Блок управления для машин точечной контактной сварки (БУС-1)

Блок управления БУС-1

1. Назначение изделия

1.1 Блок управления точечной контактной сварки БУС-1 (в дальнейшем БУ), предназначен для управления циклом сварки однофазных машин точечной контактной сварки переменного тока, имеющих тиристорный контактор и не более одного электропневматического клапана постоянного тока. БУ осуществляет регулирование длительности позиций сварочного цикла и регулирование величины сварочного тока.


1.2 БУ предназначен для работы в закрытых помещениях в следующих условиях:
a) температура атмосферного воздуха от -10 C до +30 C;
б) среднемесячная относительная влажность воздуха не более 65% при температуре +20 C;
в) окружающая среда не взрывоопасная, не содержащая агрессивных паров и газов, разрушающих изоляцию и металлы.

2. Структура условного обозначения

БУС-1 - блок управления точечной контактной сварки (1 пневмоклапан).
БУС-2 - блок управления точечной контактной сварки (2 пневмоклапана).

3. Технические характеристики

3.1 Основные параметры характеристик должны соответствовать указанным ниже:
Напряжение питания сети (В)..................380 (+-10%);
Частота питания сети (Гц) ........................50

Пределы регулирования длительности позиций сварочного цикла
(в периодах питающей сети):
с ж а т и е ....…........................... 1-98
с в а р к а .........…................…... 1-98
п р о к о в к а .....…...................... 1-98
п а у з а ....................................... 1-98

Параметры сигнала для питания выходных устройств постоянного тока:
Напряжение, В ............................... 24
Ток, А не более .............................. 0,5

Параметры импульса включения тиристора на сопротивлении 6 Ом:

а) амплитуда, В:
не менее .................................... 15
не более ..................................... 25

б) длительность импульса на уровне 15В, мкс:
не менее .................................... 50
не более .................................... 100

Пределы регулирования действующего значения сварочного тока
(фазовое регулирование, %)................................... 30-100
Если значение "cos Ф" заранее не оговорено с заказчиком, то БУ поставляется настроенным на "cos Ф" равный 0,4.

Масса, кг ........................................ 7

4. Комплект поставки

4.1 В комплект поставки входят:

БУ, шт ................................................... 1
Кабель подключ. БУ, шт ...................... 1
Комплект документации, шт ................ 1

Полный комплект ЗИПа к БУ поставляется изготовителем отдельно по договоренности с заказчиком.

5. Инструкция работы блока управления
(инструкция оператора)

Все органы управления расположены на передней панели блока управления (БУ). Слева расположены переключатели, с помощью которых оператор задает время (в периодах сети), отсчитываемое на позициях "Сжатие", "Сварка", "Проковка" и "Пауза". Над переключателями расположены светодиоды, с помощью которых осуществляется индикация прохождения полного цикла сварки.
Справа вверху расположены (слева направо) два светодиода, индицирующие работу пневмоклапана (Кл.1) и наличие питающей сети соответственно. В центре расположены два переключателя, с помощью которых задаются режимы работы БУ. Переключатель "Авт/Один" используется для выбора режима (одиночного или автоматического). Переключатель "Ток вкл." осуществляет отключение выходного усилителя блока фазового регулирования (БФР).
Внизу слева расположены три предохранителя :

1. Пр.1 - предохранитель питания клапана;
2. Пр.2 - питание импульсного трансформатора;
3. Пр.3 - предохранитель напряжения +5V.

Внизу справа находятся два переменных резистора, один из которых ("cos Ф") предназначен для настройки БФР на "cos ф", а второй ("Нагрев") для плавного регулирования величины тока, протекающего через тиристоры, а следовательно, величины нагрева свариваемых деталей.
На задней панели расположены : разъем Х1 для подключения БУ в схему машины, два сетевых предохранителя Пр.4 и Пр.5 и тумблер включения питающей сети.
Питание на БУ подается включением тумблера, расположенного на его задней панели. В результате чего внутренние схемы БУ приходят в исходное состояние, а на передней панели загорается светодиод "Сеть", т.е., БУ готов к работе.

Перед началом работы необходимо произвести проверку работоспособности блока управления.

Условно БУ состоит из двух основных частей : автомата БУ и блока фазового регулирования (БФР). Автомат обеспечивает запуск, и остановку сварочного цикла, одиночный и автоматический режим, определяет последовательность прохождения позиций полного цикла сварки, а также формирует сигналы управления пневмоклапаном и блоком фазового регулирования (БФР).
Для проверки работоспособности автомата БУ необходимо :
1) переключатель "Ток вкл." перевести в нижнее положение (отключить выходной усилитель БФР), чтобы ток не поступал на сварочный трансформатор;
2) переключатель "Авт/Один" перевести в нижнее положение (т.е. выбрать одиночный режим работы);
3) на переключателях, задающих длительность позиций цикла (в периодах сети) необходимо задать примерный технологический цикл работы сварочной машины.
Теперь, при однократном нажатии оператором педали управления, полный цикл сварки должен пройти только один раз (контроль за последовательностью прохождения позиций цикла и за работой клапанов осуществляется визуально при помощи индикации на передней панели БУ.
Для проверки работы БУ в автоматическом режиме необходимо переключатель "Авт/Один" перевести в верхнее положение. Теперь, при нажатии оператором педали управления полный цикл сварки будет повторяться до тех пор, пока педаль будет удерживаться в нажатом положении и прекратиться сразу после окончания полного цикла сварки при отпущенной педали (контроль также осуществляется при помощи индикации на передней панели БУ).
После проведения описанной выше проверки и убедившись в исправности работы БУ, только после этого можно переходить к настройке БУ на требуемый режим работы.
Настройка БУ осуществляется переключателями, расположенными на передней панели управления. Основными критериями, при выборе режима являются :

1) марка свариваемой стали (наличие углерода);
2) толщина свариваемых деталей (мин. и макс.);
3) наличие клапана повышенного усилия.

Основываясь на этих требованиях, а также пользуясь руководством по контактной сварке, при помощи переключателей, расположенных на передней панели, задается требуемый цикл работы БУ. После этого нажатием педали производят запуск БУ в работу и на опытных образцах корректируют рабочий режим.
Ручкой "Нагрев" производится плавная регулировка величины сварочного тока (соответственно и нагрева свариваемых деталей). Увеличение нагрева производится поворотом ручки "Нагрев" по часовой стрелке до упора. В исходном состоянии (режим полнофазного тока) ручка "Нагрев" находится в крайнем правом положении.
При изменении технологического процесса (марки стали, толщины свариваемых деталей или прочих условий) необходимо снова подкорректировать режим работы БУ.
Качество сварки во многом зависит от умения оператора задать (с помощью органов управления, расположенных на передней панели БУ) необходимый для конкретных свариваемых деталей режим.
Если произойдет сбой в работе БУ, то необходимо выключить сетевой тумблер, расположенный на задней панели БУ и, подождав 30 сек, снова включить его. Если после этого сбои в работе БУ снова повторятся, то необходимо отключить питающий автомат и пригласить дежурного электрика.

6. Описание работы
принципиальной схемы блока управления

Принципиальная схема блока управления точечной сваркой, в дальнейшем (БУ), изображена на 2-х листах, а конструктивно выполнена в виде 2-х ТЭЗов (типовых элементов замены).
Принципиальную схему БУС условно можно разделить на две основные части. Первая - это автомат, который по команде оператора (нажатие педали) обеспечивает заданный режим работы всего блока управления. Вторая часть - блок фазового регулирования (БФР). Он работает только во время цикла "Сварка" и обеспечивает плавное изменение угла отпирания силовых тиристоров. Принципиальная схема платы автомата БУ изображена на Рис.1 и выполнена на ТЭЗе №1.

Работа принципиальной схемы платы автомата :

При включении питания узел, выполненный на элементах DD3, C2, R5, R6, приводит схему в исходное состояние - все триггера схемы сброшены в "0", а высокий уровень с выхода 8 элемента DD3 поддерживает блок счета (в дальнейшем БС), выполненного на элементах DD3, DD7, DD11-DD15 в запертом состоянии.
При нажатии педали управления, напряжение +12В подается на преобразователь уровня, выполненный на элементах VT1, R1-R4, C1, C4, DD1, в результате на выходе 6 элемента DD2, R8, C6. Следовательно, при нажатии педали на выходе одновибратора (DD2-6) формируется импульс отрицательной полярности, длительность которого определяется параметрами цепочки R8, C6. Этим импульсом через элемент DD1 с выхода 8 через цепочку R13, C7 по входу 3 взводится триггер DD4 (загорается светодиод VD9 на передней панели БУ) с выхода 5 которого высокий уровень, поступая на вход 11 триггера DD4 взводит его, с выхода 8 которого через DD3 поступает сигнал на включение электропневмоклапана (Кл.1), (загорается светодиод VD7 на передней панели БУ). Низкий уровень с выхода 8- DD4 сразу же блокирует по входу 9 элемент DD1 на время прохождения всего цикла сварки. С выхода 5- DD4 логическая "1" через VD1 поступает на инвертор DD3. С выхода 8- DD3 низкий уровень, поступая на разрешающие входа блока счета (БС) разрешает прохождение счетных импульсов и БС с этого момента начинает отсчитывать время позиции "Сжатие".
БС работает следующим образом. Счетные импульсы частотой 100Гц, поступающие с 13-го контакта ТЭЗа № 2 (плата блока фазового регулирования) через контакт 21 ТЭЗа № 1, цепочку элементов C3, DD3 попадает на вход 11 триггера DD7, работающего в счетном режиме. Следовательно, на выходе 9- DD7 мы получаем импульсы частотой 50Гц, которые поступают на счетный вход C1 счетчика DD12. На элементах DD12, DD13, DD11 собран узел, который отсчитывает "единицы" периодов сети. Далее, с входа 4- DD11 импульсы поступают на вход 5 счетчика DD14, который вместе с элементами DD15 и DD11 образует узел, отсчитывающий "десятки" периодов сети. Выходы дешифратора "единиц" периодов DD13 и дешифратора "десятков" периодов DD15 соединены соответствующими переключателями, расположенными на передней панели БУ (см. Рис.5), которыми задается необходимая длительность позиций полного цикла сварки (т.е. "Сжатие", "Сварка", "Проковка", "Пауза").
Выходы переключателей длительности позиций (см. Рис.5) поступают на соответствующие входа схем совпадений каждой позиции. Т.е., выходы с переключателя, отсчитывающего длительность позиции "Сжатие", поступают на входы 2 и 3 элемента DD10. Следовательно, выход переключателя позиции "Сварка" - на входы 5 и 6 элемента DD10, позиции "Проковка" - на входы 8 и 9 элемента DD10 и позиции "Пауза" - на входы 2 и 3 элемента DD11 соответственно. Таким образом, отсчет длительности позиции " Сжатие" будут производиться до тех пор, пока низкие уровни с выходов дешифраторов DD13 и DD15 через соответствующее заданной длительности положение переключателей позиции "Сжатие", поступают на схему совпадения на элементе DD10. Высокий уровень с выхода 1 - DD10 поступает на вход 6 - DD8, а низкий уровень с выхода 4 - DD8, поступая на вход 1 триггера DD4 сбрасывает его и тем самым закрывает БС до начала отсчета следующей позиции цикла.
Во время отсчета позиции "Сжатие" на выходе 6 триггера DD4 низкий уровень и триггер DD6 (по входу 3) подготавливается к включению. По окончании отсчета времени позиции "Сжатие" триггер DD4 сбрасывается по входу 1 (гаснет светодиод VD9 на передней панели БУ). Высокий уровень с выхода 6 - DD4 через цепочку R15, C8 поступает на вход 3 триггера DD6 и взводит его (загорается светодиод VD10 на передней панели БУ). Высокий уровень с 5 триггера DD6 через цепочку элементов VD2, R12, DD3 разрешает работу БС и с этого момента начинается отсчет позиции "Сварка". Одновременно с выхода 5 - DD6 через контакт 25 ТЭЗа № 1 разрешающий уровень логической "1" поступает на контакт 11 ТЭЗа № 2 и запускает в работу блок фазового регулирования (БФР).
Аналогичным образом происходит переключение и отсчет длительности позиций "Проковка" и "Пауза".
R-C цепочки : R13,C7; R15,C8; R20,C9; R23,C10 при переключении соответствующих триггеров на следующую позицию цикла обеспечивают задержку, необходимую для того, чтобы схема БС успела возвратиться в исходное состояние (т.е. обнуление счетчиков и дешифраторов).
Когда включается триггер DD7 и начинается отсчет позиции "Пауза", высокий уровень с выхода 5 триггера DD7 через элемент DD5 сбрасывает по входу 13 триггер DD4 и Кл.1 обесточивается (гаснет светодиод VD7 на передней панели БУ). Одновременно низким уровнем с выхода 6 - DD7 происходит блокировка элемента DD1 по входу 10, от повторного нажатия педали, до окончания полного цикла сварки.
Переключатель S2 предназначен для выбора режима цикла. БУ осуществляет два режима : одиночный (S2 разомкнут) и автоматический (S2 замкнут). Одиночный режим обеспечивает прохождение полного цикла сварки один раз при однократном нажатии педали. В автоматическом режиме цикл будет повторяться до тех пор, пока оператор будет удерживать педаль в нажатом состоянии и прекратится сразу после отпускания педали.
Автоматический режим осуществляется следующим образом. В момент отсчета позиции "Пауза" триггер DD9 подготавливается к включению (на входе 3 низкий уровень). Когда закончится отсчет позиции "Пауза" (закончился полный цикл сварки) триггер DD7 сбрасывается и уровень логической "1" с выхода 6 - DD7 включает триггер DD9 по входу 3, в результате чего высокий уровень с выхода 5 - DD9 через цепочку элементов R7,C5 (при условии, что педаль нажата - на входе 9 элемента DD2 логическая "1"), замкнутый переключатель S2 и элемент DD1 включают триггер DD4 по входу 3. Таким образом, осуществляется повторный запуск цикла сварки при условии нажатия педали и замкнутом переключателе S2. Сразу же после включения Кл.1, низким уровнем с выхода 8 - DD4 триггер DD9 сбрасывается, а во время отсчета позиции "Пауза" снова подготавливается к следующему включению. По окончании позиции "Пауза" (т.е. всего цикла) триггер DD9 взводится по входу 3 высоким уровнем, поступающим с выхода 6 - DD7 и цикл повторяется снова и т.д. (таким образом осуществляется автоматический режим).

Работа платы блока фазового регулирования (БФР) :

Принципиальная схема БФР изображена на Рис.3. Здесь же показана принципиальная схема выходных усилителей клапанов, которая работает следующим образом. При подаче на вход усилителя Кл.1 (контакт 28 ТЭЗа № 2), управляющего уровня транзистор VT2 открывается, следом за ним через V1 открывается транзистор VT3 и напряжение +24В через контакт 29 ТЭЗа № 2 подается на электропневмоклапан (Кл.1). Индикация Кл.1 (светодиод VD7) располагается на передней панели БУ и сигнализирует об исправной работе его усилителя.
Как было сказано выше, БФР предназначен для плавного регулирования угла открывания силовых тиристоров. Регулирование осуществляется ручкой "Нагрев", расположенной на передней панели БУ.
БФР (см. Рис.3) содержит четыре основных узла. На элементах C2, R1, VD1, R3, VT1, R4, C5, DD1 собран узел, формирующий прямоугольные импульсы из выпрямленного синхронизирующего напряжения питающей сети, поступающего на контакт 9 ТЭЗа № 2.
На элементах VT6, V3 и VT7 собран выходной усилитель БФР, нагрузкой которого является импульсный трансформатор силовых тиристоров. Импульсный трансформатор подключается к контактам 16 и 12 ТЭЗа № 2.
Сам фазовый регулятор выполнен на элементах DD2 и DD3. Основой фазового регулятора является элемент DD3 (микросхемаК155АГ3). Функционально она состоит из 2-х однотипных одновибраторов, которые по перепаду из "0" в "1" по входу 3 и 10 элемента DD3 соответственно формируют импульсы заданной длительности.
Одновибратор на элементах R8, R9, C3 предназначен для формирования импульса, длительность которого определяется значением cos ф (R8) и положением ручки "Нагрев" (R9).
На элементах DD3, R17 и C4 собран одновибратор, который по перепаду из "0" в "1" на выходе 9 - триггера DD2, формирует управляющий импульс заданной длительности (длительность задается при помощи цепочки R17, C4), который с выхода 4 элемента DD3 поступает на выходной усилитель БФР. Рассмотрим порядок работы БФР. БФР работает только в течении позиции "Сварка". При переключении автомата БУ на позицию "Сварка" на контакт 11 ТЭЗа № 2 поступает управляющий сигнал высокого уровня, разрешающий работу БФР, т.е., с этого момента схема начнет воспринимать сформированные прямоугольные импульсы, поступающие с выхода 3 элемента DD1.
С приходом переднего фронта первого полупериода по входу 3 взводится триггер DD2 и запускает одновибратор на элементах R8, R9, C3, DD3. На выходе 12 - DD3 формируется импульс, длительность которого определяет момент включения силовых тиристоров (триггер DD2 взводится по входу 11 задним фронтом импульса, сформированного на указанном одновибраторе). Высоким уровнем с выхода 9 - DD2 запускается одновибратор, выполненный на элементах R17, C4, DD3. С выхода 4 - DD3, импульс отрицательной полярности длительностью 50 мкс через R20 поступает на базу транзистора VT6. Транзистор VT6 открывается и следом за ним через V3 открывается выходной транзистор БФР VT7, нагрузкой которого является импульсный трансформатор. В результате чего импульс с выхода импульсного трансформатора поступает на управляющий электрод силового тиристора и открывает его.
Работа БФР продолжается до тех пор, пока идет отсчет позиции "Сварка". По окончании отсчета позиции "Сварка" на контакте 11 ТЭЗа № 2 появляется низкий уровень, который, поступая на сбросовый вход 1 триггера DD2, запрещает работу БФР и приводит систему в исходное состояние.
Переключатель S5 (расположенный на передней панели БУ) предназначен для отключения выходного усилителя БФР. Он используется при наладке и проверке БУ.