительность его по времени, величины начального (дежурного) сварочного тока и расстояния сварочной горелки 132 от свариваемого изделия 18 (длина дугового промежутка). Аналогично задаются параметры всех остальных участков циклограммы: значения длительности их по времени, тока сварки, величины перемещения горелки, напряжения на дуге, скорости сварки и скорости подачи присадочной проволоки. При этом микропроцессор через блок 14 считывает введенные параметры, заносит их В ОЗУ блока 4 памяти и отображает их значения на дисплее или других средствах отображения информации, имеющихся в системе.

При задании режима пульсирующего постоянного тока в процессе диалога с управляющей ЭВМ оператор-сварщик вводит для выбранных участков циклограммы сварки задаваемые значения режима пульсирующего постоянного тока (фиг.3), длительность цикла Т_ц, длительность фронта нарастания тока Т_ф, длительность вершины импульса Т_в, длительность спада Т_с, длительность паузы Т_п, а также величину дежурного тока I и величину вершины импульса тока I Эти параметры, заданные для каждого из участков циклограммы, также заносятся микропроцессором 3 в ОЗУ блока 4.

После включения электропитания и запуска программы блок 4 ОЗУ и ПЗУ микро-ЭВМ 2 выполняет первоначальные сброс и установку всех внешних устройств и блоков, включает систему прерываний микропроцессора 3 и вырабатывает определенный закон управления. Заданные значения кода режима работы и величины начального дугового промежутка l_o, например, в двоичном коде считываются микропроцессором через параллельный интерфейс 6, блоки 9, 11 и блока 14 ввода пассивных дискретных сигналов из блока 8 формирования заданий и коэффициентов для кода режима работы по каналу 49-77, для начального дугового промежутка l_o по каналу 50-78. Далее в процессе работы величина l корректируется в соответствии с сигналом обратной связи, вводимым с выхода 94 блока аналого-цифрового преобразования по входу 91 согласно выработанному закону управления. Затем программой рассчитывается необходимая последовательность изменения по времени угла отпирания α вентилей и первое значение угла α в двоичном коде подготавливается к выдаче его на информационный вход 67 соответствующего счетчика тактовых импульсов блока 12.

Задающий генератор, имеющийся в блоке 12 таймеров, вырабатывает тактовые импульсы стабильной частоты и в диапазоне от 1 до 10 МГц, количество которых, задаваемое программно с помощью микропроцессорного вычислительного блока 2 и подсчитываемое специально предназначенными для этого счетчика, определяет с высокой точностью величину угла отпирания α для каждого из вентилей тиристорного преобразователя источника 19.

Блок 12 счетчиков тактовых импульсов содержит три двоичных программно-управляемых счетчика тактовых импульсов и блок управления счетчиками. Счетчики могут загружаться двоичными кодами и управляться программно по шинам адреса, данных и управления через параллельный интерфейс 6, блок 9 гальванического разделения и блок 11 контроллера. Счетчики служат для "отмеривания" временных интервалов, соответствующих заданным или рассчитанным значениям угла отпирания α вентилей, и ведут счет тактовых импульсов от задающего высокочастотного генератора тактовых импульсов, выход которого связан со счетными входами счетчиков. Выходы счетчиков объединены по ИЛИ и образуют импульсный выход 28 блока 12, который в свою очередь подсоединен к входу 27 прерывания микропроцессора 3 для запуска подпрограммы обслуживания прерывания микро-ЭВМ 2 от счетчика тактовых импульсов.

Блок 13 служит для окончательного формирования, усиления и распределения отпирающих импульсов по вентилям тиристорного преобразователя.

Блок 5 управления устройствами ввода-вывода информации и соответствующий канал связи показаны на фиг.1 пунктиром, т.к. их наличие не требуется для нормального функционирования устройства. Средства ввода-вывода информации (например, считыватель с перфоленты, печатающее устройство, дисплей, клавиатура, перфоратор и т.п.) необходимы только для отладки эксплуатационно-техническим персоналом программных и аппаратных блоков описываемого устройства. Они подключаются к нему через канал связи и механизм 15 только на этапе наладки.

Обмен данными и сигналами управления между микро-ЭВМ 2 и блоками 12, 13, 14, 24, 25, 26, осуществляющими сопряжение с силовой частью вентильного преобразователя источника 19 питания и сварочной установкой, осуществляется через параллельный интерфейс 6.

В случае применения в качестве блока 2 стандартной микро-ЭВМ типа "Электроника-60" (на которую ориентировано данное устройство) параллельным интерфейсом может, например, служит стандартное устройство параллельного обмена И1 типа 15КС-180-004. Со стороны внешних от микро-ЭВМ 2 блоков параллельный интерфейс И1 содержит 16-битный информационный вход 29 (шины ВВ00. ВВ15) для ввода данных от внешних блоков в микро-ЭВМ 2; 16-битный информационный выход 30, 31 (шины ВД00.ВД15) для вывода данных из микро-ЭВМ 2 во внешние блоки; импульсные однопроводные выходы "Ввод данных" 32 и "Вывод данных" 33, импульсные однопроводные входы "Требование А" 34, "Требование Б" 35 и шина "Общий" (на фиг.1 и 4 не показана).

Обмен информацией между микропроцессором 3 и параллельным интерфейсом 6 может осуществляться посредством программных операцией с опросом сигнала по входам "Требование А" 34, "Требование Б" 35 или программных операций с использованием средств прерывания программы.

Устройство И1 способно хранить 16 бит одного выходного слова или двух байтов в регистре "выходной буфер". Записанные в выходной буфер данные (ВД00. ВД15) передаются во внешние блоки 11.14, 24.26 посредством кабеля связи, присоединяемого к специальному разъему. Любая программная операция микропроцессора 3, которая загружает байт или слово в выходной буфер, вызывает появление кратковременного строб-сигнала "Выход данных" на импульсном выходе 33, информирующего внешние блоки о появлении данных на выходе 30, 31.

Входные данные ВВ00.ВВ15 пересылаются в канал микро-ЭВМ 2 в течение канального цикла "Ввод". Все 16 битов помещаются в канал ЭВМ с входа 29 одновременно. Когда данные считываются микропроцессором 3, последний инициирует канальный цикл "Ввод", который формирует на импульсном выходе 32 параллельного интерфейса 6 кратковременный строб-сигнал "Ввод данных" высокого уровня длительностью от 10 до 300 мкс, информирующий внешние блоки о приеме данных микропроцессором.

Вход "Требование А" 34 параллельного интерфейса используется внешними блоками для инициирования процедуры прерывания или как флаг, состояние которого может быть проверено программно. Канальный сигнал "Требование прерывания" (К ТПР Н) низкого уровня микропроцессора 3 вырабатывается параллельным интерфейсом 6 при наличии сигнала "Требование А" на входе 34 высокого уровня напряжения со стороны блока 7 при наличии разрешения прерывания программы.

Каждому каналу вводимой в микропроцессор 3 или выводимой из него информации поставлен в соответствие свой определенный системный адрес, который может устанавливаться путем замыкания или размыкания проводников-перемычек в специальном узле задания адреса, имеющемся в составе любого из блоков 12-14, 24, 25. При обращении к определенному каналу параллельный интерфейс 6 удерживает на своих шинах q cтарших битов информационного выхода 31 адрес этого канала до тех пор, пока микропроцессор 3 не закончит с ним сеанса связи. В связи с этим блок 14 ввода пассивных дискретных сигналов подсоединен своим информационным входом 75 именно к шинам q cтарших битов информационного выхода блока 11, по которым передается адрес канала вводимой информации на q-битный дешифратор блока 14. Количество разрядов 16-битного информационного слова, отводимых под адреса каналов, зависит в устройстве от общего количества каналов передаваемой информации и разрядности имеющихся в устройстве аналого-цифровых (и цифроаналоговых, если они есть) преобразователей. Например, если аналого-цифровой преобразователь блока 26 имеет 10 информационных битов, то целесообразно отвести под адрес оставшиеся 6 битов 16-битного информационного слова микро-ЭВМ 2, т.е. q=6. Путем перестановки проводников-перемычек в узле 108 задания адресов дешифратора 101 блока 14 ввода дискретных пассивных сигналов можно задавать различные адреса каналов вводимой информации.

Последовательность обмена сигналами между микро-ЭВМ 2 и блоками 12-14, 24-26 рассмотрена на примере ввода кода режима работы устройства и объекта управления с блока 8 формирования заданий и коэффициентов (фиг.9). В этом случае обмен начинается с того, что микропроцессор выдает на выход 31 интерфейса 6 код адреса канала 49-77 задания кода режима работы устройства, который через блок 9 гальванического разделения и блок 11 контроллера поступает на вход 75 блока 14 ввода дискретных пассивных сигналов и далее на дешифратор 101 адреса (фиг.6). Одновременно с выдачей адреса микро-ЭВМ 2 вырабатывает на своем выходе 33 строб-сигнал "Вывод данных", который через блоки 9 и 11 поступает на управляющий вход 73 блока 14 и на С-вход триггера 104. Поскольку D-вход триггера 104 всегда имеет потенциал "логической 1", то по строб-сигналу "Вывод" триггер 104 устанавливается и на его инверсном выходе появляется низкий уровень напряжения. Если выданный процессором адрес соответствует адресу α выбранного канала задания кода режима работы, то срабатывает узел 108 задания адреса, элемент 2И-НЕ 109, низкий уровень с выхода которого поступает на вход WO микросхемы 107 дешифратора 101 и разрешает работу последней. При появлении низкого уровня напряжения на выходе триггера 104, который поступает на вход W1 микросхемы 107 дешифратора, последняя включается и на одном из ее выходов, например на выходе 07, соответствующем коду адреса канала задания кода режима работы, появляется низкий уровень напряжения. Этот уровень напряжения логическим инвертором 111, преобразуется в высокий уровень напряжения, который с выхода 80 блока 14 поступает на вход 51 блока 8 формирования заданий и коэффициентов и стробирует в последнем клапан передачи информационного слова задания кода режима работы сварочной установки и устройства управления. В результате с выхода 49 блока 8 код заданного режима работы поступает на сигнальный информационный вход 77 блока 14 ввода дискретных пассивных сигналов и далее на шины 103 приема дискретной информации. Затем микропроцессор 3 вырабатывает сигнал управления "Ввод данных" (фиг. 9), который с управляющего выхода 32 параллельного интерфейса 6 через блок 9 гальванического разделения и блок 11 контроллера поступает на вход 72 управления блока 14 и далее на вход 106 клапана 105 передачи информации и одновременно на R-вход триггера 104. Высокий уровень напряжения на входе 106 клапана 105 разрешает прохождение информации о коде заданного режима работы с приемных шин 103 на выход 74 блока 14 и далее через блоки 11 и 9 на вход 29 параллельного интерфейса 6. Одновременно строб-сигнал "Ввод" по R-входу сбрасывает триггер 104, высокий уровень напряжения с инверсного выхода которого запрещает работу микросхемы 107 дешифратора 101, в результате чего на всех управляющих выходах последнего устанавливается высокий уровень напряжения.

Прием данных по всем другим каналам ввода дискретных пассивных сигналов, например каналу 50-78, о значении величины начального дугового промежутка осуществляется аналогично вышеописанному. Значения различных постоянных, но изменяемых по желанию оператора коэффициентов, входящих в уравнение реализуемого устройством способа управления, вводятся от блока 8 также через блок 14 ввода дискретных пассивных сигналов, который в рассматриваемом примере рассчитан на шесть каналов ввода. Значения параметров системной информации и изменяемых коэффициентов в любой момент времени могут быть изменены оператором с помощью программных переключателей, имеющихся в блоке 8 формирования заданий и коэффициентов. Поэтому для каждого изменяемого параметра и коэффициента в блоке 8 предусмотрен (фиг.5) свой узел задания в виде набора переключателей и канала (или регистр) передачи данных с входом управления, подключенным к соответствующему выходу дешифратора 101 аналогично тому, как это выполнено для узла задания кода режима работы устройства. Некоторые параметры могут формироваться вне устройства, например в ЭВМ, более высокого уровня и вводиться по внешнему каналу ввода (фиг.5).

Распознавание текущего номера зоны сетевого напряжения осуществляется с помощью блока 7 нуль-органов и регистратора полярностей фаз трехфазной питающей сети.

Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.8.

Микро-ЭВМ 2 работает в течение всего времени функционирования предлагаемого устройства для управления вентильным преобразователем с момента включения его электропитания по программе, хранящейся в его запоминающем устройстве 4.

Программа работает циклически, по тактам, начало каждого такта соответствует переднему фронту импульса синхронизации U_БИО (фиг.8). Каждая зона сетевого напряжения соответствует одному такту управления (интервалу синхронизации), в котором производится расчет значения угла отпирания α _к+1, определение и выдача соответствующего выходного кода на отпирание вентилей. Импульсами синхронизации, приходящими от нуль-органов блока 7, осуществляется прерывание основной программы шесть раз за период. В каждом такте микропроцессор считывает системную информацию, например, по каналам 77-49 и 78-50 и технологическую, т.е. информацию от блоков 7, 14 и 26, содержащих регистраторы и датчики контролируемых величин и параметров.

После получения сигнала прерывания от блока 7 синхронизации с сетью микропроцессор 3 в соответствии с программой в ПЗУ блока 4 переходит на подпрограмму обслуживания прерывания от импульса синхронизации, в начале которой выполняет сброс соответствующего триггера прерывания в блоке 7 (фиг. 10). В результате на выходе 48 блока 7 вновь устанавливается низкий уровень напряжения, т.е. блок 7 подготавливается к новому циклу работы.

Затем микропроцессор 2 с выхода 49 блока 8 формирования заданий и коэффициентов через вход 77 блока 14 и блок 11 контроллера и блок 9 гальванического разделения блока 10 сопряжения считывает код режима работы устройства и сварочной установки и анализирует его. Если оператором установлен автоматический режим работы устройства и установки с выдачей управляющих воздействий и подана команда начала процесса сварки, то микропроцессор 3 переходит к соответствующему блоку управляющей программы в ПЗУ и считывает все параметры системной и технологической информации.

В начале каждого k-го такта управления после отработки прерывания импульсом синхронизации процессор в соответствии с заложенной в ПЗУ программой осуществляет считывание текущей системной и технологической информации.

Системной информацией является информация, задаваемая оператором сварочной установки в режиме диалога или с помощью программных переключателей блока 8 формирования заданий и коэффициентов. В рассматриваемом случае такой информацией является код режима работы сварочной установки, установка начального значения длины дугового промежутка, его минимальное и максимальное значения, длительность цикла Т_ц в режиме пульсирующего тока, параметры Т_ф, Т_в, Т_п, величины дежурного тока I и амплитуды импульса тока I а также все остальные параметры циклограммы сварки.

Технологической информацией является информация, отражающая протекание технологического процесса сварки, т.е. показания датчиков всех измеряемых и контролируемых технологических параметров. В рассматриваемом случае эти значения тока и напряжения дуги, вводимые с датчиков 21 и 22 через блоки 25, 26, 11, 6 в управляющий микрокомпьютер 2.

Заданные операторы в блоке 8 значения кода режима работы, длины дугового промежутка, параметров цикла могут им быть изменены в любой момент времени. При очередном импульсе синхронизации эти значения заново считываются микропроцессором и заносятся в память.

В любой момент времени на шести входах клапана блока 7 имеется информация о текущем состоянии полярностей фаз линейных напряжений, образующая шестибитный параллельный код.

Байт входной технологической информации считается микропроцессором 3 8-битным параллельным кодом по каналу 76-47 через блок 14 ввода пассивных дискретных сигналов и затем через блок 11 контроллера, блок 9 гальванического разделения и параллельный интерфейс 6 путем подачи кратковременного сигнала "логической 1" (строба "Ввод") на управляющий вход 46 блока 7.

Микро-ЭВМ 2 связан через параллельный интерфейс 6 и блок 10 сопряжения с управляющими электродами вентилей силовых мостов через формирователи блока 13 распределения отпирающих импульсов таким образом, что каждому разряду (биту) выводимого слова информации соответствует определенный вентиль моста. Соответствие битов кода, выдаваемого микропроцессорным блоком 2 через блоки 6,9,11 на вход 70 блока 13, управляемым вентилям мостов устанавливается форматом выводимого управляющего слова.

При условии протекания тока по нагрузке (I_∂>0) в интервале каждой из зон сетевого напряжения может быть произведено включение только одного очередного вентиля моста, при этом предыдущий вентиль продолжает проводить ток, а вентиль предшествовавший предыдущему выходит из состояния проводимости (при небольших нагрузках). В зависимости от номера проводящего моста и номера текущей зоны, устройство начинает отсчет угла отпирания и определение кода на включение вентилей по окончании отсчета. Единичному состоянию бита выходного кода соответствует высокий уровень напряжения на управляющем электроде тиристора, нулевому состоянию отсутствие напряжения.

Выдавая в определенные моменты времени единичные коды через блоки 6, 11, 12 и 13 и затем, снимая их, микропроцессор в последовательности, задаваемой программой, и в соответствии с входными воздействиями осуществляет включение выбранных вентилей, т.е. управление вентильным преобразователем.

Блок 25 коммутатора аналоговых сигналов и блок 26 аналого-цифрового преобразования работают следующим образом.

В исходном положении дешифратор адреса номера канала вводимой аналоговой информации, имеющийся в составе блока 25 коммутатора аналоговых сигналов, не включен, вследствие этого аналоговые ключи блока 25 отключены, и ни один из аналоговых сигналов с входов 91 или 92, поступающих соответственно от согласующих преобразователей 21 и 22 токового сигнала и сигнала напряжения дуги, не проходит на аналоговый выход 93 ПС (ПС преобразуемый сигнал, подаваемый далее на аналоговый вход АЦП), т.е. ПС=0 (фиг.11).

При необходимости выбрать какой-либо один из каналов аналоговой информации и преобразовать имеющийся на нем аналоговый сигнал в цифровой код микропроцессор 3 выдает с выхода 31 код адреса выбранного канала управляющий импульсный сигнал ВДВ с выхода 33 параллельного интерфейса 6 (фиг.4). Эти сигналы проходят через блок 9 гальванического разделения и блок 11 контроллера и поступают с выходов 60 и 62 последнего соответственно на информационный вход 85 и управляющий вход 87 блока 25 коммутатора аналоговых сигналов. При появлении кода адреса выбранного канала вводимой аналоговой информации на входе 85 и управляющего сигнала "Вывод" на входе 87 дешифратор блока 25 срабатывает и на соответствующем его выходе появляется строб низкого уровня.

Пусть для определенности выбран адрес первого канала 91, в этом случае строб низкого уровня через логические элементы включает аналоговый ключ блока 25, в результате чего аналоговый сигнал тока на дуге проходит с входа 91 блока 25 коммутатора на выход этого ключа, т.е. на выход 93 ПС блока 25 (фиг.11).

Работа дешифратора адреса блока регламентируется состоянием специального триггера, который формирует на своем инверсном выходе инверсный сигнал "Разрешение преобразования, низкий" (РПН). В исходном состоянии триггер РП сброшен, и на инверсном его выходе РПН присутствует сигнал "логической единицы", разрешающий работу дешифратора адреса блока 25. В этих условиях при подаче адреса канала и сигнала ВДВ дешифратор адреса блока срабатывает, включает соответствующий аналоговый ключ, одновременно устанавливается триггер РП и на его инверсном выходе вырабатывается низкий уровень сигнала РПН, который поступает на выход 90 блока 25 и одновременно запрещает работу дешифратора блока 25.

Сигнал РПН низкого уровня поступает на вход 98 блока 26 аналого-цифрового преобразования (АЦП), после чего начинается преобразование выбранного аналогового сигнала, поступающего с выхода ПС 93 блока 25 коммутации на вход 99 блока 26 АЦП. Это преобразование занимает некоторый интервал времени t_пр (фиг.11), по окончании которого блок 26 АЦП формирует сигнал "требование Б", по окончании которого блок 26 АЦП формирует сигнал "требование Б, верхнего уровня" ТРБ В на своем выходе 95, информирующий о том, что на информационном входе 94 блока 26 АЦП выставлен код преобразованного аналогового сигнала, на входе ПС 99 блока 26 АЦП. Сигнал ТРБ В поступает на вход 64 блока 11 контроллера и далее через блок 9 гальванического разделения на выход 42 блока 10 сопряжения, а затем на вход 35 параллельного интерфейса 6 управляющего микрокомпьютера 2, информируя последний о том, что полученный в результата аналого-цифрового преобразования код поступил с выхода 94 блока 26 через вход 59 блока 11 контроллера, блок 9 гальванического разделения и выход 36 блока 10 сопряжения на информационный вход 29 параллельного интерфейса 6. Одновременно сигнал ТРБ в блоке 11 контроллера умощняется, преобразуется усилителем-формирователем 58 в сигнал ТРБ МВ и с выхода 65 блока 11 контролера поступает на вход 96 блока 26 АЦП и вход 86 блока 25 коммутатора.

Сигнал ТРБ В вызывает прерывание работы микропроцессора по входу 35 параллельного интерфейса 6 и в ответ микропроцессор выдает тот же адрес с выхода 31 и сигнал "Ввод данных" ВВВ с выхода 32 параллельного интерфейса 6. Сигнал ВВВ проходит на вход 39 блока 10 сопряжения через блок 9 гальванического разделения и затем через усилитель 56 блока 11 контроллера, где умощняется и поступает с выхода 61 последнего в виде сигнала "Ввод" на вход 88 блока 25 коммутатора аналоговых сигналов. В последнем сигнал "Ввод" складывается по "И" с сигналом ТРБ МВ и образует сигнал низкого уровня СБР, который сбрасывает триггер РП. В результате на выходе 89 блока 25 коммутатора появляется импульсный сигнал СБР (фиг.11). Этот сигнал поступает на вход 97 блока 26 АЦП и снимает сигнал ТРБ МВ, формируемый этим блоком, и таким образом режим требования прерывания от блока 26 АЦП заканчивается. По сигналу ВВВ микропроцессор принимает код преобразованного аналогового сигнала с выхода 36 блока 10 сопряжения по входу 29 параллельного интерфейса 6 и таким образом завершается сеанс связи микропроцессора 3 с блоком 25, 26 коммутатора и АЦП.

Полученные в результате вычислений с помощью микро-ЭВМ 2 согласно предлагаемому способу цифровые значения управляющего воздействия преобразуются на каждом такте управления в аналоговые сигналы напряжения. Для осуществления этого преобразования процессор 3 микро-ЭВМ 2 выдает через информационные выходы 30 и 31 параллельного интерфейса 6, блок 9 гальванического разделения и контроллер 11 на магистральные шины вывода данных 60 (фиг.4) блока 10 сопряжения, на вход 82 блока 24 управляющее слово, включающее в себя адрес канала вывода аналоговой информации, и приформированный к нему двоичный код расчетного управляющего воздействия. При этом код старшей части выводимого через информационный выход 31 параллельного интерфейса 6 и контроллер 11 слова (ВД 10.ВД15) по магистральным шинам вывода данных 60 попадает на вход 6-битного дешифратора 116 адреса (фиг.7), код младшей части (ВД00-ВД09) на соответствующие входы узла 10-битного триггерного регистра 114 блока 24 вывод аналоговых сигналов. Одновременно с выдачей адреса процессор вырабатывает сигнал "Вывод данных", который с управляющего выхода 33 параллельного интерфейса 6 микро-ЭВМ 2 через блок 9 гальванического разделения и блок 11 контроллера с его выхода 62 поступает на магистральную шину управления "Вывод", а с нее на вход 83 блока 24, через логический инвертор 119 на вход дешифратора 116 и стробирует его. Если выданный процессором адрес соответствует адресу блока 24 и выбранному номеру канала вывода, то по сигналу "Вывод" срабатывает 6-битный дешифратор 116 адреса (фиг.7) и на одном из его выходов появляется нарастающий фронт положительного напряжения, который, поступая на синхронизирующий вход С1, С2 узла триггерного регистра 114, стробирует его. В результате присутствующий на входе 82 узла триггерного регистра 114 код данных ВД00.ВД09 записывается в этот регистр и с выхода последнего поступает на соответствующие входы микросхемы ЦАП 115, которая преобразует этот код в соответствующий аналоговый сигнал напряжения. Этот сигнал инвертируется выходным операционным усилителем 122, корректируется смещающим усилителем 123 и поступает на выход блока 24, а с него на выход 84 блока 10 сопряжения.

В процессе сварки после возбуждения и установления дуги на дежурном токе осуществляют в режиме пульсирующего тока снятие реальной динамической вольтамперной характеристики на интервале нарастания очередного импульса тока, определяют ее расчетное отклонение от выбранной эталонной вольтамперной характеристики и компенсируют это отклонение за счет изменения расстояния между электродом и изделием путем подачи соответствующего управляющего воздействия на позиционный электропривод 23 перемещения горелки 132 с электродом 100. При этом генерируют серию импульсов синхронизации, каждый из которых формируют в момент перехода через нуль одного из шести линейных напряжений трехфазной промышленной сети. С помощью этих импульсов разбивают во времени весь процесс управления дуговой сваркой на последовательно сменяющие друг друга k-е такты, каждый N из которых составляют j-й цикл управления, причем измерения тока и напряжения дуги осуществляют по переднему фронту каждого импульса синхронизации в начале каждого k-го такта управления. На каждом i-м цикле формируют управляющее воздействие х_j в цифровом виде для позиционного электропривода перемещения горелки по отклонению в соответствии с соотношением
х_j k_эп ˙δ_j, где х_j управляющее воздействие;
k_эп коэффициент пропорциональности, зависящий от характеристик конкретного электропривода;
δ _j отклонение для j-го цикла динамической вольтамперной характеристики от эталонной.

Управляющее воздействие преобразуют в аналоговую форму и подают полученный аналоговый сигнал напряжения на аналоговый вход электропривода 23 перемещения горелки 132 в каждом k-ом такте управления, причем отклонение δ_j реальной вольтамперной характеристики от эталонной (рассогласование) выводят путем определения среднего его значения по формуле
δ_j= (U_∂k-U_эт.k), где U_∂к текущее k-е значение напряжения реальной динамической вольтамперной характеристики для k-го значения тока;
U_эт.к текущее k-е значение напряжения эталонной вольтамперной характеристики для k-го значения тока;
m число измерений за интервал нарастания импульса тока.

При этом величину отклонения реальной вольтамперной характеристики от заданной эталонной изменяют на очередном такте j-го цикла, наступающем после того такта, на котором закончено вычисление этого отклонения.

Закон фоpмирования фронта импульса тока определяется из следующих соображений. По заданным значениям длительностей фронта Т_ф, цикла Т_ц, вершины Т_в, cпада Т_с, паузы Т_п рассчитывают количество интервалов синхронизации (тактов управления) в каждом из этих временных интервалов путем деления любой из этих величин на длительность интервала синхронизации, которая для промышленной частоты f 50 Гц cоставляет
T₁= ≈ 3,33 мс. Число тактов управления в цикле равно
N . Число тактов управления на интервале фронта Т_ф импульса тока равно
m
На интервале нарастания сварочного тока Т_ф (интервале фронта импульса) ток должен нарастать в каждом такте управления на фиксированную величину ΔI_∂к, вычисляемую по формуле
ΔI_∂k где ΔI_∂к приращение тока дуги на k-м интервале синхронизации;
I_∂1 среднее значение дежурного тока (фиг.2 и 3);
I_∂2 среднее значение тока на вершине импульса.

Текущая величина тока на k-м интервале равна
I_∂k= I_∂1+ I_∂k.

При наличии обратной связи по току источника питания дуги, реализуемой в описываемом устройстве, задающее воздействие по току должно быть равно
Y a₁ ˙I где а₁ коэффициент пропорциональности.

Сигнал обратной связи по току, принимаемый от блока 9 через блок 26 АЦП, равен
Y_ос.к а₂ ˙I_∂к где а₂ коэффициент пропорциональности.

Входное воздействие на регулятор тока определяется разностью
Y_вх(k+1) Y_зад(k+1) У_ос.к.
Величина вырабатываемого источника тока равна
I_∂(k+1) k_ип˙ Y_вх(k+1) I_∂о ˙сos α_k+1, где k_ип коэффициент передачи источника питания дуги;
I_∂о максимальное среднее значение тока при угле отпирания α= 0.

Величина угла отпирания для следующего очередного интервала синхронизации вычисляется по формуле
α_k+1= arccos · y.

В программе, реализующей описываемый алгоритм управления, используется динамический массив управляющих слов, т.е. кодов, выводимых из микро-ЭВМ 2, состояние отдельных битов которых определяет включение тех или иных вентилей. Сформированные программой управляющие слова вывода записывают в заданный участок ОЗУ блока 4 в определенной последовательности, образуя динамический массив 16-битных слов, из которого в определенной последовательности эти слова извлекаются. Массив является упорядоченным, т.к. заполняется с одной стороны. При этом управляющие слова записываются в ячейке ОЗУ с последовательно возрастающими адресами, начиная с ячейки с именем СОDM, адрес которой фиксирован и является адресом-идентификатором массива. Массив является динамическим, т.к. при записи в него очередного слова содержимое в ячейке указателя текущего адреса массива наращивается на 2 для байтовых микропроцессоров и на 1 для микропроцессоров, в которых идет адресация к 16-битному слову, при этом очередное управляющее слово записывается в следующую ячейку. Считывание управляющего слова с удалением из массива производится с другой стороны и только на верхней ячейке, адрес которой фиксирован, при этом оставшиеся слова массива сдвигаются в соседние ячейки с меньшими адресами. Таким образом, в используемом динамическом массиве порядок считывания подчиняется правилу: первым поступал первым обслуживается.

Изобретение позволяет расширить технологические возможности автоматической сварки путем обеспечения поддержания длины дугового промежутка при сварке в режимах пульсирующего постоянного тока за счет периодического снятия вольтамперной характеристики дуги в интервале нарастания сварочного тока в каждом импульсе, определения среднего значения отклонения ее от эталонной вольтамперной характеристики в темпе с процессом формирования в темпе с процессом соответствующего управляющего сигнала и воздействия им на электропривод перемещения горелки с электродом для автоматического достижения минимума рассогласования. Указанная последовательность операций производится автоматически и синхронно с переменным напряжением промышленной питающей сети без участия оператора. Высокая стабильность синхронизации процесса управления обеспечивает повышение точности и стабильности технологического процесса сварки, что повышает качество сварного соединения. Введенная операция усреднения хаотических изменений отклонения напряжения дуги от заданных значений обеспечивает уменьшение динамических колебаний электропривода перемещения горелки с электродом, что приводит к повышению надежности сварочной установки, приводит к снижению трудоемкости производства сварных соединений.

Изобретение относится к сварке, а именно к автоматическому регулированию и управлению электрическим режимом процесса электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов при реализации режимов пульсирующего постоянного тока. Цель изобретения расширение технологических и функциональных возможностей устройства путем обеспечения поддержания длины дуги при сварке в режимах пульсирующего тока. Устройство содержит блок сопряжения, управляющую микроЭВМ, блок синхронизации с сетью, преобразователи токового сигнала и сигнала напряжения дуги сварочной установки, электропривод перемещения горелки сварочной установки, блок управления тиристоров источника питания дуги. Блок сопряжения снабжен блоком коммутации аналоговых сигналов, блоком аналогово-цифрового преобразования и блоком цифроаналогового преобразования. Схема позволяет периодически контролировать характеристику дуги в каждом импульсе тока и формировать воздействие на электропривод перемещения электрода, т.е. стабилизировать процесс в режиме пульсирующего тока. 11 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ, содержащее сварочную установку, управляющую микроЭВМ, включающую в себя микропроцессор, блок памяти, блок управления устройствами ввода-вывода и параллельный интерфейс, блок синхронизации с сетью, блок формирования заданий и коэффициентов, блок гальванического разделения и блок сопряжения, выполненный в виде блока контроллера, блока таймеров, блока распределения и усиления отпирающих импульсов, блока ввода дискретных сигналов, связанных между собой информационными шинами ввода и вывода дискретной информации, шинами импульсных управляющих сигналов "Ввод" и "Вывод", при этом первый и второй информационные выходы, первый и второй управляющие импульсные выходы и первый информационный вход управляющей микроЭВМ связаны соответственно с первым и вторым информационными входами, с первым и вторым управляющими входами и первым информационным выходом блока сопряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических и функциональных возможностей устройства путем обеспечения поддержания длины дуги при сварке в режимах пульсирующего тока, в блок сопряжения введены дополнительный блок коммутации аналоговых сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, блок цифроаналогового преобразования, причем первый импульсный выход связан с первым входом прерывания управляющей микроЭВМ, второй импульсный выход блока сопряжения связан с вторым входом прерывания управляющей микроЭВМ, блок синхронизации с сетью связан импульсным выходом с входом блока контроллера, информационным выходом и управляющим входом с соответствующими входом и выходом блока ввода дискретных сигналов, блок формирования заданий и коэффициентов информационными выходами и импульсными входами связан с блоком ввода дискретных сигналов, блок коммутации аналоговых сигналов входами связан со сварочной установкой, выход блока цифроаналогового преобразования связан с электроприводом перемещения горелки сварочной установки, информационный выход блока распределения и усиления отпирающих импульсов связан с источником питания дуги сварочной установки, первый и второй информационные, первый и второй управляющие входы блока сопряжения связаны через блок гальванического разделения соответственно с входами младших и входами старших разрядов, с первым и вторым управляющими входами блока контроллера, первый информационный выход которого подключен через блок гальванического разделения к первому информационному выходу блока сопряжения, второй информационный выход, первый и второй импульсные управляющие выходы блока контроллера подключены соответственно к информационным входам, первым и вторым управляющим входам блока таймеров, блока ввода дискретных сигналов, блока распределения и усиления отпирающих импульсов, блока цифроаналогового преобразования, блока аналого-цифрового преобразования и блока коммутатора аналоговых сигналов, два импульсных и аналоговый выходы которого подсоединены соответственно к первому и второму импульсным и аналоговому входам блока аналого-цифрового преобразования, информационный и импульсный выходы которого подсоединены соответственно к 16-битному информационному и третьему импульсному входам блока контроллера, третий и четвертый импульсные выходы которого подсоединены соответственно к второму и дополнительному третьему импульсному выходам блока сопряжения, пятый импульсный выход блока контроллера подключен к третьему входу управления коммутатора аналоговых сигналов и третьему управляющему входу блока аналого-цифрового преобразования.