УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ С СИЛОВОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ И НАСОСАМИ

Устройство управления установкой для электровзрывной обработки поверхности материалов с силовой конденсаторной батареей и насосами относится к микропроцессорным устройствам, предназначенная для автоматизации производственных (лабораторных) устройств, установок.
Известно устройство [1] для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги. Устройство содержит источник питания, конденсаторную батарею, вольтметр, ключ управления зарядкой конденсаторной батареи, разрядное устройство, электроды испарителя, испаряемый материал, изоляторные подложкодержатели, рабочую камеру (плазменный усоритель).
Недостатком устройства является низкая точность измеряемого напряжения как следствие использования бликового вольтметра и отсутствия быстродействующего выключателя силовой цепи, вследствие чего необходимо вращать ручку автотрансформатора до остановки протекания тока в цепи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа автоматизированная электровзрывная установка для повышения эксплуатационных характеристик материалов [2]. Устройство содержит вводное устройство; симисторный регулятор напряжения с обратными связями по току каждой фазе; источник постоянного напряжения для заряда силовой конденсаторной батареи, используемой для электрического взрыва проводника; коммутирующее устройство, плазменный ускоритель.
Недостатком прототипа является наличие в цепи управления элементов, вносящих большую погрешность в систему измерения и задания величины рабочего напряжения, а именно реостатов и конденсаторов эмитирующих силовую цепь. В связи с невозможностью получения точных зависимостей между такой цепью управления и силовой в силу непостоянства во времени их параметров и ручного выставления сопротивления на реостате, резко повышается погрешность в работе данной схемы, использование управляемых тиристоров в силовой цепи приводит к появлению паразитных высоких гармоник - загрязняющих питающую электрическую сеть, низкий коэффициент мощности, отсутствие визуального контроля за рабочим процессом.
Задачей заявляемого изобретения является повышение точности измерения и управления процессом заряда конденсаторной батареи.
Задача достигается тем, что устройство управления установкой для электровзрывной обработки поверхности материалов с силовой конденсаторной батареей и насосами, содержащее источник постоянного напряжения, симисторный регулятор напряжения и блок коммутации, содержит блок ввода-вывода, микропроцессорный блок и связанный с ним блок сигнализации, выполненный на основе герконовых реле, при этом микропроцессорный блок соединен с симисторным регулятором напряжения по каналу широтно-импульсного модулирования, упомянутый регулятор выполнен с возможностью управления напряжением на силовой конденсаторной батарее, блок ввода-вывода выполнен в виде сенсорной панели, соединенной с микропроцессорным блоком по каналу связи RS-235, микропроцессорный блок выполнен с возможностью подключения по каналу связи RS-485 к датчику напряжения, выполненного в виде цифрового вольтметра, и с возможностью управления блоком коммутации, который связан с блоком сигнализации, а блок коммутации выполнен с возможностью управлять насосами, причем источник постоянного напряжения связан с микропроцессорным блоком, блоком ввода-вывода и блоком коммутации.
Устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок схема устройства управления установкой для электровзрывной обработки поверхности материалов с силовой конденсаторной батареей и насосами, на фиг.2 представлена ее принципиальная электрическая схема.
Устройство содержит микропроцессорный блок 1 - программируемый логический контролер, имеющий управляющие каналы необходимые для согласованной работы всех остальных узлов. Блок ввода-вывода 2 выполненный в виде сенсорной панели, соединен с микропроцессорным блоком 1 по каналу взаимно-обратной связи RS-235. Блок 1 выполнен с возможностью управлять симисторным регулятором напряжения 3 по каналу широтно импульсного моделирования (ШИМ). Блок 3 предназначен для заряда силовой конденсаторной батареи 4. Конденсаторная батарея 4 снабжена датчиком напряжения 5. Блок 5 выполнен с возможностью передачи данных в цифровом виде в блок 1 по каналу RS-485. Для осуществления необходимых переключений силовых цепей блок 1 имеет возможность управлять блоком коммутаций 6. О рабочем состоянии блока 6 имеет возможность сигнализировать блок 7, выполненный на базе герконовых реле. Блок 7 связан с аналоговыми портами блока 1. Блок 6, имеет возможность управлять насосной группой 8.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.2):
После включения автоматического выключателя QF1 получают питание программируемый логический контролер ПЛК и сенсорная панель СП. При этом на экране панели отображается процесс загрузки ПЛК. Далее через СП задается напряжение до которого будет заряжаться конденсаторная батарея СВ1. При нажатии кнопки «Пуск», по каналу RS-232 в ПЛК поступает сигнал на переключение цепей управления и открытие симистора VS для запуска режима зарядки батареи.
Амплитуда зарядного тока регулируется автотрансформатором TV1 и ограничена номинальными параметрами высоковольтного диода VD1. После единовременного выставления коэффициента трансформации автотрансформатора TV1, его дальнейшее изменение не требуется. Регулирование среднего напряжения подаваемого на высоковольтный трансформатор TV2 осуществляется с помощью симистора VS, по принципу изменения количества полупериодов питающего напряжения в несколько ступеней. Такой метод был выбран для полного устранения отрицательного влияния тиристорного управления на уровень шумов в электрической сети.
Заряд батареи СВ1 осуществляется после срабатывания реле КМ1-1 размыкающего контакты разрядника и сообщения геркона о достаточном разводе контактов. Зарядный ток ограничивается сопротивлением R1. Ввиду экспоненциальной закономерности роста напряжения на конденсаторе этот процесс может быть довольно длительным, поэтому предусмотрено ступенчатое регулирование. На заранее выставленном напряжении на батарее, снимаемом цифровым вольтметром, в ПЛК по каналу RS-485 поступают соответствующие сигналы на увеличение числа полных периодов питающего напряжения, что ускоряет процесс. При увеличении напряжения, снимаемого с конденсаторной батареи СВ1 до заданного оператором значения - ПЛК перестает подавать на симистор VS отпирающие импульсы и он самозапирается. Отключается питание силовой цепи и происходит автоматическое включение форвакуумных насосов, начинается процесс разряда. По его окончанию пользователю необходимо произвести нажатие на кнопку «Разряд» отображаемой на панели СП. При этом подается управляющий сигнал в ПЛК, после чего замыкается контакт КМ1-1, разряжающий установку на саму себя через токоограничивающий резистор R2. Об этом сигнализирует срабатывание геркона и вывод соответствующего сообщения на экран панели СП. Эта же кнопка предназначена для остановки заряда батареи при аварийных ситуациях. В целях безопасности эксплуатации в качестве датчиков закрытого состояния дверцы шкафа управления и положения разряжающих контактов КМ1-1 и КМ1-2 используются герконы.
При работе установки на экране панели СП задаются значения следующих режимные параметры: напряжения, до которого необходимо зарядить конденсаторные батареи; скважности и периода управляющих импульсов, подаваемых с узла широтно-импульсного модулятора ШИМ. При этом на дисплее панели отображаются стадия рабочего процесса, состояние разряжающих контактов, наличие питания в силовой цепи, рабочее состояние форвакуумных насосов и энергия батареи. Энергия рассчитывается ПЛК в реальном времени по показаниям цифрового вольтметра, измеряющего напряжение на батарее.
Полученное устройство позволяет добиться высокой точности регулирования постоянного напряжения широкого диапазона формирующейся лишь классом точности использованных приборов, автоматизации технологического процесса устройства по электровзрывному легированию металлов и сплавов ЭВУ 60/10, оцифровки данных и возможности дистанционного управления через ПК за счет наличия в ПЛК LAN порта.