Разработка функциональной схемы системы управления автоматизированным сварочным комплексом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В пояснительной записке представлены разработка функциональной схемы системы управления автоматизированным сварочным комплексом, циклограмма работы оборудования, алгоритм работы блока управления. Так же описаны возможные неисправности оборудования и методы борьбы с ними. В заключительной части записки представлен выбор конкретных моделей датчиков и исполнительных устройств.

Графическая часть состоит из трех чертежей: функциональная схема блока управления, циклограмма работы блока управления и алгоритм работы блока управления.

Оглавление

Аннотация

Введение

1. Описание работы оборудования

2. Перечень исполнительных устройств

3. Перечень датчиков

4. Перечень предполагаемых неисправностей

5. Методы выявления неисправностей и действия при их обнаружении

6. Перечень устройств сигнализации

7. Циклограмма работы оборудования

8. Алгоритм работы системы управления

9. Функциональная схема блока управления и описание его работы

10. Выбор датчиков и исполнительных устройств

Заключение

Список литературы

Введение

Электросварка - это процесс получения неразрывных соединений с использованием электрической энергии.

Дуговая сварка - процесс, при котором теплота, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом.

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока и полярности, типа дуги, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации дуговая сварка подразделяется: ручная дуговая сварка; полуавтоматическая дуговая сварка; автоматическая дуговая сварка. Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определенной длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

1. Описание работы оборудования

Разработать функциональную электрическую схему блока управления механизмом для сварки линейного шва из 8-ми электрозаклепок в углекислом газе плавящимся электродом, работающим в следующем автоматическом цикле.

При нажатии пусковой кнопки КП включается цикл сварки.

По завершению сварки включается двигатель ДП перемещения изделия на шаг электрозаклепок.

По завершению перемещения, что фиксируется путевым выключателем ПВ, для номеров срабатывания ПВ с 1-го по 7-ое включительно повторяется цикл сварки.

При 8-м срабатывании ПВ двигатель ДП включается для перемещения в исходное положение.

В исходном положении, соответствующему электрозаклепке 1, двигатель ДП выключается.

Цикл сварки электрозаклепками следующий:

В момент пуска П включается клапан К1 - пневмосистемы механизма сжатия деталей между соплом и подкладкой и К2 - системы подачи углекислого газа.

По истечении времени Т1=0,5…1с, достаточного для сжатия деталей и продувки газом горелки, включается двигатель Д механизма подачи электродной проволоки.

После возбуждения дуги, что определяется срабатыванием датчика ВД, производится отсчет времени Т2 сварки. По завершению отсчета Т2=0,5…1с двигатель Д отключается.

После обрыва дуги, при котором срабатывает датчик ОД, производится отсчет времени Т3=1…4с, достаточный для охлаждения зоны сварки. По завершению отсчета Т3 выключаются клапаны К1 и К2.

В схеме исключить воздействие нажатия кнопки П на работу блока при выполнении сварки и обеспечить автоматическое выявление неисправности механизма подачи электродной проволоки. При выявлении неисправности должны быть отключены все исполнительные устройства и включена сигнализация.

2. Перечень исполнительных устройств

К1 - клапан пневмосистемы механизма сжатия деталей между соплом и подкладкой;

К2 - клапан системы подачи углекислого газа;

Д - двигатель механизма подачи электродной проволоки;

ДП - двигатель перемещения изделия на шаг электрозаклепок;

3. Перечень датчиков

ПВ - путевой выключатель;

ОД - датчик обрыва дуги;

4. Перечень предполагаемых неисправностей

Отключение источника питания.

Отсутствие подачи углекислого газа.

Отсутствие давления в пневмосети.

Неисправность устройства подачи электродной проволоки.

Отсутствие электродной проволоки.

5. Методы выявления неисправностей и действия при их обнаружении

1. Отсутствие напряжения в источнике питания можно выявить датчиком напряжения. При отсутствии напряжение пуск установки запрещается.

2. Отсутствие давления в системе подачи углекислого газа контролируется датчиком давления.

3. Отсутствие давления в пневмосети можно выявить концевым выключателем, фиксирующим переход горелки в рабочее положение к концу первой фазы.

4. Неисправность устройства подачи электродной проволоки можно выявить контролируя длительность второй фазы. Если в течении 5 секунд с момента начала подачи проволоки дуга не зажглась (датчик ВД не сработал), считается что механизм подачи проволоки неисправен.

5. Отсутствие электродной проволоки можно выявить с помощью датчика усилия, контролирующего вес катушки.

6. Перечень устройств сигнализации

С1 - устройство сигнализации, предупреждающее о следующих неисправностях: отсутствие напряжения в источнике питания, отсутствие давления углекислого газа и отсутствие электродной проволоки.

С2 - устройство сигнализации, предупреждающее об отсутствии давления в пневмосети.

С3 - устройство сигнализации, предупреждающее о неисправности механизма подачи электродной проволоки.

7. Циклограмма работы оборудования

Рис.1 Циклограмма работы оборудования

Сварочный цикл состоит из 6 фаз. Окончание 1, 3 и 5-ой фаз происходит по истечении соответствующих промежутков времени T1, T2, T3. О завершении 2, 4 и 6-ой фаз сигнализируют датчики ВД (возбуждение дуги), ОД (обрыв дуги) и ПВ (путевой выключатель) соответственно.

8. Алгоритм работы системы управления

Описания работы алгоритма сварочной установки повторяет описание, работы функциональной схемы, поэтому уделим в этой главе описанию пользовательской последовательностью действий при сварки на данной установки.

Перед началом сварки, надо установить заготовку в сварочном аппарате, чтобы будущий сварочный шов шел по ходу сварочной горелки.

Дальнейшие действия сварочный аппарат делает автоматически. После установки заготовки нужно нажать кнопку Пуск. В первой фазе включается передвижение сварочной головки в рабочее положение. Во второй фазе происходит подача сварочной проволоки и зажигание дуги. После зажигания дуги наступает третья фаза. Образуется сварочный шов. По окончании сварки отключается двигатель механизма подачи проволоки и наступает четвертая фаза. В этой фазе происходит обрыв дуги, который фиксируется датчиком. В пятой фазе постепенно охлаждается зона сварки. В шестой фазе по завершении сварки включается двигатель перемещения заготовки на шаг электрозаклепок. По звершению перемещения двигатель отключается и цикл сварки повторяется сначала. После повторения цикла сварки 8 раз включается двигатель перемещения заготовки в исходное положение.

После завершения сварки, оператор вынимает заготовку. Проверяет качество шва и подготавливает новую заготовку для сварки.



Рисунок 2 Алгоритм работы системы

9. Функциональная схема блока управления и описание его работы

Рисунок 3 Функциональная схема системы управления по фазам процесса

После команды «Пуск» при помощи датчиков ДU, ДP и CДП проверяется напряжение питания источника, давление в системе подачи углекислого газа и наличие электродной проволоки. При неисправности на выходе элемента &1 возникает логический «0» и с помощью инвентора и усилителя УС1 запускает сигнализацию С1.

При отсутствии неисправностей логическая «1» с выхода &1 поступает на вход &2, на одном из входов которого реализована защита от повторного нажатия кнопки «Пуск». С выхода &2 логическая «1» поступает на вход триггера Т1, запускается первая фаза. Поступает сигнал на открытие клапанов К1 и К2, которые находятся в открытом состоянии в течение 4-х последующих фаз.

Одновременно с открытием клапанов поступает сигнал на мультивибратор M1 и начинается отсчёт времени T1 = 0,5…1c. Далее по прошествии времени Т1 на элемент &3 поступают два сигнала: с мультивибратора M1 и датчика К3, сигнализирующего переход горелки в рабочее положение. В случае неисправности перемещения горелки через &4 и УС2 включается сигнализация С2.

При поступлении на вход &3 логических «1» сигнал поступает на триггер Т2, начинается вторая фаза, включается двигатель Д подачи электродной проволоки. Одновременно запускается контроль длительности второй фазы (5 секунд) при помощи мультивибратора М4 и элемента &. Если длительность фазы до срабатывания датчика возбуждения дуги ВД превышает 5 секунд, то включается сигнализация С3.

После срабатывания датчика ВД начинается 3-я фаза и одновременно с помощью мультивибратора М2 начинается отсчёт времени Т2 = 0,5…1с . По прошествии времени Т2 заканчивается 3-я фаза, отключается двигатель Д и поступает сигнал на триггер Т4 (начало 4-ой фазы).

По сигналу датчика обрыва дуги ОД заканчивается фаза 4 и начинается фаза 5. При этом запускается отсчёт времени Т3 = 1…4с (посредством мультивибратора М3). По окончании отсчёта поступает сигнал на завершение 5-ой фазы (триггер Т5) и на вход счетчика СЧ, выдающего логическую «1» до тех пор, пока цикл сварки не повторится 7 раз. Первые 7 раз сигнал со счетчика поступает на триггер Т6 и начинается 6-ая фаза (единица на входе Т6).

Одновременно закрываются клапаны К1 и К2 и включается двигатель поворота изделия на шаг электрозаклёпок ДП. Двигатель ДП отключается путевым выключателем ПВ 1-7, по сигналу которого завершается 6-ая фаза и одновременно начинается заново цикл сварки.

На 8-ой цикл сварки сигнал со счетчика поступает через инвертор на вход триггера Т7 (единица на входе Т7) одновременно закрываются клапаны К1 и К2 и включается двигатель ДП для перемещения в исходное положение. Двигатель ДП отключается путевым выключателем ПВ0, по сигналу которого завершается 7-ая фаза и процесс сварки.

Рисунок 4 Функциональная схема блока управления по исполнительным устройствам

После команды «Пуск» при помощи датчиков ДU, ДP и CДП проверяется напряжение питания источника, давление в системе подачи углекислого газа и наличие электродной проволоки. При неисправности на выходе элемента &1 возникает логический «0» и с помощью инвертора и усилителя УС1 запускает сигнализацию С1. При отсутствии неисправностей логическая «1» с выхода &1 поступает на вход &2, на одном из входов которого реализована защита от повторного нажатия кнопки «Пуск». Далее сигнал поступает на триггер Т1 и через усилитель У1 включаются клапаны К1 и К2. Затем при помощи датчика К3 проверяется перемещение горелки в рабочее положение. При неисправности включается сигнализация С2. Если неисправность отсутствует, то с элемента &3 сигнал поступает на триггер Т2 и включается двигатель подачи электродной проволоки Д. При этом при помощи мультиплексора М4 происходит отсчёт времени t = 5с. Если после 5 секунд датчик возбуждения дуги не сработал, то включается сигнализация С3, отключаются клапаны К1 и К2 и двигатель Д. При своевременном срабатывании датчика ВД начинается отсчёт времени Т2 = 0,5…1с при помощи мультиплексора М3. После этого двигатель Д отключается. Затем после срабатывания датчика ОД мультиплексором М1 отсчитывается время Т3 = 1…4с и по прошествии этого времени через триггер Т3 или Т4 включается двигатель ДП и отключаются клапаны К1 и К2. По сигналу путевых выключателей ПВ либо ПВ0 двигатель ДП отключается. Необходимое число циклов отсчитывается при помощи счётчика СЧ.

10. Выбор датчиков и исполнительных устройств

Исполнительные устройства

Двигатель подачи электродной проволоки (Д)

Двигатели постоянного тока предназначены для регулируемых электроприводов, питаемых как от полупроводниковых преобразователей, так и от иных источников питания (генераторов, аккумуляторных батарей).

Двигатели рассчитаны на эксплуатацию при высоте над уровнем моря до 1000 метров, температуре окружающей среды от +1 до +40 С°, относительной влажности окружающего воздуха 80% при температуре +20 С°. Двигатели выпускаются в общепромышленном и экспортном исполнении.

электросварка датчик сигнализация



Рисунок 5 Двигатель постоянного тока (4ПО112М2).

Опции двигателей постоянного тока:

встроенный тормоз;

внешний вентилятор с фильтром;

мониторинг температуры;

шумоподавление,установка тахогенератора или энкодера;

напряжение якоря 220В;

ток якоря 4,5 А

датчик износа щеток;

обогрев обмоток;

антикоррозийное исполнение.

Технически данные:

мощность 1000 об/мин 0,225кВт;

мощность 1500 об/мин 0,33кВт;

мощность 2200 об/мин 0.5 кВт;

мощность 3000 об/мин 0.67 кВт;

мощность возбуждения 0.46 кВт;

момент инерции 0.013 кгм2;

Коэффициент пульсации якоря -- 15 %. Степень защиты -- IP 44. Изоляция обмоток -- класс F. Вес 18 кг.

Двигатель перемещение изделия на шаг электрозаклёпок (ДПИ).



Выберем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии АМ типа 4АМ63А2. Двигатели АМ имеют систему охлаждения закрытого типа, обладают низким уровнем шума, большим крутящим моментом, высокой эффективностью, современным дизайном и простотой в обслуживании и т.д.

В стандартном исполнении степень защиты двигателей IP54, класс изоляции - F, климатическое исполнение - У2.

Технические характеристики

Тип	Мощность, кВт	Скольжение, %	КПД, %	Коэффициент мощности	Ммакс/Мн	Мп/Мн
4АМ63А2	0,37	8,3	70	0,86	2,2	2

Габаритные и установочно-присоединительные размеры

Длина машины с одним валом, мм	Ширина по лапам, мм	Диаметр фланца, мм	Высота машины, мм	Масса, кг
216	130	150	140	6,3

Электромагнитные клапаны К1 и К2

Клапан электромагнитный Burkert тип 6011нормально закрытый 2/2 ходовой прямого действия.



Рисунок 6 Внешний вид электромагнитного клапана

Технические характеристики:

Ду от 1,2 до 2,4мм, давление 0-21 бар, температура от -10°C до +100°C

Среда: сжатый воздух, бытовой газ, вода, технический вакуум, гидравлическое масло, бензин

Материал корпуса: латунь, нержавеющая сталь

Материал мембраны: FPM

Присоединение: резьбовое G1/8-M5

Особенности: малые размеры, качественный материал сальника (витон)

Применения:

Отсечка, дозирование, заполнение, вентиляция

Лабораторное и измерительное оборудование

Техника для газовой и дуговой сварки

Датчики системы управления

Датчик возбуждения и обрыва дуги

Выберем датчик дуговой защиты ДДЗ-2.



Рисунок 7 Внешний вид датчика дуговой защиты

Назначение: защита высоковольтных переключателей и комплектных распределительных шкафов (КРУ) с напряжением свыше 5кВ.

Преимущества:

- Простота и надёжность конструкции;

- Удобство монтажа и эксплуатации;

- Невосприимчивость к дневному и искусственному освещению;

- Возможность индикации сработавшей ячейки;

- Отсутствие энергопотребления в режиме ожидания;

Технические характеристики:

- Порог срабатывания - освещённость 10 000 ЛК;

- Время срабатывания - не более 5 мс;

- Выходной сигнал - типа "сухой контакт" ;

- Коммутируемый ток: для ДДЗ-2 - 0,1А при пост. напр. 36В;

- Канал связи - 2-х проводной;

- Рабочий диапазон температур - -40 +50 °С.

Концевой выключатель К3

Бесконтактный концевой выключатель индуктивный БКВ-01-10И



Рисунок 8 Внешний вид концевого датчика

Плюсы:

- Широкий диапазон рабочих температур (-50 - +70 С);

- Двухпроводная схема подключения;

-Защита от подключения питания обратной полярности;

-Защита от короткого замыкания;

-Индикация срабатывания;

- Полная герметичность;

Технические характеристики:

Номинальная чувствительность (для ферромагнитных сталей), мм: 10

допустимые отклонения: +20% -10%

Гистерезис, не более: 5%

Максимальная частота переключения, Гц, не менее: 800

Напряжение питания, В: 10 - 30

Максимальный ток нагрузки (при коротком замыкании), мА: 50

Ток в режиме ожидания, мА, не более: 1.5

Остаточное напряжение, В, не более: 6.0

Габаритные размеры, диаметр (резьба): М30 х 1.5

длина, мм: 80

Масса, кг: 0.14

Гарантия - 3 года.

Датчик напряжения источника питания ДU

Выберем датчик напряжения ДНТ - 02. Этот датчик предназначен для преобразования напряжения переменного тока в постоянное напряжение или стандартный токовый сигнал 4 - 20 мА с гальванической развязкой входной цепи и цепей контроля.

Рисунок 9 Внешний вид датчика напряжения

Основные технические характеристики

Диапазон измеряемых напряжений, В	0…1000
Допустимая перегрузка по измеряемому напряжению, разы	1,5
Входной номинальный ток, Iном, мА	1
Диапазон рабочих температур,°С	-10...+80
Нелинейность выходной характеристики, не более, %	0,2
Пробивное напряжение между измеряемой и измерительной цепями, кВ	3
Напряжение питания, В	±8...±15
Минимальное сопротивление нагрузки, кОм	4
Габаритные размеры, мм	73,5х52,5х39
Масса, г	100

Датчик давления с релейным выходом DS-4 (ДС-4)

Датчик давления DS4 с релейным выходом предназначен для работы в сфере пневматики. Возможно измерение избыточного давления и проведение вакуумных измерений.

Применяемые элементы, такие, как алюминиевый порт давления, кремниевый сенсор, позволяют применять устройство для работы со сжатым воздухом и не агрессивными газами. Корпус выполнен из пластика типа PA 6.6. Наличие свободно регулируемой точки переключения открывает широкие возможности по применению устройства. Светодиоды отображают статус переключения.

Рисунок 10 Внешний вид датчика давления

Технические характеристики DS 4

Диапазон давлений	0...1 бар и 0...10 бар (0...0,1 MПа и 0...1 MПа), дополнительно от -1 до 0 бар
Погрешность	менее 2 % ВПИ в температурном диапазоне от 0 до +50 °С
Электрический разъем	4-х выводной круглый M 8x1
Класс защиты	IP 54 или IP 40 (потенциометр доступен или недоступен)
Присоединение DS-4:
- механическое	G1/8" (внутр)
- электрическое	M8x1, M12x1
Применение DS4 (ДС4)	автоматика, пневматика, системы управления
Измеряемая среда	сжатый воздух, неагрессивные газы

Преимущества и особенности DS 4:

- уровень переключения может устанавливается пользователем;

- заводская предустановка по гистерезису;

- алюминиевый порт давления;

- корпус: PA 6,6;

- надежность работы в различных условиях.

5. Датчик усилия (СДП), контролирующий вес кассеты с проволокой

Выберем тензодатчик модификации LOC производитель Vishay Celtron.

Рисунок 11 Внешний вид тензодатчика

Технические характеристики:

Номинальная нагрузка, кг	3, 6, 15, 35
Материал	Анодированный алюминий
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В	2
Класс точности	C3
Рабочий диапазон температур	-20…+60
Температура хранения	-50...+50
Число поверочных интервалов	3000
Нелинейность, %	±0,016
Входное сопротивление	350 ± 3 Ом
Напряжение питания	1...15 В
Степень защиты	IP 65
Длина кабеля	0,3 м

Путевой выключатель ПВ



Рисунок 12 Внешний вид путевого выключателя

Выключатели предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного напряжения до 660 В, частоты 50 и 60 Гц., и постоянного напряжения до 440 В, под воздействием управляющих упоров в определенных точках пути контролируемого объекта.

Технические характеристики

Высота над уровнем моря не более	4300 м
Рабочая температура окружающего воздуха t° C	от -40° до +70°
Коммутационная износостойкость циклов не менее: для группы А для группы Б для группы В	4 млн. 2 млн. 0,04 млн.
Номинальный ток	10 А
Минимальный коммутируемый ток	0,2 А (при 12В) 0,05А (при 24В)
Применяются контакты с массой серебра: для группы А для группы	0,544 гр. 0,378 гр.

Заключение

В ходе данной курсовой работы была разработана система управления автоматизированным сварочным комплексом. Были построены циклограмма и алгоритм работы системы, функциональная схема блока управления, выбрано и описано необходимое оборудование. Также были определены возможные неисправности работы системы и методы борьбы с ними.

Список литературы

1. Короткий Г.П. «Методические указания по выполнению курсового проекта»

2. http://www.prst.ru/PDF/ENP1.pdf

3. http://www.energoprj.ru/asu/asu12.phtml

4. http://electroprivod.ru/28bl.htm

5. http://www.sensorica.ru/s5.shtml

Размещено на Allbest.ru

...