Проектирование системы автоматизированного управления технологическим процессом индукционно-стыковой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В современном строительстве интенсивно внедряются многие нововведения и инновационные технологии. Некоторые из них изучены достаточно давно, но, в то же время, именно в строительной отрасли их использование позволяет снизить время строительства, экономить строительные материалы и электроэнергию. За счет более высоких эксплуатационных качеств получаемых изделий и объекта строительства в целом, снижается травмоопасность, аварийность и количество несчастных случаев на стройке, улучшаются экологичность и эргономичность процесса строительства. Именно поэтому необходимо исследовать возможность применения новых технологий на стройке различных объектов.

Одной из наиболее распространенных строительных технологий является сварка, позволяющая посредством создания неразъемных соединений получать изделия сложной конфигурации и самого различного назначения. Ее технико-экономические показатели во многом определяют эффективность производственного процесса. Важной особенностью сварочной технологии вляется разнообразие ее способов и средств реализации. Для каждого производственного процесса можно подобрать наиболее подходящий способ, обеспечивающий наилучшие характеристики готового продукта при минимизации затрат на производство. При этом наибольшее распространение получила электросварка, базирующаяся на тепловом действии электрического тока, вносящего необходимую энергию в соединяемые путем сварки изделия. Достоинство электросварки основано на простоте подачи необходимого количества энергии в зону сварного соединения при возможности высокого уровня автоматизации технологического процесса. Однако сварка встык изделий с большой площадью поперечного сечения до настоящего времени проводится с помощью методов с невысокими технико-экономическими показателями. Это делает актуальным разработку способов и электротехнических комплексов для стыковой сварки, позволяющей повысить ее качественные и энергетические характеристики.

В настоящее время существующие системы автоматизированного управления технологическим процессом контактно-индукционной сварки основаны на управлении по заданной температуре и имеют определенные недостатки, в основном, вследствие высокой инертности процесса нагрева свариваемых деталей и, следовательно, недостаточно быстрой обратной связи. Это приводит к снижению энергоэффективности процесса сварки и качества получаемого сварного шва.

Требуется разработать модель электротехнического комплекса для исследования индукционно-стыковой сварки на базе анализа его характеристик посредством метода математического моделирования, способного произвести адекватный учет взаимного влияния источника питания и объекта нагрева с его нелинейно изменяющимися параметрами в динамике электромагнитных и температурных процессов. Необходимо рассмотреть возможность реализации системы управления индукционным нагревом с позиции энергетической эффективности процесса в целом и разработать технические рекомендации по использованию индукционного нагрева в стройиндустрии.

1. Анализ технологического оборудования как объекта управления (ОУ)

Индукционный нагрев, как вид технологии, имеет самое широкое распространение в самых различных областях промышленности, бытовой сферы и строительства. Разнообразие целей и видов оборудования, использующих индукционный нагрев, ведет к существенному отличию его технологии, выражающегося, как в связи ее с мощностями установок, так и в конкретных технологических этапах ее реализации.

Разработанная индукционно-стыковая сварка имеет значительные отличия от других видов применения индукционного нагрева характером его введения в нагреваемое изделие, наличием периода отключенного источника энергии, конструкцией плоского индуктора и его позиционированием в рабочем пространстве, а также рядом других особенностей. Кроме того, как и в любой электротехнической установке, важным вопросом является анализ энергетических характеристик технологии, оптимизация режима энергопотребления и конструктивная проработка используемого оборудования. Все это делает важным проведение исследования характеристик индукционного нагрева плоских поверхностей для индукционно-стыковой сварки как с помощью разработанных моделей, так и посредством применения известных методик решения конкретных технологических задач.

Современный транзисторный генератор является неотъемлемым элементом установки индукционного нагрева (УИН) на повышенных высоких частотах и представляет собой сплав силовой электроники, разнообразных узлов управления, выполненных на быстродействующих аналоговых и цифровых компонентах, объединенных в единую систему микроконтроллерами, технологией распределенных систем управления и человеко-машинного интерфейса.

В приведенной на рис.1.1 схеме в верхнем ряду представлены основные силовые узлы УИН, в нижнем - узлы управления и связи между ними. Активный выпрямитель (АВ), фильтры (Ф), широтно-импульсный преобразователь (ШИП), транзисторный инвертор (И) и устройство согласования (УС) образуют систему питания индукционного нагревателя (ИН). Электропривод (ЭП) находит применение в узлах загрузки/выгрузки, нередко - для организации поступательного или возвратно- поступательного движения заготовки в нескольких индукторах для обеспечения требуемого распределения температуры.

Рисунок 1.1 - Обобщенная структура технологической установки индукционного нагрева

Система управления нагревом (СУН) выполняет роль ведущей среди узлов правления. Она определяет задание для узлов управления системы питания и электропривода по заданной программе или по показаниям датчиков температуры и текущему заданию. Система управления электроприводом (СУЭП) кроме системы возбуждения регулируемого транзисторного преобразователя включает датчики положения/перемещения нагреваемых заготовок.

Среди устройств силовой электроники источника питания наиболее важными и сложными в управлении являются активный выпрямитель, обеспечивающий снижение влияния нелинейности преобразователя (как нагрузки) на питающую сеть и транзисторный инвертор, обеспечивающий требуемую частоту тока в нагрузке, как правило, выполненный по схеме инвертора напряжения или инвертора тока. Нередко к ним добавляется широтно-импульсный преобразователь для регулирования потока энергии, поставляемой от выпрямителя к инвертору. Блок согласования, как правило, не содержит управляемых элементов, иногда используются силовые контакторы для подстройки компенсирующей емкости или витков трансформатора, выполняющие переключения в паузах протекания тока.

Требования к системе питания в УИН:

1. Способность энергетически эффективно работать на индукционную нагрузку в заданном диапазоне частот с широким диапазоном вариации параметров (L и R) как в ходе одного технологического процесса, так и при смене нагреваемого изделия и индукционной системы.

2. Возможность глубокого регулирования выходной мощности с выбором закона (стабилизация или по программе) и параметра регулирования (мощность, ток, напряжение).

Нерегулируемый выпрямитель на диодах и, особенно, регулируемый на иристорах имеют нежелательный гармонический состав тока потребляемого от сети, что резко снижает конкурентоспособность преобразователя в целом на западном, а со временем - и на отечественном рынке.

Алгоритмы управления мощными (трехфазными) активными выпрямителями находятся в стадии активного развития [4], как в плане гармонического состава потребляемого тока, так и по пути оптимизации числа и вариантов размещения датчиков обратной связи. Для снижения габаритов фильтров ВЧ-гармоник (20…200 кГц) на входе выпрямителя используют непрерывный режим работы. Вариации в управлении ВЧ- ключами сводятся к выбору компромисса между способами с постоянной частотой управления и самовозбуждения по критериям сложности реализации и минимизации мощности потерь в силовых вентилях. Для упрощенных алгоритмов управления существуют готовые специализированные микросхемы управления - Infineon TDA4862, Motorola MC33261/2, MC34167, MC33167, Thomson L6560 [8]. Более сложные и эффективные алгоритмы требуют применения программируемых контроллеров и цифровых сигнальных процессоров [6].

Важно отметить, что АВ позволяют регулировать выходное напряжение в некоторых пределах (20…40 %), что можно использовать непосредственно или для стабилизации выпрямленного напряжения Ud.

Способы регулирования мощности на выходе транзисторного преобразователя:

1. Частотное согласующее регулирование инвертора, работающего на высокодобротный резонансный контур.

2. Фазовое регулирование в инверторе путем задержки импульсов управления входного плеча, по отношению к другому.

3. Регулирование напряжения питания инвертора с использованием ШИП.

Широтно-импульсный преобразователь строится по схеме прерывателя, понижающего напряжение за счет уменьшения длительности импульса пропускания тока при постоянной частоте управления (20…50 кГц). Для возбуждения импульсов управления сегодня находят применение как специализированные микросхемы с аналоговым управлением, так и встроенные в большинство современных микроконтроллеров (МК) блоки цифровых счетчиков, работающих в режиме формирования ШИМ.

Сдерживающим фактором в применении ШИП в качестве основного регулирующего элемента является проблема снижения коммутационных потерь в силовом ключевом транзисторе, которая решается совершенствованием динамических свойств разработчиками IGBT и применением специальных схем снабберов со вспомогательными управляемыми ключами.

При использовании схемы инвертора напряжения наименьшие коммутационные потери обеспечиваются при некоторой индуктивной расстройке резонансного контура [1]. При этом сохраняются возможности частотного и фазового регулирования. При использовании схемы инвертора тока (ИТ) гарантия режима работы на частоте резонанса позволяет иметь коммутацию с нулевым напряжением и не использовать последовательные отсекающие диоды. В этом режиме инвертор не может использоваться для регулирования мощности. В обоих случаях система возбуждения инверторов должна сама подстраивать частоту и фазу импульсов управления с учетом вариации параметров индукционной системы. Для этого применяется принцип самовозбуждения (особенно применим в ИТ), либо частотный способ с независимым возбуждением и фазовой автоподстройкой.

С учетом высокой добротности индукционной системы (5…20) здесь еприемлем принцип цифрового преобразования код-частота, поэтому в СУ нверторов напряжения находят применение специализированные микросхемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящие из генератора управляемого напряжением и фазового компаратора. Последний обеспечивает заданную фазу между передним фронтом импульса управления и переходом тока инвертора через ноль.

Модульность построения СУ ИП (рис. 1.2) позволяет гибко изменять структуру преобразователя в целом, облегчает модернизацию отдельных узлов управления. Модуль СУ И строится на базе 8-разрядного МК, программируемой логики (ПЛИС - функции быстродействующих блокировок с запоминанием, автомата пуска/защиты), ФАПЧ и некоторых аналоговых узлов.

Функции МК:

1. Измерения Ia_rms, Ua_rms, Pa с использованием встроенного АЦП, частоты fу путем аппаратного подсчета импульсов за 1 мс таймером/счетчиком.

2. Вывод напряжения задания по частоте fу или фазе ?у с использованием внешнего ЦАП с последовательным интерфейсом.

3. Программный регулятор частоты или фазы.

4. Обслуживание внешнего автомата пуска/защиты, чтение кодов быстродействующих блокировок.

5. Обмен командами и данными другими интеллектуальными модулями по последовательному интерфейсу.

Модуль СУ ШИП строится на базе 8-разрядного МК или специализированного контроллера (СК) и формирует импульсы управления с использованием сигналов с датчиков тока id2 и напряжения ud2.

Модуль СУ АВ в качестве интеллектуального ядра должен использовать 16-разрядный ЦСП (или МК с подобными чертами) для непосредственного управления ключами АВ (через драйверы) по сигналам от датчиков фазного тока (ДТ) ia, ib, ic и напряжения ua, ... , ud1.

Рисунок 1.2 - Структурная схема модульной системы управления источника питания УИН

2. Анализ существующей системы автоматического регулирования

Автоматизация технологического процесса заключается в автоматической стабилизации температуры свариваемых изделий(объект управления ОУ), структурная схема показа на рисунке 2.1. Количество тепловой энергии, выделяющейся при индукционном нагреве регулируется симистором(исполнительныq элемент ИЭ) через управляющий транзистор VT. Сигнал управления симистором формируется с помощью обратной связи по отклонению температуры свариваемых изделий от заданного значения. Для этого предусмотрены: задающий элемент ЗЭ(«Установка»); элемент сравнения ЭС(«Компаратор»); усиливающий элемент УЭ(транзистор VT1). Задающий элемент формирует сигнал, соответствующий требуемому значению температуры в помещении. Воспринимающий элемент Д1«Термопара» формирует сигнал, соответствующий реальной температуре окружающей среды. Разность этих сигналов, получаемая с помощью ЭС, поступает на вход УЭ, формирующего по определенному закону сигнал управления симистором. В данной системе используется принцип управления по отклонению управляемой величины от заданной. Разные температуры наружного воздуха влияют на работу аппаратуры управления и вызывают отклонения температуры свариваемых изделий от заданной.

Рисунок 2.1 - Структурная схема установки индукционно-контактной сварки

индукционный сварка электроавтоматика

Рисунок 2.2 - Функциональная схема установки индукционно-контактной сварки

3. Разработка схем автоматизации и технической структуры предлагаемой САР

Модернизация функциональной схемы установки.

Используя принцип управления по возмущению, можно уменьшить указанные отклонения управляемой величины, то есть улучшить качество стабилизации температуры свариваемых изделий. Пунктиром вносим соответствующие дополнения в функциональную схему: с помощью второго воспринимающего элемента (датчика тока индуктора Д2) будем контролировать ток индуктора F, а сигналы, пропорциональные его изменению, будем передавать на вход ЭС с помощью специального корректирующего элемента КЭ. В результате влияние колебаний температуры наружного воздуха на управляемую величину будет компенсировано соответствующими изменениями настроек компаратора. Неточность компенсации, а также действия других возмущающих факторов на управляемую величину будут компенсированы управлением по отклонению.

Рисунок 3.1 - Модернизация функциональной схемы установки индукционно-контактной сварки при помощи динамического управления током индуктора

Анализ основных особенностей индукционно - стыковой сварки и анализ эффективности модернизации.

С целью анализа эффективности модернизации системы автоматического регулирования индукционно - стыковой сварки, а также выбора параметров технологии было проведено ее исследование с помощью программы ELCUT [48]. Моделирование, проводимое в программе ELCUT, осуществлялось в соответствии с геометрией модели, представленной на рис. 3.2.

Класс модели - плоская, эксперименты проводились с изменением значений воздушного зазора от 0,1 мм до 5 мм, частоты от 2 кГц до 50 кГц и удельного сопротивления, которое изменяется с ростом температуры согласно табл. 3.1.

Рисунок 3.2 - Геометрия модели индукционного нагрева

Модель состоит из следующих частей:

1) Плоский индуктор из меди, для которого заданы магнитная проницаемость м = 1, проводимость г = 58100000 См/м и ток I = 1000 А.

2) Нагреваемое изделие из материала Сталь 40, для которого заданы м = 100 и г = 6250000 См/м.

3) Воздушный зазор между индуктором и изделием, для которого заданы м = 1 и г = 0.

4) Расчетная область, для которой заданы граничные значения, а именно равенство нулю векторного магнитного потенциала.

Таблица 3.1- Зависимость удельного сопротивления от температуры

Картина распределения магнитного поля в расчетной зоне, представленная на рисунке 3.3, а, б, указывает на его концентрацию в поверхностном слое нагреваемого изделия, что при переменном токе приводит к его интенсивному нагреву.

Рисунок 3.3 - Распределение магнитного поля в расчетной зоне

График распределения индукции по глубине при воздушном зазоре Х = 0,1 мм и при частоте тока f = 20 кГц представлен на рис. 3.4. Анализ распределения индукции показывает, что при увеличении глубины она убывает, уменьшаясь до нуля при Х = 5 Д.



Рисунок 3.4 - График распределения индукции по глубине проникновения магнитного поля

График распределения тока по глубине проникновения при воздушном

зазоре Д = 0,1 мм и при частоте тока f = 20 кГц представлен на рис. 3.3.

Анализ распределения тока показывает, что при увеличении глубины ток убывает по экспоненциальному закону, уменьшаясь до нуля при Х = 5 Д.

Режимы управления индукционным нагревом

Проблема разработки и совершенствования индукционно-стыковой сварки является многокритериальной задачей, решение которой направленно на оптимизацию следующих показателей:

- качество сварного соединения;

- технология индукционного нагрева;

- система управления сварочным процессом;

- параметры плоского индуктора;

- конструкция источника питания;

- характеристики потребления установкой электрической энергии.

Помимо чисто технологических задач разработанные математические модели индукционного нагрева и структуры их реализации позволяют качественно оценить направления построения систем управления индукционным нагревом с целью оптимизации его энергетических характеристик. Для этого проведено моделирование как используемых, так и предлагаемых режимов управления, к которым относятся установки со стабилизацией напряжения, тока и мощности в индукторе, а также тока поверхностного слоя и поступающей в него активной мощности. Для сопоставления рассматриваемых режимов во всех случаях принято одно и то же конечное значение температуры поверхностного слоя (1400 0 С), а также одинаковое время ее достижения (3,5 с). При этом анализируются получаемая из совмещенной модели динамика температуры поверхностного слоя, как одного из основных технологических параметров, поступающей в слой электрической и передаваемой во внутренние слои мощности. В качестве энергетических показателей изучается изменение напряжения, тока, полной и активной мощности индуктора, коэффициента мощности и количества потребленной за время нагрева до заданной температуры энергии. Одним из важных показателей оценки качества технологии в целом предлагается определение технологического коэффициента полезного действия з т , который рассчитывается как отношение нагревающей непосредственно предназначенный для сварки поверхностный слой мощности к потребляемой индуктором активной мощности. Изменение в процессе нагрева потребляемой полной S и и активной Р и мощности индуктора, технологического коэффициента полезного действия з т и коэффициента мощности cosи и рассчитывались по формулам:

(3.1)

Характер изменения в процессе нагрева напряжения на индукторе, а также потребляемой им полной и активной мощности, представлен на рис. 3.5. Вид изменения выделяемой в поверхностном слое электрической и передаваемой во второй слой мощности, а также суммарной мощности, идущей на нагрев изделия, приведены на рис. 3.6. На рис. 3.7 представлены технологические КПД старой и предлагаемой схем автоматизированного управления технологическим процессом сварки.

Рисунок 3.5 - Динамика изменения технологических параметров индуктора: а - полная мощность; б - активная мощность; в - напряжение



Рисунок 3.6 - Динамика изменения характеристик первого слоя нагреваемого изделия: 1 - мощность, выделяемая в поверхностном слое; 2 - мощность, передаваемая во второй слой; 3 - мощность, нагревающая поверхностный слой

Рисунок 3.7 - Динамика изменения КПД процесса индукционного нагрева: 1 - схема с динамическим управлением током индуктора; 2 - схема со стабилизацией температуры

Анализ динамики изменяющихся в процессе нагрева величин показывает на снижение интенсивности нагрева поверхностного слоя в 1,8 раза при температуре выше 1000 0 С. Это связано с уменьшением токов индуктора более чем в 1,6 раза и первого слоя в 3,7 раза, а также зависящих от них активных мощностей. С этим же связано резкое падение технологического КПД процесса до 0,17-0,18, а также низкий коэффициент мощности в пределах 0,48, что свидетельствует о невысокой энергетической эффективности всего технологического процесса со стабилизацией температуры.

Таким образом, можно сделать вывод об эффективности предлагаемой схемы автоматизированного управления технологическим процессом индукционно-контактной сварки.

Провед?нное исследование режимов нагрева с позиции оценки их энергетической эффективности, а также при уч?те требований к источнику питания, позволяет рекомендовать для реализации режим дтнамического управления током индуктора. Он обладает минимальным потреблением энергии на нагрев при относительно высоком коэффициенте мощности и технологическом коэффициенте полезного действия. В то же время этот режим не предъявляет повышенных требований к диапазону изменения напряжения на индукторе и может быть реализован с помощью достаточно простых средств.

Структурная схема динамического управления током индуктора показана на рисунке 3.8.



Рисунок 3.8 - Структурная схема динамического управления током индуктора

4. Выбор технических средств автоматизации

Выбор элементной базы для реализации предлагаемой системы управления.

В целом, оптимальной является следующая концепция выбора элементной базы:

1. «Жесткая» логика - аналоговые и цифровые ИМС малой и средней степени интеграции - обладают максимальным быстродействием, поэтому незаменимы в цепях быстродействующей защиты, формирования и распределения импульсов управления.

2. Программируемая логика - обеспечивает сочетание гибкости (программируемость) с быстродействием «жесткой» логики. Цифровая программируемая логика [9] уже широко применяется и постепенно вытесняет «жесткую» логику благодаря повышению гибкости устройств с их применением. Аналоговые программируемые ИМС пока только выходят на рынок, вероятно, они смогут потеснить не только собственно аналоговые микросхемы средней и высокой степени интеграции, но и микроконтроллеры в применениях связанных с обработкой аналоговых сигналов.

3. Микроконтроллеры (МК) и специализированные контроллеры обеспечивают наибольшую гибкость (программное решение логических и вычислительных задач, аппаратная реализация разнообразных интерфейсов и задач формирования и измерения временных интервалов):

а) 8-разрядные МК - «клоны» Intel MCS51, в том числе с аналоговым интерфейсом (10 и 12-разрядные АЦП и ЦАП) или «оригинальные» семейства таких производителей, как Atmel, MicroChip, Motorola и пр.

б) Высокопроизводительные МК на базе симбиоза 16 или 32-разрядных МК и цифровых сигнальных процессоров.

в)Так называемые «системы на кристалле» [9], объединяющие 8/16-разрядные МК и программируемую логику на одном кристалле.

4. «Готовые» устройства автоматики:

а) программируемые логические контроллеры (ПЛК) [7];

б) программируемые терморегуляторы/измерители температуры, поддерживающие связь с компьютером (RS-232/485); в основном применяются для построения системы управления нагревом и взаимодействия с автоматизированной системой управления технологическими процессами на уровне участка/цеха. Требуется обеспечить взаимодействие СУ ИП и СУН на уровне сигналов управления и передачи данных.

Коммуникационный модуль располагается на передней панели ИП, строится на базе 8-разрядного МК и выполняет функции обслуживания органов управления и индикации, коммуникации с персональным компьютером (ПК) и АСУ ТП. К дополнительным общесистемным функциям относятся контроль системы охлаждения преобразователя: полупроводниковый датчик температуры силовых модулей DS1820 (однопроводной двунаправленный интерфейс), датчик расхода охлаждающей воды (подсчет импульсов), датчик числа оборотов вентилятора, и аналоговый канал измерения температуры (нагреваемого объекта) с помощью термопары (К - типа). Все эти модули объединяются последовательным двухпроводным каналом связи, реализуемым с использованием одного из встроенных в МК специализированных аппаратных блоков. В 8-разрядных МК распространены интерфейсы: I 2 C (Phillips, до 400 Кбод) синхронного типа или байтовый универсальный асинхронный приемник/передатчик (УСАПП). В высокопроизводительных 16/32- разрядных МК распространяется более совершенный асинхронный интерфейс для построения локальных управляющих сетей типа CAN (до 1 Мбод). Его можно использовать и в виде отдельной микросхемы с параллельным магистральным интерфейсом.

Для связи СУ с компьютером сейчас используется интерфейс RS-232C (типа точка-точка) реализованный в МК в виде контроллера УСАПП (логика), в ПК он полностью совместим с COM-портом. Аппаратные узлы УСАПП в МК обеспечивают обмен на скорости до 115 Кбод, вполне достаточной для передачи из СУ ИП в ПК пакетов измеряемых параметров с частотой до 100 Гц.

Тенденция производителей ПК, особенно ноутбуков, отказываться от «устаревших» СОМ-портов делает актуальным использование современных (высокопроизводительных) последовательных интерфейсов, прежде всего USB. Возможны два варианта использования USB. Первый практически не требует переработки программного обеспечения в МК и ПК и использует готовые аппаратные «переходники» USB - COM. Второй - использование аппаратно реализованного USB- порта - сдерживается их малым распространением в 8- разрядных МК 5-х проводной отладочный интерфейс JTAG сейчас активно интегрируется в МК новых разработок различных фирм и может выполнять следующие функции:

а) Программирование энергонезависимой памяти программ/данных МК и ПЛИС;

б) Тестирование качества соединений на плате методом граничного сканирования;

в) отладка программы в режиме реального времени.

Избыточность предложенной схемы по числу дискретных и аналоговых

входов/выходов позволяет использовать ее для построения СУН при ограничениях на стоимость. Для интеграции с системой управления нагревом или АСУ ТП, реализуемыми на базе программируемых логических контроллерах используется последовательный канал связи. Требуется согласовать тип канала и протокол связи.

Выбор оборудования.

Для реализации предложенной модернизации системы автоматического управления необходимо выбрать следующие элементы: датчик тока индуктора и корректирующий элемент.

Выбор датчика тока индуктора.

Многие устройства, работающие в электрических цепях, требуют проведений точных измерений в режиме реального времени. От точности этих замеров зависит многое: качество процессов регулирования в схемах управления, надежная работа защиты, калькуляция при подсчете потребляемой мощности в электроустановках и т.д. Обычно для таких измерений используют специальные приборы, которые входят в состав основной схемы. К примеру, датчик тока широко используется при работе многих устройств. Он может быть реализован на самых разных элементах, в зависимости от того или иного схемного решения. Остается неизменным только сам принцип его работы - в соответствии с заложенным в него коэффициентом он преобразует сигнал с измерительного трансформатора или иного устройства в сигнал напряжения, который согласован с остальной частью схемы.

Выбираем датчик тока CSLA1EL производителя Honeywell Sensing and Control ввиду соответствия характеристик технологическому процессу, доступности и относительно невысокой цены.

Рисунок 4.1 - Датчик тока CSLA1EL

Таблица 4.1 - Технические характеристики датчика тока CSLA1EL

Выбор корректирующего элемента.

Корректирующие устройства предназначены для обеспечения устойчивости в системах электроавтоматики и получения высоких качественных показателей процессов управления. Если система не обладает необходимыми динамическими свойствами, то изменяют ее структуру, вводя корректирующие элементы и выбирая их параметры. В зависимости от схемы включения КУ их делят на последовательные и параллельные. В первом случае КУ включают последовательно в цепь основного воздействия, а во втором - в цепь обратной связи, охватывающей одно или несколько звеньев системы. Возможно комбинированное включение последовательных и параллельных КУ. Сигналы на выходе корректирующих устройств представляют собой производные или интегралы во времени от вх. Сигналов управления (напряжения, частоты вращения, угла поворота вала двигателя и др.) Поэтому основным видом корректирующих устройств являются дифференцирующие, интегрирующие и интегродифференцирующие устройства. Возможны также и различные сочетания видов коррекции.

Выбираем корректирующий элемент в составе контроллера C-V3 производителя СМКОМ ввиду соответствия характеристик технологическому процессу, доступности и относительно невысокой цены.

Рисунок 4.1 - Контроллер C-V3

Технические характеристики контроллера C-V3:

- электропитание 220 В/50 Гц

- потребляемая мощность 60 Вт

Режимы управления:

-- ручной

-- таймер А -- нагрев и выдержка температуры

-- таймер В -- одноступенчатый нагрев

-- таймер С -- двухступенчатый нагрев.

Возможно управление 2-мя нагревательных голов:

-- в попеременном режиме, если обе головы подключены к одному генератору,

-- в синхронном режиме, если каждая голова подключена к отдельному генератору.

Контролируемые процессы:

-- мощность нагрева,

-- подача защитного газа,

-- контроль температуры обрабатываемой детали с помощью оптического пирометра,

-- контроль времени выдержки на заданной температуре,

-- контроль параметров подачи припоя (для мастер контроллера C-V3).

Параметры, которые проверяет система самодиагностики контроллера:

-- индикация рабочих параметров индуктора

-- соответствия размера индуктора с габаритами обрабатываемой детали

-- короткое замыкание в индукторе

-- контроль температуры и давления воды в системе охлаждения

-- внутренние неполадки

-- нарушение рабочего цикла

-- неполадки при считывании или при записи в ячейку памяти

-- соединение между блоками установки

-- высокое напряжение в сети/ низкое напряжение в сети/ отсутствие фазы.

Объем памяти контроллера -- 100 рабочих программ. Кнопка «STATUS» -- для быстрого доступа к текущим рабочим параметрам контроллера. Кнопка «QUICK ACCESS» для быстрого доступа к параметрам программирования рабочего цикла.

Заключение

Повышение энергоэффективности во всех отраслях деятельности в нашей стране является приоритетной задачей. Президент России В.В. Путин официально ввел показатели энергоэффективности в состав отчетных показателей, за которые несут полную ответственность губернаторы и главы муниципальных образований. Индукционный нагрев традиционно применяется для нагрева трубных заготовок и наиболее приспособлен для этого. С его помощью возможно проведение локальных видов нагрева, объемного и поверхностного нагрева с контролируемой толщиной прогретого слоя, для осуществления упрочнения только поверхностного слоя металла. Возможность подвода высоких удельных мощностей и компактные размеры, позволяет встраивать индукционные нагреватели непосредственно на месте установки обрабатываемого объекта. С помощью индукционного нагрева можно контролировать процесс подъема температуры металла и осуществлять любой желаемый график нагрева, добиваясь высокого качества технологического процесса. тПроведенный анализ видов сварки указывает на актуальность разработки новых видов стыковой сварки с целью расширения ее технических возможностей, получения качественного сварного соединения и оптимизации ее технико-экономических характеристик. На основе этого предложена САУ, позволяющая получить следующие преимущества: равномерный нагрев ограниченной по глубине поверхности свариваемых изделий, уменьшение зоны температурного воздействия на околошовный объем изделия, энергосбережение. Моделирование электромагнитного поля системы индуктор - ферромагнитное изделие позволило провести сравнение двух вариантов технологии индукционно-стыковой сварки и дало возможность оценить технологические и энергетические преимущества использования предлагаемой САУ с динамическим контролем тока индуктора.

Литература

1. Банов, М.Д. Технология и оборудование контактной сварки / М.Д. Банов. - 4-е изд., стер. - М.: Академия, 2015. - 224 с.

2. Безручко, И.И. Индукционный нагрев для объемной штамповки / И.И. Безручко. - Л.: Машиностроение, 1987. - 126 с.

3. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: электрические цепи: учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов / Л.А. Бессонов. - 7-е изд. - М.: Высш. школа, 1978. - 528 с.

4. Богданов, В.Н. Высокочастотная сварка металлов / В.Н. Богданов. - М.-Л.: Машиностроение, 1965. - 68 с.

5. Бодажков, В.А. Индукционный нагрев труб / В.А. Бодажков. - Л.: Машиностроение, 1969. - 151 с.

6. Брокмайер, К. Индукционные плавильные печи / пер. с нем. Под ред. М.А. Шевцова и М.Я. Столова. - М.: Энергия, 1972. - 304 с.

7. Вайнберг, А.М. Индукционные плавильные печи: учеб. Пособие для вузов / А.М. Вайнберг. - Изд. 2-е, переработ. и доп. - М.: Энергия, 1967.- 415 с.

8. Вологдин, В.П. Поверхностная индукционная закалка / В.П. Вологдин. - М.: Оборонгиз, 1947. - 291 с.

9. Гладков, Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Э.А. Гладков. - М.: Академия, 2006. - 432 с.

10. Глуханов, Н.П. Физические основы высокочастотного нагрева / Н.П. Глуханов; под. ред. А.Н. Шамова. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1989. - 56 с.

11. Гуляев, А.И. Технология и оборудование контактной сварки: учеб. для техникумов / А.И. Гуляев. - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

12. Демичев, А.Д. Поверхностная закалка индукционным способом / А.Д. Демичев. - Л.: Машиностроение, 1979. - 80 с.

13. Фельдбаум, А.А. Вычислительные устройства в автоматических системах / А.А. Фельдбаум. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 2014. - 800 c.

14. Шляндин, В.М. Основы автоматики / В.М. Шляндин. - Москва: Гостехиздат, 1993. - 592 c.

15. Болотов, А.В., Шепель Г.А. Электротехнологические установки: учеб для вузов по спец. «Электроснабжение пром. предприятий» / А.В. Болотов, Г.А. Шепель. - М.: Высш. шк., 1988. - 336 с.

16. Волков, А.С. , Долгих И.Ю. Разработка декомпозиционного метода исследования индукционно-стыковой сварки / А.С. Волков, И.Ю. Долгих // 151 Вестник Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева. - 2015. - № 2 (33). - С. 64-69.

17. Вологдин, В.В., Кущ Э.В. Индукционная пайка / В.В. Вологдин, Э.В. Кущ. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979. - 80 с.

18. Головин, Г.Ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева / Г.Ф. Головин, Н.В. Зимин. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979. - 120 с.

19. Голубев, А.Н. Автоматизированный программный модуль для моделирования процессов индукционной закалки / А.Н. Голубев, Л.Б. Корюкин // Вестник научно-промышленного общества. - М.: Алев-В. - 2011. - Вып. 16. - С. 3-10.

Размещено на Allbest.ru

...