Устройство для управления процессом контактной точечной сварки Советский патент 1980 года по МПК B23K11/24 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

1

Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для автоматического контроля и управления группой машин для контактной точечной сварки.

Известны системы контроля и управления контактной точечной сварки по физическим и электрическим параметрам режима сварки 1.

Однако известные системы контроля и регулирования не предусматривают введение компенсирующих воздействий при разладке и неисправностях сварочного оборудования.

Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для управления процессом контактной сварки, содержащее устройство для управления сварочной машиной, формирователи, логические .схемы ИЛИ, силовые вентили, редукторы усилия сжатия-, схемы сравнения, источники постоянного тока, регистры, блок инверторов, коммутатор, процессор, к одному входу которого подключен выход оперативного запоминающего устройства, а ко второму - выход блока сопряжения, у которого первый

вход соединен с выходо.м аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу коммутатора аналоговых сигналов, у последнего один вход соединен с выходом датчиков параметров процесса сварки, а другой - со вторым выходом блока сопряжения, ко входу процессора подключен выход устройства прерывания процессора, вход которого подключен к выходу синхронизатора 2.

° Однако данное устройство позволяет только контролировать параметры режима сварки и по ним определять качество выполненной сварочной точки. Как известно, дефектная сварная точка еще не означает

5 брак свариваемой конструкции в целом. Известное устройство не дает оценки прочности всей конструкции. Кроме того, известное устройство не позволяет предупредить некачественную сварку вследствие разладки и - неисправностей сварочного оборудования,

20 недопустимых отклонений параметров режима, падения напряжения электрической сети, давления воздуха и воды IB магистралях, к которым подключены сварочные машины. Цель изобретения - улучшение качества сварных соединений и повышение точности контроля сварочного оборудования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены блок привязки к сети, на вход которого подключены фазные напряжения магистрали электропитания сварочных машин, а выход которого подключен ко входу устройства прерывания процессора, датчики напряжения сети, давления воздуха и воды, входы которых подключены, соответственно, к магистралям питания сварочных машин электроэнергией и к устройствам стабилизации давления воздуха и воды в магистралях, а выходы - ко входам коммутатора аналоговых сигналов, блок контроля состояния сварочного оборудования, вход которого подключен к сварочной машине, а выходы - ко входу устройства прерывания процессора и входу блока сопряжения, блок формирования команд управления.сварочным оборудованием, вход которого соединен с выходом блока сопряжения; аналоговый; и дискретный выходы которого подключены ко входам устройства управления сварочной машины, а два других дискретных выхода - ко входам устройства стабилизации давления воздуха и воды в магистралях, а также блок сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов, входом соединений с выходом блока сопряжения. Блок привязки к сети выполнен в виде трех согласователей, на вход каждого из которых подключены фазные напряжения магистрали электропитания сварочных машин, а выход каждого соединен со входом одного из трех формирователей, йыходы которых подключены ко входам логической схе.мы ИЛИ, а выход последний соединен со входом устройства прерывания процессора. Блок контроля состояния сварочного оборудования выполнен в виде датчика напряжения, вход которого подключен ко входу электрической силовой части сварочной машины, датчикадавления воздуха, вход которого подключен ко входу редукторов, задаюших усилие сжатия привода сварочной маШикы, датчика расхода воды, вход которого включен в цепь о.хлаждения сварочной машины, датчика температуры, вход которого подключен к корпусам управляемых силовых вентилей сварочной машины, а также четырех согласователей, у которых входы соединены с выходами датчиков напряжения, давления воздуха, расхода воды и температуры, а их выходы с первыми входами четы-, рех схем сравнения, вторые входы которых подключены к одному полюсу источника постоянного тока, второй полюс которого заземлен, выходы схем сравнения подаются на входы регистра и входы логической схемы ИЛИ, выход которой соединен со входом устройства прерывания процессора, а выход регистра со входом блока сопряжения. Блок формирования команд управления сварочным оборудованием выполнен в виде коммутатора, вход которого соединен с выходом блока сопряжения, а выходы - со входами четырех регистров, выход первого регистра подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выход второго регистра ко входу блока инверторов, выход цифроаналогового преобразователя и выход блока инверторов подключены ко вхо.й.у устройства управления сварочной машины, а выходы третьего и четвертого регистров соединены через согласователи со входами . устройств стабилизации давления воды и воздуха в магистралях. Блок сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования зачистки электродов выполнен в виде сигнального табло, устройства печати и , устройства ввода-вывода - на базе электроннолучевой трубки, входы которых -подключены к выходам коммутатора, вход которого соединен с выходом блока сопряжения. На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления процессом контактной точечной сварки. Устройство содержит процессор 1, оперативное запоминаюшее устройство 2, блок 3 сопряжения, аналого-цифровой преобразователь 4 и коммутатор 5 аналоговых сигналов, датчики 6 параметров процесса, синхронизатор 7, устройство 8 прерывания процессора, блок 9 привязки к сети, датчики напряжения сети 10, давления воздуха И и давления воды 12, блок 13 контроля состояния сварочного оборудования, блок 14 формирования команд управления сварочным оборудованием, блок 15 сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов. Кроме, того, устройство содержит сварочную маши: ну 16, устройство 17 управления сварочной машиной, устройства стабилизации давления воздуха 18 и воды 19, магистрали питания сварочных машин электроэнергией 20, воздухом 21 и водой 22. Блок 9 привязки к сети состоит из согласователей 23, 24 и 25, формирователей 26, 27 и 28, логической схемы 29 ИЛИ. Блок 13 контроля состояния свароч.чого оборудования состоит из датчиков напряжения 30, давления воздуха 31, расхода воды 32 и температуры 33, согласователей 34, 35, 36 и 37, схем 38, 39, 40 и 41 сравнения, источника 42 постоянного тока, логической схемы 43 ИЛИ и регистра 44. Блок 14 формирования команд управления сварочным оборудованием состоит из коммутатора 45,. регистров 46, 47, 48 и 49, цифроаналогового преобразователя 50, блока 51 инверторов и согласователей 52 и 53. Блок 15 сигнализации прочности сварной конструкции, неисправности оборудования и зачистки электродов состоит из сигнального табло 54, устройства 55 печати, устройства 56 ввода-вывода на базе электроннолучевой трубки, коммутатора 57 и пульта 58 задания режима.

Элементы системы соединены следующим образом.

Один вход процессора 1 соединен с выходом оперативного запоминающего устройства 2, второй - с выходом блока 3 сопряжения, а третий - свыходом устройства 8 прерывания процессора. Другие выходы блока 3 сопряжения соединены со входом коммутатора 5 аналоговых сигналов, входом регистра 45 блока 14 формирования команд управления сварочным оборудованием и входом коммутатора 57 блока 15 сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов, а входы блока сопряжения 3 - с выходом аналого-цифрового преобразователя 4, выходом регистра 44 блока 13 контроля состояния сварочного оборудования. Вход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с выходом коммутатора 5 аналоговых сигналов, входы которого подключены к выходам датчиков 6 параметров процесса, установленного на сварочной машине 16 и выходам датчиков напряжения сети 10, давления воздуха 11 и давления воды 12, входы которых подключены к магистралям питания сварочных мащин электроэнергией 20, воздухом 21 и водой 22. Синхронизатор 7 входом соединен с педалью включения сварки сварочной машины 16, а выходом - со входом устройства 8 прерывания процесса, к другим входам которого подключены выход логисческой схемы 29 ИЛИ блока 9 привязки к сети и выход логической схемь 43 ИЛИ блока 13 контроля состояния сварочного оборудования. На входы согласователей 23, 24- и 25 блока 9 привязки к сети подключены фазные напряжения магистрали 20 питания сварочных машин электроэнергией.

В блоке 14 формирования команд управления сварочным оборудованием выходы цифроаналогового преобразователя 50 и блока 51 инверторов соединены со входами устройства 17 управления сварочной машины, а выходы согласователей 52 и 53 - со входами устройств стабилизации давления воздуха 18 и воды 19, соответственно, последние подключены к магистралям питания сварочных машин воздухом 21 водой 22.

В блоке 9 привязки выходы согласователей 23, 24 и 25 соединены со входами, соответственно, формирователей 26, 27 и 28, а выходы последних - со входами логической схемы 29 ИЛИ..

В блоке 13 контроля состояния сварочного оборудования датчик 30 напряжения входом подключен ко входу электрической силовой части сварочной машины 16, датчик

31давления воздуха, входом подключен ко входу редукторов, задающих усилие сжатия привода сварочной машины 16, датчик

32расхода воды, входом включен в цепь

охлаждения сварочной машины 16 и датчик 33 температуры, входом подключен к корпусам управляемых силовых вентилей сварочной машины 16. Выходы датчиков 30, 31, 32 и 33 соединены, соответственно, со вхоS дами согласователей 34, 35, 36 и 37, а выходы последних - с первыми входами, соответственно, схем 38, 39, 40 и 41 сравнения. Вторые входы схем сравнения подключены к одному полюсу источника 42 постоянного тока, другой полюс которого соединен с землей. Выходы схем 38, 39, 40 и 41 сравнения подключены ко входам регистра 44 и входам логической схемы 43 ИЛИ.

В блоке 14 формирования команд управления сварочным оборудованием . выходы

j коммутатора 45 соединены со входами регистров 46, 47, 48 и 49. Выход регистра 46 подключен ко.входу цифроаналогового пре-, образователя 50, а выход регистра 47 - ко входу блока 51 инверторов. Выход регистра 48 соединен со входом согласователя 52,

0 а выход регистра 49 - со входом согласователя 53.

В блоке 15 сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов входы сигнального табло 54, устройства 55 печати и устройства 56 ввода-вывода на базе электрон. нолучевой трубки соединены с выходами коммутатора 57, на вход которого подключен выход пульта 58 задания режима.

Устройство работает следующим обра0 зом.

При включении педали сварочной машины синхронизатор 7 формирует сигнал прерывания, который поступает на устройство 8 прерывания процессора и это устройство переключает процессор I в режим опроса датчиков 6 параметров процесса. Опрос датчиков осуществляется в начале каждого периода электрической сети. Синхронизация опроса осуществляется с помощью блока 9

0 привязки к сети, который формирует сигналы прерывания в начале каждого периода напряжения сети и выдает эти импульсы на вход устройства 8 прерывания процессора. Для этого фазные напряжения магистрали питания сварочных мащин электроэнергией

подаются на входы согласователей 23, 24 и 25 блока 9, в которых осуществляется гальваническая развязка электрических цепей и понижение фазных напряжений до 5 В, которые далее вформирователях 26, 27 и 28

JJ блока 9 преобразуется в прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, длительностью 1. м с и сдвинутые друг относительно друга на 120°. Эти импульсы подаются на вход логической схемы ИЛИ и преобразуются в импульсы частотой 150 Гц.

Для опроса параметров процесса процессор I через блок 3 сопряжения выдает команды управления к,оммутатором 5 аналоговых сигналов для последовательного под737159

ключения датчиков 6 параметров процесса ко входу аналого-цифрового преобразователя 4,с выхода которого числовые значения показаний датчиков подаются через блок 3 сопряжения в процессор 1. По полученным данным процессор 1 определяет прочность сварного соединения, требуемую величину коррекции параметров режима для предупреждения дефектов, стабильность обработки заданных параметров режима. Рассчитанные показатели прочности сварного oaDEfliiwewHH - накапливаются в оперативном запоминающем устройстве 2, по которым после завершения сварки конструкции процессором 1 определяется прочность конструкции в целом.

Команды управления сварочной машиной выдаются на объект с помощью блока 14 формирования команд управления свароч,ным оборудованием. Процессор 1 через блок 3 сопряжения и коммутатор 45 блока 14 выдает код угла включения вентилей электрической силовой части сварочной машины на регистр 46 блока 14 и код управления электррпневмрклапанами на регистр 47 блока 14 синхронно с импульсами, поступающими с выхода блока 9 привязки к сети. С регистра 46 блока 14 код угла включения вентилей с помощью цифроаналогового преобразователя 50 блока 14 преобразуется в аналоговый сигнал и далее подается в устройство 17,управления сварочной машины в цепь задания сварочного тока, а с регистра 47 блока 14 ко.цуправления электропневмоклапанами подается в блок 51 инверторов блока 14, в котором Off преобразуется в сигналы переменного тока и с его выхода - в устройство 17 управления сварочной .мащины. Датчик 10 напряжения сети опрашивается перед: включением сварки для анализа Ьозможностя включения сварки на сварочной машине, от которой поступилсигнал включения от синхронизатора 7, а также в начале каждого периода электрической сети в процессе сварки для стабилизации сварочного тока. Датчик 11 давления воздуха и датчик 12 давления воды опрашиваются в среханем один раз за 10 мин , когда процессор 1 не находится в режиме контро-. ля ггараметров процесса, и по показаниям этих датчиков определяется необходимость стабклйЗацйи давления воды и воздуха в магистралях 21 и 22, соответственно, питающих сварочные машины воздухом и водой. Для стабилизации давления воздуха и воды процессор 1 через блок 3 сопряжения и коммутатор 45 блока 14 формирования команд управления сварочным оборудованием выдает команды управлений на регистры 48 и 49 блока 14, с выхода которого эти команды в согласователях 52 и 53 преобразуются в сигналы требуемой полярности, напряжения и мощности и поДаются на входы устройств стабилизации давления воздуха 18 и воды 19Сигналы от датчиков напряжения 30. давления воздуха 31, расхода воды 32 и температуры 33 блока 13 контроля состояния сварочного оборудования согласователями 34, 35, 36 и 37 приводятся в рабочие диапазоны

5 схем 38, 39, 40 и 41 сравнений блока 13. Согласователи 34, 35, 36 и 37 имеют линейную передаточную функцию. На выходе схем 38, 39, 40 и 41 сравнения блока 13 устанавливаются сигналы, соответствующие логической единице, когда сигналы с выходов сого ласователей 34, 35, 36 и 37 уровней меньще напряжения источника 42 постоянного тока. Получаемьш на выходе схем 38, 39, 40 и 41 сравнения код состояния сварочного оборудования запоминается на регистре 44

блока 13, а также анализируется логической схемой 43 ИЛИ. При наличии в этом коде хотя бы одной единицы , с выхода логической схемы 43 ИЛИ блока 13 через устройство 8 прерывания процессора поступает сигнал прерывания процессора. По этому

0 сигналу процессор 1 через блок 3 сопряжения опращивает регистр 44. блока 13 и анализирует возникшую неисправность. Информация об обнаруженных неисправностях выводится на блок 15 си гнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов. Кроме информации о неисправности оборудования на блок 15 выдается расчетная прочность сварной конструкции, которая определяется процессором 1 по массиву рассчитанных показателей качества каждой выполненной сварной точки, а также,команда на зачистку электродов, которая задается процессором 1 после выполнения накаждой сварочной машине заранее заданного числа сварных точек. БЛОК 15 работает в различных режимах, ко торые задаются через пульт 58 задания ре- . жима блока 15 необходимым переключением коммутатора 57 блока 15. Коммутатор 57 может переключаться в режим вывода информации на сигнальное табло 54, на устQ ройство 55 печати или на устройство 56 ввода-вывода на базе электроннолучевой трубки блока 15. Оперативное, запоминающее устройство 2 служит для хранения уставок программы контроля и управления и результа-. тов промежуточных расчетов. Подключение

5 других сварочных машин осуществляется дополнительным, введением в систему блока 13 контроля состояния сварочного оборудования и блока 14 формирования команд управления сварочным оборудованием.

Данное устройство позволяет в процессе сварки непрерывно контролировать техническое состояние сварочного оборудования и в случае возникновения неисправностей своевременно обнаруживать их и сообщать 5 об этом оператору. Устройство позволяет непрерывно контролировать напряжение сети, давление воздуха и воды в магистралях питания сварочн 1х машин электроэнергией, воздухом и водой и, в зависимости от отклонений этих величин, управлять режимом сварки и стабилизаторами давления воды1 и воздуха в магистралях. Контроль параметров режима сварки дает возможность определять показатели качества каждой сварной точки и по их значениям также регулировать параметры режима. Совокупный анализ качества сварных точек на всей конструкции, который осуществляется устройством, позволяет получить объективную оценку прочности сварной конструкции в целом. Все это позволяет повысить качество точечной сварки, производительность сварочных работ и упростить техническое обслуживание сварочных машин. Устройство может контролировать и управлять работой одновременно десяти и более сварочных машин. Формула изобретения 1. Устройство для управления процессом контактной точечной сварки, содержащее устройство для управления сварочной машиной, формирователи, логические схемы ИЛИ, силовые вентили, редукторы усилия сжатия, схемы сравнения, иствчники постоянного тока, регистры, блок инверторов, коммутатор, процессор, к одному входу которого подключен выход оперативного запоминающего устройства, а ко второму - выходблока сопряжения, у которого первый вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу коммутатора аналоговых сигналов, у последнего один вход соединен с выходом датчикой параметров процесса сварки, а другой - со вторым выходом блока сопряжений, ко входу процессора подключен выход устройства прерывания процессора, вход которого подключен к выходу синхронизатора, ь тличающееся тем, что, с целью улучшения качества сварных соединений и повышения точности контроля сварочного оборудования, в устройство дополнительно введены блок привязки к сети, на вход которого подключены фазные напряжения магистрали электропитания сварочных машин, а выход которого подключен ко входу устройства прерывалия процессора, датчики напряжения сети, давления, воздуха, и воды, входы которых подключены, соответственно, к магистралям, питания сварочных машин электроэнергией, и к устройствам стабилизации давления воздуха и воды в магистралях, а выходы - ко входам коммутатора аналоговых сигналов, блок контроля состояния сварочного оборудования, вход которого подключен к сварочной машине, а выходы - ко входу устройства прерывания процессора и входу блока сопряжения, блок формирования команд управления сварочным оборудованием, вход которого соединен с выходом блока сопряжения, аналоговый и дискретный выходы которого подключены ко входам устройства управления сварочной машины, а два других дискретных выхода - ко входам устройства стабилизации давления воздуха и воды в магистралях, а также блок Сигнализации прочности сварной конструкции, неисправностей оборудования и зачистки электродов, входом соединенный с выходом блока сопряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок привязки к сети выполнен в виде трех согласователей, на вход каждого из которых подключены фазные напряжения магистрали электропитания сварочных машин, а выход каждого соединен со входом одного из трех формирователей, выходы которых подключены ко входам логической схемы ИЛИ, а выход последней соединен со входом устройства прерывания процессора. 3. Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок контроля состояния сварочного оборудования выполнен в виде датчика напряжения, вход которого подключен ко входу электрической силовой части сварочной машины, датчика давления воздуха, вход которого подключен ко входу редукторов, задающих усилие сжатия привода сварочной машины, датчика расхода воды, вход которого включен в цепь охлаждения сварочной машины, датчика температуры, вход которого подключен к корпусам управляемых силовых вентилей сварочной машины, а также четырех согласователей, у которых входы соединены с выходами датчиков напряжения, давления воздуха, расхода воды и температуры, а их выходы с первыми входами четырех схем сравнения, вторые входы KOTOpbix подключены к одному полюсу источника постоянного тока, второй полюс которого заземлен, выходы схем сравнения подаются на входы регистра и входы логической схемы ИЛИ, выход которой соединен со входом устройства прерывания процессора, а выход регистра со входом блока сопряжения: 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования команд управления сварочным оборудованием выполнен в виде коммутатора, вход которого соединен с выходом блока сопряжения, а выходы - со входами четырех регистров, выход первого регистра подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выход второго регистра ко входу блока инверторов, выход цифроаналогового преобразователя и выход блока инверторов подключены ко входу устройства управления сварочной Maшины, а выходы третьего и четвертого регистров соединены через согла.сователи со входами устройств стабилизации давления воды и воздуха в магистралях.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сигнализации прочности сварной конструкции; неисправностей оборудова -- --й й ЗЭТй С1г :и Электродов выполнен в виде сигнального табло, устройства йбЧатй устройства ввода-вывода - на базе электроннолучевой трубки, входы которых подключе нык выходам коммутатора, вход которого

соединен с выходом блока сопряжения.

12 .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для контактной сварки. М., «Машиностроение, 1969, с. 140-149.

2.Авторское свидетельство СССР №498128, кл. В 23 К 11/24, 1975 (прототип).

--zz..:r:HLr-:z.

-W J} J 3i ii--3EZi: --, L i