Автоматизированный привод сварочного полуавтомата с асинхронным двигателем
Белорусская
Государственнаяполитехническая академия
Кафедра:
«ЭАПУ и ТК»
Курсовой
проект
Автоматизированный
привод сварочного полуавтомата с асинхронным двигателем
Минск
Содержание
Введение
.
Технологическая часть
.1
Анализ технологического процесса
.2
Описание промышленной установки
.3
Анализ взаимодействия оператор - промышленная установка
.4
Определение путей повышения эффективности установки на основе модернизации
системы электропривода, автоматизации установки, введения технологических
обратных связей
.
Выбор системы электропривода
.1
Литературный обзор по теме курсового проекта
.2
Формулирование требований к автоматизированному электроприводу
.3
Техническое обоснование и выбор системы электропривода
.
Расчет нагрузок механизмов
.1
Анализ кинематической схемы, определение параметров и составление расчетной
схемы механической части электропривода
.2
Расчет нагрузки механизма с учетом регулирования скорости. Построение
механической характеристики механизма Fмех=f()
.3
Расчет статического момента и построение характеристики Мс=f()
.4
Расчет и построение нагрузочной диаграммы механизма М=f(t)
.
Выбор электродвигателя
.1
Предварительный выбор двигателя по скорости, моменту, мощности
.2
Построение нагрузочной диаграммы двигателя
.3
Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности и нагреву с учетом
регулирования скорости
.
Выбор преобразователя, системы управления и датчиков координат электропривода
.
Разработка математической и имитационной модели объекта управления
.
Синтез регуляторов преобразователя
.
Анализ динамических характеристик электропривода
.
Анализ динамических характеристик электропривода
Список
использованных источников
Введение
Дуговая сварка занимает ведущее место в
сварочном производстве. Повышения качества и производительности при
изготовлении сварных конструкций можно достичь как путем совершенствования и
разработки новых технологических процессов дуговой сварки, так и в результате
роста уровня механизации и автоматизации сварочных работ. Важнейшая роль в этом
принадлежит разработке и освоению в производстве оборудования, отвечающего
современным требованиям.
Прогресс, достигнутый в области производства
силовой полупроводниковой техники, микроэлектроники, новых электротехнических
материалов, позволил разработать широкую номенклатуру современного
электросварочного оборудования, отличающегося расширенными технологическими
возможностями, повышенной надежностью и меньшими массой и габаритами.
В настоящее время промышленностью выпускается
множество типов сварочного оборудования: сварочные трансформаторы, сварочные
выпрямители, сварочные автоматы и полуавтоматы.
Наибольшее распространение в настоящее время
получила сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа. Это обусловлено
рядом преимуществ, перечисленных ниже. Для того, чтобы получить высокое
качество сварного шва требуется обеспечить достаточно высокую стабильность
режима сварки. Кроме того для проведения сварных работ при изменяющихся
условиях требуется широкое регулирование параметров режима сварки.
Данных требований проще всего достичь при
применении сварочных полуавтоматов.
Задачей данного курсового проекта является
разработка дешевого широко функционального сварочного полуавтомата.
Разрабатываемый полуавтомат должен обеспечивать стабилизацию параметров режима
сварки, а так же позволять в широких пределах изменять эти параметры.
1. Технологическая часть
1.1 Анализ технологического процесса
При сварке плавящимся электродом в защитных
газах дуговой разряд существует между концом непрерывно расплавляемой проволоки
и изделием. Проволока подается в зону горения дуги с помощью механизма со
скоростью равной средней скорости ее плавления; этим поддерживается постоянство
средней длины дугового промежутка. Расплавленный металл электродной проволоки
переходит в сварочную ванну и таким образом участвует в формировании шва.
Преимущества плавящегося электрода при сварке в
защитных газах следующие:
·
высокая
плотность мощности, обеспечивающая относительно узкую зону термического
влияния;
·
возможность
металлургического воздействия на металл шва за счет регулирования состава
проволоки и защитного газа;
·
широкие
возможности механизации и автоматизации процесса сварки;
·
высокая
производительность сварочного процесса;
При сварке в СО2 в основном
используют частыми принудительными короткими замыканиями и процесс с
крупнокапельным переносом.
Процесс с частыми принудительными короткими
замыканиями применяется при диаметрах электрода 0.5-1.4 мм. При этом процессе
от источника тока требуется высокая скорость нарастания тока. Для нормального
режима сварки требуется скорость нарастания тока 60-180 кА/с. При низком
значении этого параметра процесс протекает нестабильно, а при очень высоком -
процесс сопровождается повышенным разбрызгиванием.
Процесс с крупнокапельным переносом наблюдается
при сварке проволоками диаметром 0.5-1.6 мм на повышенных напряжениях. При
низких напряжениях процесс протекает с короткими замыканиями, а при высоких -
без них. Процесс с крупнокапельным переносом обычно сопровождается повышенным
разбрызгиванием. Для уменьшения разбрызгивания и улучшения формирования шва
рекомендуется снижать значение скорости нарастания тока (например, путем
увеличения индуктивности цепи). Кроме того необходимо строго соблюдать
определенные соотношения между током и напряжением.
Влияние свойств источника питания существенно
сказывается на технологических характеристиках при ведении процесса с короткими
замыканиями. При этом от источника питания требуются не только определенные
динамические свойства (скорость нарастания тока), но и высокая жесткость
внешней характеристики. Оптимальная внешняя характеристика источника питания -
абсолютно жесткая либо пологопадающая (установлено опытным путем). Основными
параметрами режима сварки в СО2 являются: полярность и сила тока;
напряжение сварки; диаметр, скорость подачи, вылет, наклон и колебания
проволоки; скорость сварки; расход защитного газа. Сварку в углекислом газе
обычно выполняют на постоянном токе. Сварочный ток и диаметр проволоки выбирают
в зависимости от толщины металла и расположения шва в пространстве. Сила тока
определяется полярностью тока, диаметром, составом, скоростью подачи и вылетом
электрода, а также напряжением дуги. Сила тока определяет глубину провара и
производительность процесса.
Второй важнейший параметр режима сварки -
напряжение процесса сварки. С повышением напряжения увеличивается ширина шва и
улучшается формирование валика. Однако одновременно возрастают излучение дуги и
угар элементов, а также повышается чувствительность дуги к «магнитному дутью».
При пониженных напряжениях ухудшается формирование шва, а на повышенных
напряжениях увеличивается разбрызгивание. Оптимальное напряжение сварки зависит
от силы тока и диаметра и состава электрода.
1.2 Описание промышленной установки
Для рассмотрения были представлены сварочные
полуавтоматы серии ПДГ. Полуавтоматы ПДГ-305, ПДГ-307, ПДГ-308 и ПДГ-502 имеют
унифицированные подающие устройства и блок управления. Регулирование скорости
подачи электродной проволоки осуществляется с дистанционного пульта управления,
который может размещаться вблизи сварщика. Команды на начало и окончание сварки
подаются с помощью выключателя, расположенного на рукоятке горелки. Блок
управления БУ-06 обеспечивает постоянство скорости подачи проволоки и
необходимый цикл работы. Блок размещен в нише источника сварочного тока. Все
автоматы предназначены для сварки в среде углекислого газа.
Рассмотрим полуавтомат ПДГ-305. На подающем
устройстве размещаются редукторный привод подачи электродной проволоки,
тормозное устройство с кассетой, двухпанельный блок разъемов. К лицевой панели
блока управления подключаются коммуникации горелки. Задняя панель,
расположенная в средней части основания подающего устройства, выполнена
откидной для удобства подключения проводов и шлангов, соединяющих подающее устройство
с источником сварочного тока. Редукторный привод подачи и кассета закрыты
составным кожухом. Снаружи кожуха устанавливается съемный пульт дистанционного
управления.
Унифицированный редукторный привод состоит из
трехступенчатого цилиндрического редуктора с передаточным числом 27 и двигателя
постоянного тока с независимым возбуждением типа КПА-531, мощностью 90 Вт. На
корпусе редуктора соосно с выходным валом расположен цилиндрический выступ для
установки прижимного устройства.
Прижимное устройство состоит из роликов,
поджимаемых один к другому в радиальном направлении. Ведущий ролик установлен
на выходном валу редуктора, а прижимной - на поворотном рычаге корпуса,
закрепленного на выступе редуктора. Усилие поджатия прижимного ролика
регулируется винтом, воздействующим на рычаг через плоскую пружину. Жестко
связанные с роликами шестерни исключают их взаимное проскальзывание.
На переносном пульте дистанционного управления
смонтированы: тумблер для проверки поступления защитного газа и подачи
электродной проволоки, тумблер для реверсирования вращения двигателя механизма
подачи, потенциометр для регулирования скорости подачи электродной проволоки и
потенциометр для регулирования напряжения дуги.
От полуавтомата ПДГ-305 полуавтомат ПДГ-307
отличается прижимным устройством и некоторыми изменениями в блоке управления
БУ-06. Прижимное устройство закрепляется на цилиндрическом выступе редуктора и
представляет собой корпус, несущий шестерню с канавкой. Шестерня может
смещаться вдоль своей оси при вращении винта. На выходном валу редуктора
закрепляется ведущая шестерня с канавкой. Сварочная проволока заправляется в
устройство, когда канавки верхней и нижней шестерен совмещены. Поворотом
маховичка верхняя шестерня сдвигается и упруго защемляет проволоку между зубьями
шестерен. При вращении шестерен от привода проволока подается по направляющему
каналу горелки в зону сварки.
1.3 Анализ взаимодействия оператор -
промышленная установка
В процессе работы от оператора требуется
некоторые технические навыки работы с установкой.
Перед работой сварщику необходимо выставить
необходимые параметры процесса сварки. Для этого используются кнопки на панели
управления. Контролировать веденные параметры оператор может непосредственно
после его ввода на индикаторе. Кроме того, имеется возможность выбора
сохраненных параметров, а так же записи новых параметров в память для их
быстрого вызова в дальнейшей работе.
Перед сваркой оператор должен так же выбрать
режим сварки (режим коротких швов, режим длинных швов, режим интервальной сварки).
Выбор этого параметра определяет дальнейший алгоритм работы оператора.
При выборе режима коротких швов, кнопку на
горелке необходимо держать нажатой постоянно во время сварки. При этом подача
проволоки о напряжения на горелку будет только при нажатой кнопке. Это наиболее
часто используемый режим сварки. В режиме длинных швов подача проволоки и
напряжения начинается при первом нажатии кнопки. Когда начинает гореть дуга,
кнопку можно отпустить. При этом процесс сварки не прекращается. Для остановки
сварки необходимо повторно нажать и отпустить кнопку. Остановка процесса сварки
происходит при отпускании кнопки. Этот режим наиболее удобен для наложения
длинных швов, так как не требует постоянного удержания кнопки в нажатом
положении. В режиме интервальных швов, кнопка должна быть нажата постоянно. При
этом сварка производится точками через определенные выдержки времени. Прервать
сварку можно в любое время, отпустив кнопку. Этот режим используется обычно для
прихвата одной детали к другой.
.4 Определение путей повышения эффективности
установки на основе модернизации системы электропривода, автоматизации
установки, введения технологических обратных связей
Основной задачей данного курсового проекта лежит
не столько повышение эффективности устройства, сколько разработка на основе
промышленного полуавтомата дешевого и не менее функционального устройства. В
настоящее время существуют промышленные образцы, которые управляют процессом
сварки с помощью математической модели горения сварочной дуги. Но такие
устройства дороги и не выпускаются нашей промышленностью. Поэтому в данном
курсовом проекте мы постараемся разработать полуавтомат, который будет
удовлетворять основным потребностям сварочных работ и в то же время будет
дешевле.
Так как мы не разрабатываем ничего нового, то
отметим некоторые пункты, которые позволяют построить качественное устройство.
Это во-первых, реализация микропроцессорного управления подачей проволоки, в
зависимости от режимов и вида сварки, построение высококачественного источника
питания сварочной дуги с требуемыми выходными характеристиками, высокая
стабилизация скорости подачи проволоки.
Это основные пункты, наличие которых в
разработанной установке, позволят построить полуавтомат с высокими
качественными показателями.
2. Выбор системы электропривода
.1 Литературный обзор по теме курсового проекта
В рассмотренных в литературе установках основной
системой подачи проволоки является управляемый выпрямитель-двигатель
постоянного тока независимого возбуждения. Регулирование скорости подачи в
таких системах плавное либо плавно-ступенчатое. Эта система подачи имеет свои
плюсы и минусы. Достоинствами такой системы является простота построения
системы управления и соответственно ее дешевизна. Но здесь возникают сложности
с обслуживанием двигателя. Двигатель постоянного тока требует более частого
обслуживания и более дорогостоящего ремонта. Кроме того, такая система не
обеспечивает высокой стабилизации скорости подачи проволоки.
Другой наиболее распространенной системой
является асинхронный двигатель типа АОЛ. В таких устройствах скорость
изменяется путем смены пар шестерен на подающем устройстве, то есть изменением
передаточного числа. Основным недостатком данной системы привода является
невозможность быстрой смены скорости подачи, а так же ее крупнодискретное
регулирование.
Сварочные автоматы комплектовались блоками
управления, которые обеспечивали отработку циклограммы процесса и, по
необходимости, регулирование скорости. Такие системы управления зачастую не
реализовывали плавный разгон проволоки и ее торможение или не позволяли менять
темп разгона/торможения. В последнее время был разработан блок управления
БУСП-1, который обеспечивал все вышеперечисленные возможности и, кроме того,
позволял хранить в памяти до десяти установок.
Обе эти системы широко применялись на сварочных
полуавтоматах и автоматах, выпускаемых советской промышленностью. В настоящее
время наиболее целесообразным будет применение системы привода с
короткозамкнутым асинхронным двигателем и системой частотного управления.
.2 Формулирование требований к автоматизированному
электроприводу
Рассмотрев основные параметры промышленных
образцов и ознакомившись с технологическим процессом сварки, можно
сформулировать ряд требований, предъявляемых к системе электропривода подачи
электродной проволоки.
Электропривод должен удовлетворять следующим
требованиям:
1. обеспечивать
необходимый диапазон регулирования скорости;
2. обеспечивать
необходимое усилие проталкивания проволоки во всем диапазоне скоростей;
3. обеспечить
требуемую отработку пуска и торможения проволоки;
4. обеспечивать
необходимый статизм характеристики (минимальное падение скорости при
максимальной нагрузке);
5. обеспечивать
необходимую ошибку регулирования;
6. обеспечить
быстродействие системы;
7. иметь
минимальные вес и габариты;
8. иметь
минимальную стоимость;
9. должен
быть простым в наладке, обслуживании и ремонте;
Некоторые из приведенных требований
противоречивы. Поэтому в данном случае необходимо обеспечить в первую очередь
технические требования (диапазон регулирования, статизм, ошибку регулирования),
а потом массогабаритные и экономические требования.
.3 Техническое обоснование и выбор системы
электропривода
Как было изложено выше, наиболее целесообразным
в настоящее время является разработка электропривода на основе асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором и системой частотного регулирования.
Этот выбор обусловлен тем, что построение
недорогого привода, который удовлетворял бы всем вышеперечисленным требованиям,
возможен только с применением асинхронного двигателя.
За базовую структуру электропривода выберем
комплектный электропривод ЭКТ 63/380, который обеспечивает диапазон
регулирования скорости до 90 и максимальной выходной частотой 50 Гц.
Другой альтернативной системой является
бесконтактный двигатель постоянного тока. Но так как асинхронные двигатели
получили очень широкое распространение, да к тому же дешевле и надежнее
бесконтактных, то привод построим именно на основе АДКЗ.
3. Расчет нагрузок механизмов
.1 Анализ кинематической схемы, определение
параметров и составление расчетной схемы механической части электропривода
Кинематическая схема механизма подачи проволоки
представлена на рис. 3.1. Механизм включает в себя двигатель Д, редуктор Р,
подающие шестерни 2, прижимные шестерни 1. Кроме того, в расчете момента
инерции механизма необходимо учесть барабан с проволокой 4.
.
Рис. 3.1. Кинематическая схема механизма подачи
На рисунке показано:
- прижимные шестерни;
- подающие шестерни;
- электродная проволока;
- барабан с проволокой;
Р - редуктор;
Д - двигатель.
Подающие и прижимные ролики выберем такими же,
как использованные в серийных полуавтоматах диаметром 38 мм. При этом диаметр
по канавке составляет 34 мм.
Максимальная угловая скорость подающих роликов,
,
- максимальная скорость подачи
электродной проволоки, м/с;
- диаметр канала подающей
шестерни.
При расчете момента инерции
механизма, моментом инерции шестерен можно пренебречь, так как момент инерции
шестерни много меньше момента инерции двигателя, а скорость вращения так же в
несколько раз меньше скорости вращения двигателя.
Но моментом инерции барабана с
проволокой пренебрегать нельзя. Момент инерции полного барабана:
Угловая скорость полного барабана:
Момент инерции пустого барабана:
Угловая скорость пустого барабана:
3.2 Расчет нагрузки механизма с учетом
регулирования скорости
Построение механической характеристики механизма
Fмех=f()
Момент нагрузки механизма подачи электродной
проволоки математически рассчитать невозможно. Это обусловлено тем, что усилие
проталкивание проволоки зависит от многих параметров. Это и пространственное
положение шланга, и степень загрязнения канала, и длина шланга и многое другое.
Поэтому усилие проталкивания проволоки предусмотрены соответствующим ГОСТом. В
соответствии с требованиями ГОСТ 18130-79 тяговые усилия подающих механизмов
полуавтоматов дуговой сварки с толкающей системой подачи электродной проволоки
должны составлять:
·
100
Н - для стальных проволок диаметром до 1.4 мм и алюминиевых проволок всех
диаметров;
·
200
Н - для стальных проволок диаметром 1.6-3.0 мм.
Минимальное усилие подачи проволоки при чистом
канале и выровненном шланге составляет примерно 25 Н. Таким образом нагрузка
механизма меняется в широких пределах во всем диапазоне скоростей. Механическая
характеристика механизма представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. С
учетом всего вышеизложенного на рис. 3.2. представлена область возможной работы
механизма.
Рис. 3.2. Область работы механизма.
.3 Расчет статического момента и построение
характеристики
Мс=f()
Статический момент будет определяться моментом,
развиваемом двигателем при проталкивании проволоки с учетом потерь в
кинематической цепи. Таким образом, максимальный статический момент
Минимальный статический момент
Статический момент остается
практически постоянным во всем диапазоне скоростей, так как усилие
проталкивания проволоки не зависит от скорости подачи. В данном расчете мы
пренебрегаем изменением КПД редуктора при неноминальных режимах.
Область работы в статическом режиме
приведена на рис. 3. 3.
Рис. 3.3. Область работы привода.
.4. Расчет и построение нагрузочной диаграммы
механизма
М=f(t)
На данном этапе работы мы можем построить только
упрощенную нагрузочную диаграмму, так как на данный момент еще не известен
момент инерции двигателя. Но, предполагая, что мощность двигателя будет
составлять примерно 100-200 Вт и синхронная частота вращения 1500 об/мин, можно
примерно принять момент инерции двигателя равным 7.8·10-4 кгм2.
Статический момент, приведенный к валу двигателя
Тогда момент инерции механизма,
приведенный к валу двигателя (при полном барабане)
То же при пустом барабане
Для расчетов примем средний момент
инерции механизма
Динамический момент определяется
угловым ускорением и вычисляется по формуле
Вид нагрузочной диаграммы приведен
на рис. 3. 4.
Рис. 3.4. Нагрузочная диаграмма.
4. Выбор электродвигателя
.1 Предварительный выбор двигателя по скорости,
моменту, мощности
Для рассмотренного механизма подачи выберем
двигатель. Выбор двигателя в таких системах производится по мощности.
Требуемая мощность двигателя:
,
где
- потери мощности в редукторе;
- то же на трение в подающих
роликах;
- потери мощности на сматывание
проволоки с бухты;
- то же на проталкивание проволоки
по шлангу.
Значения и (при бухте
массой 25 кг) по экспериментальным данным составляют по 5 Вт. Максимальная
мощность, расходуемая при проталкивании проволоки со скоростью 1200 м/час,
,
где
F - тяговое
усилие, Н;
v - скорость
подачи, м/с.
КПД червячного редуктора составляет
от 0.6 до 0.8. Примем среднее значение КПД - 0.7.
Следовательно, мощность на валу
двигателя
Выберем двигатель общепромышленной
серии 4АА56А4У3 со следующими параметрами:
Номинальная мощность Рном,
Вт 120;
Синхронная частота вращения nном, об/мин 1500;
Номинальное скольжение sном, % 8;
Номинальный КПД hном, % 63;
Коэффициент мощности cosj 0.66;
Кратность пускового момента 2.2;
Кратность максимального момента 2;
Критическое скольжение 49;
Кратность пускового тока 5
Момент инерции двигателя Jдв, кгм2 7.7·10-4
Номинальная скорость двигателя
Номинальный момент двигателя
4.2 Построение нагрузочной диаграммы двигателя
Теперь после выбора двигателя, можно построить
для него нагрузочную диаграмму.
Статический момент, приведенный к валу
двигателя:
Динамический момент при полном
барабане:
То же при пустом барабане:
Опять же для построения нагрузочной
диаграммы примем среднее значение момента инерции
Динамический момент, развиваемый
двигателем при пуске (торможении)
Для построения уточненной
нагрузочной диаграммы необходимо выбрать время установившегося движения и время
паузы. По условиям работы источника сварочного тока максимальное время цикла 5
мин при ПВ 60%. Таким образом, примем время установившегося движения
300·0.6=180 с, время паузы 120 с.
Нагрузочная диаграмма двигателя
представлена на рис 4. 1.
Рис. 4. 1. Нагрузочная диаграмма
двигателя.
.3 Проверка выбранного двигателя по
перегрузочной способности и нагреву с учетом регулирования скорости
Проверку двигателя по условию нагрева проведем с
помощью метода эквивалентного момента. Этот метод заключается в следующем: если
среднеквадратичный момент за цикл не превышает номинального момента двигателя,
то температура обмоток двигателя не превышает расчетной температуры для данного
двигателя.
Примем, что двигатель работает при минимальной
скорости и коэффициент ухудшения охлаждения a=0.5. При
отключенном двигателе этот же коэффициент b=0.5. Таким
образом, эквивалентный момент
Таким образом, эквивалентный момент
меньше номинального момента двигателя. Следовательно, выбранный двигатель по
условию нагрева подходит. Так же двигатель подходит и по перегрузочной
способности, так как максимальный момент двигателя, равный 2.2·0.83=1.83,
больше максимального момента, возникающего в механизме в момент пуска.
5. Выбор преобразователя, системы
управления и датчиков координат электропривода
Для механизма подачи проволоки необходимо
выбрать систему управления двигателем.
Выберем частотное управление. Силовую схему
построим на управляемом выпрямителе и автономном инверторе напряжения на
полностью управляемых ключах.
Для построения системы управления необходимо
рассчитать параметры электрического двигателя. Воспользуемся данными [6], где
приведены эти параметры в относительных единицах. Для этого найдем номинальный
ток фазы двигателя:
Теперь рассчитаем параметры
двигателя:
Расчет тиристоров выпрямителя.
Тиристоры выбираются по среднему
току. Выпрямленный ток:
Средний ток, проходящий через
тиристор:
Выберем тиристор КУ202Н с
максимальным током 2.5 А и максимальным обратным напряжением 600 В.
Расчет фильтра на выходе
выпрямителя.
Коэффициент сглаживания фильтра
при пульсациях 4%.
Отсюда находим:
Индуктивное сопротивление фильтра 
.
Откуда 
; 
.
Выбор транзисторов и диодов
инвертора
Средний выпрямленный ток 
. Выберем
транзисторы КТ 818 с максимальным током коллектора 5 А и максимальным
напряжением эмитер-коллектор 500 В. Обратные диоды Д226Б.
Второй задачей в курсовом проекте
стоит разработка системы управления сварочным полуавтоматом, то есть обеспечить
полную отработку циклограмм процесса. Для этого необходимо управлять
двигателем, клапаном подачи газа, источником сварочного тока. При этом
необходимо предусмотреть ввод и индикацию параметров сварки, сохранение
параметров в памяти для последующей быстрой установки параметров путем
извлечения последних из памяти.
Для такой системы наиболее
приемлемым будет использование микропроцессорной системы управления. Для
построения системы необходимо выбрать процессор, на котором будет реализована
вся система. Для нашего случая вполне подойдет микропроцессорный комплект на
основе микросхем серии К1810. Это позволит построить микропроцессорную систему,
используя только микросхемы этой серии. Это комплект включает в себя кроме
непосредственно процессора, математический сопроцессор, специализированный
процессор ввода вывода, системный контроллер, арбитр системной шины,
контроллеры динамической памяти, регистр-защелка, шинный формирователь,
генератор тактовых, программируемый контроллер прерываний.
Теперь определимся с циклограммами
процесса сварки. В зависимости от режима сварки (режим коротких швов, режим
длинных швов, режим точечных швов) циклограммы будут иметь различный вид.
Циклограммы процесса сварки для
режима коротких швов, режима длинных швов и интервальной сварки приведены
соответственно на рис 5.1 - 5.3.
Рис. 5.1. Циклограмма в режиме длинных швов.
Рис. 5.2. Циклограммы в режиме
коротких швов
Рис 5.3. Циклограммы в режиме интервальной
сварки.
Анализируя циклограммы процесса сварки, можно
выделить у них ряд участков, характерных всем режимам. Это процесс начальной
продувки, подача проволоки с начальной скоростью и подача начального
напряжения, разгон до номинальной скорости подачи и увеличение напряжения до
заданного значения (при этом появляется и растет ток сварки), торможение
проволоки и уменьшение напряжения, подача импульса отжига, финальная продувка.
Таким образом, можно составить алгоритм работы устройства для различных
режимов, выведя в подпрограммы общие участки.
При этом в алгоритм управления для каждого
режима оформим так же в виде подпрограммы, а в основной программе будет производиться
выбор режима и вызов соответствующего алгоритма, в зависимости от режима.
Алгоритм программы управления представлен на
рис. 5.4.
.
Рис. 5.4. Алгоритм работы системы управления
Б) Подпрограмма ввода значений.
Рис. 5.4. Алгоритм работы системы управления
В) подпрограмма сварки длинными швами
Рис. 5.4. Алгоритм работы системы управления
Г) подпрограмма сварки короткими швами
Рис. 5.4. Алгоритм работы системы управления
Д) подпрограмма интервальной сварки.
6. Разработка математической и имитационной
модели объекта управления
Для сварочного полуавтомата выберем частотный
электропривод.
Для дальнейших расчетов необходимо линеаризовать
двигатель на рабочем участке характеристики. Линеаризованная структура
асинхронного двигателя представлена на рис. 6. 1.
На рисунке принято:
-
число пар полюсов;
- модуль жесткости.
- электромагнитная постоянная
времени двигателя.
-
суммарный момент инерции.
Рис. 6. 1. Линеаризованная структура АДпри
частотном управлении.
7. Синтез регуляторов преобразователя
Исходя из функциональной схемы электропривода,
представленной на рис. 7.1., можно составить структурную схему электропривода,
которая представлена на рис. 7. 2.
Рис. 7.1. Упрощенная функциональная схема
электропривода
Синтез регуляторов для системы подчиненного
регулирования проведем по методике, описанной в [5]. При настройке регулятора
тока на модульный оптимум передаточная функция будет иметь вид
Регулятор напряжения при настройке
на модульный оптимум. При этом передаточная функция регулятора напряжения
8. Анализ динамических характеристик электропривода
Смоделировав систему в оболочке MatLab
и получив графики переходных процессов, проанализируем их.
Графики представлены на рис. 8.1. и 8.2. для
минимального момента нагрузки и максимального соответственно.
Как видно из графиков, отработка скорости происходит
точно с заданием. При этом, анализируя графики при максимальном и минимальном
статическом моменте, можно сделать вывод, что статизм механической
характеристики составляет около5%. Это значение вполне удовлетворяет
требованиям, предъявляемым к системе.
Рис. 8.2. Графики переходных процессов
(максимальная нагрузка).
Список использованных источников
электропривод сварка автоматизация
1. Сварка
и свариваемые материалы-справочник в 3-х томах под редакцией докт.техн. наук
В.Н. Волченко-М.-1996г.
2. Оборудование
для дуговой сварки.-Справочное пособие. Под редакцией В.В. Смернова-Л.1986г.
3. Справочник
по автоматизированному электроприводу.-Под редакцией В.А. Елисеева и А.В.
Шинянского-М.1983г.
4. Микропроцессорный
комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга/ Ю.М.
Казаринов, В.Н. Номоконов и др.-М.:Высш. шк., 1990.-269с.
5. Анхимюк
В.Л., Опейко О.Ф. Проектирование систем автоматического управления
электроприводами. Мн., «Вышэйшая школа», 1986.
6. Фираго
Б.И. Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по ТЭП., Мн., 1993.