Гладков э а управление процессами и оборудованием при сварке
Обновлено: 20.09.2024
Глава 6
Автоматизированные системы управления
технологическим процессом сварки
6.1. Структуры АСУ ТП
Этот класс систем управления предполагает наличие микрокон- троллеров или ЭВМ в контуре управления, а также участие челове- ка-оператора в управлении технологическим процессом.
В автоматизированных системах автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП) можно выделить структуры с центральным, децентрализованным и комбинированным управ- лением. В системах с центральным управлением задача обработки сигналов для формирования управляющих воздействий решается центральным цифровым управляющим устройством, соединенным многими каналами связи с объектом (объектами) управления.
Общая структурная схема для этого случая показана на рис. 6.1.
Она содержит объект (объекты) управления ОУ, цифровое управля- ющее устройство ЦУУ, ряд входных аналого-цифровых преобразо- вателей АЦП и выходные цифроаналоговые преобразователи ЦАП, соединенные с исполнительными устройствами ИУ. Если осущест- вляется управление сложным многомерным объектом, например
Рис. 6.1. Структура АСУ ТП с центральным управлением
338
Глава 6. АСУ ТП сварки
по длине шва определяет текущие координаты стыка. Чтобы не за- поминать чрезмерно большое количество координат, весь стык ав- томатически разбивается на кусочно-линейные участки, аппрокси- мирующие с заданной точностью криволинейный стык. Для каждого участка достаточно занести в память ЭВМ лишь координату конца участка (узловой точки).
В дальнейшем в процессе сварки по координатам узловых точек
ЭВМ подсчитывает координаты всех промежуточных точек с по- мощью линейной интерполяции. При выполнении криволинейных швов АСУ обеспечивает постоянную контурную скорость свар- ки, соответствующим образом корректируя скорость перемещения по координатам х и у.
Сравнительно большой объем оперативной памяти ЭВМ по- зволяет задавать программу изменения параметров режима свар- ки практически любой сложности. Одновременно осуществляется допусковый контроль всех параметров технологического режима сварки.
Режим работы АСУ (обучающий проход, выполнение техноло- гических прихваток, косметическая обработка) задается оператором с пульта управления набором номера соответствующей программы.
Контрольные вопросы
1. Какие вычислительные средства используют в структуре АСУ ТП?
2. Дайте характеристику АСУ ТП с централизованным, децентрализо- ванным и комбинированным управлением.
3. По каким критериям оценивают качество функционирования
АСУ ТП при сварке?
4. Как модифицируется закон регулирования в АСУ ТП в зависимости от места действия возмущений в контуре источник питания – источник на- грева – сварочная ванна?
5. Перечислите методы оценки влияния неконтролируемых возмуще- ний на качество сварки при работе АСУ ТП.
6. Приведите и охарактеризуйте структуру АСУ ТП для дуговой сварки с математической моделью в контуре управления.
7. Перечислите основные подсистемы, входящие в структуру типовой
АСУ ТП.
8. Какие режимы при функционировании АСУ ТП дуговой сварки предлагаются оператору? Дайте технологическую оценку этим режимам.
9. Какие технологические возможности обеспечивают автоматизиро- ванные сварочные комплексы при многослойной дуговой сварке непово- ротных стыков труб в монтажных условиях?
Контрольные вопросы
339 10. Перечислите основные узлы в составе автоматизированного сва- рочного комплекса для дуговой сварки и дайте расшифровку их структур- ного содержания.
11. Приведите и охарактеризуйте функциональную схему микропро- цессорной системы управления сварочным оборудованием для дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе.
12. Приведите иерархию электросварочного оборудования с микро- процессорной техникой для контактной сварки. Перечислите технологиче- ские задачи, решаемые на этом оборудовании.
13. Охарактеризуйте АСУ ТП с математической моделью в контуре управления для контактной сварки.
14. Какие основные узлы входят в структуру автоматизированного сва- рочного комплекса для ЭЛС?
15. Перечислите основные режимы работы АСУ ТП ЭЛС и охаракте- ризуйте их.
Глава 7
Роботизация процесса сварки
7.1. Особенности роботизированного процесса сварки
В результате использования робототехники в сварочном произ- водстве представляется возможным автоматизировать выполнение швов любой формы, а также большого числа коротких швов, раз- личным образом расположенных в пространстве; выполнять дуго- вой сваркой швы с любой формой линии стыка в горизонтальном
(нижнем) положении. Это позволяет применять наиболее произво- дительные режимы сварки с формированием сварных швов с ми- нимальным отклонением геометрических размеров. По сравнению с автоматической сваркой роботизация обеспечивает рост произ- водительности, экономию сварочных материалов, электроэнергии и уменьшение сварочных деформаций. Сокращается потребность в специальном сварочном оборудовании и в изготовлении специаль- ных и специализированных станков, установок и машин для сварки.
Проблема роботизации сварочного производства включает в се- бя выбор универсальных или компоновку специализированных средств робототехники и комплексное решение технико-экономи- ческих вопросов, связанных с внедрением средств робототехники на конкретном сварочном производстве.
Требования, предъявляемые к средствам роботизации свароч- ных процессов при различных способах сварки, обусловливаются особенностями сварных конструкций, которые по геометрическим признакам можно подразделить:
• на плоскостные (полотнища, панели с элементами жесткости);
• листовые типа тел вращения (резервуары, цилиндры и т. п.);
• каркасно-решетчатые (плоские и объемные фермы, каркасы ка- бин транспортных и сельскохозяйственных машин, каркасы шкафов, блоков и пультов управляющей аппаратуры, ограждения и другие кон- струкции, состоящие из стержневых элементов различного профиля);
Глава 7. Роботизация процесса сварки
412
режиме, снабдив его СТЗ с парой твердотельных телекамер, укре- пленных на расстоянии 76,2 см одна от другой (рис. 7.29).
Бинокулярная СТЗ фирмы Automatix Robotic Systems (США) по двум изображениям методом триангуляции находит трехмерные координаты крайних точек прорези в середине вкладыша и по из- вестным его размерам определяет траекторию будущего сварного шва. Процесс от начала движения робота к рабочей позиции до на- чала сварки занимает менее 6 с. Вычислительная часть системы строится на базе микропроцессора Motorola 6800. Для программи- рования СТЗ и робота оператор может пользоваться удобным язы- ком RAIL. Вся процедура калибровки и обучения системы для рабо- ты с новым классом деталей занимает не более 1 ч.
Контрольные вопросы
1. Приведите состав РТК комплекса для сварки. Перечислите варианты перемещения сварочного инструмента и изделия манипуляционной систе- мой робота при сварке.
2. Перечислите основные компоновочные схемы манипуляторов сва- рочного инструмента, применяемые в РТК ДС, и дайте их характеристику.
3. Укажите виды приводов, применяемых в РТК для перемещения сва- рочного инструмента и изделия. Каковы требования к динамическим ха- рактеристикам приводов при разгоне и торможении?
Рис. 7.29. Стереосистема пространственной коррекции траектории движе- ния робота AID-800:
1 – телекамера; 2 – вкладыш; 3 – рама
Контрольные вопросы
413 4. Перечислите уровни иерархии управления при построении системы управления РТК.
5. Приведите основные методы программирования и обучения РТК и дайте им характеристику.
6. Охарактеризуйте состав и особенности сварочного оборудования в структуре РТК ДС.
7. Приведите состав сварочного оборудования в РТК для контактной сварки и варианты размещения сварочного трансформатора.
8. Перечислите способы, виды и технические средства для адаптации сварочных роботов.
9. Охарактеризуйте технические возможности интеллектуальных РТК с системой технического зрения. Приведите примеры использования ин- теллектуальных РТК при роботизированной сварке ответственных деталей.
10. Какие технологические и производственные преимущества дает интеграция операций при роботизированной сварке?
11. В чем заключается сущность комплексной роботизации сварочно- го производства? Дайте определение и характеристику гибких производ- ственных систем с РТК.
Заключение
Анализ принципов действия и конструкций сварочных автома- тов позволяет сделать следующие выводы относительно уровня раз- работок и основных тенденций их развития.
Одним из важнейших остается принцип агрегатирования аппа- ратов различного назначения из унифицированных функциональ- ных узлов и блоков.
Существенно расширено применение в сварочных автоматах систем автоматического регулирования и стабилизации техноло- гических параметров режима, систем слежения за линией стыка и автоматического направления в процессе сварки сварочного ин- струмента (дуги, пучка), средств автоматического зажигания дуги и устройств заварки кратера, систем программного управления па- раметрами режима сварки.
Сварочные аппараты следует снабжать средствами измерения и регистрации силы сварочного тока и напряжения на дуге, скоро- сти подачи проволоки, скорости сварки, расхода и состава защит- ного газа, наличия и влажности флюсов, а также средствами изме- рения параметров стыка, подготовленного под сварку, и параметров сварных швов. Кроме того, сварочные автоматы должны оснащать- ся исполнительными механизмами и устройствами, пригодными для использования в системах автоматического управления процессами и операциями сварочного производства.
При реализации систем управления и регистрации технологи- ческих параметров сварки, приводов перемещения сварочного ин- струмента или изделия наметилась тенденция перехода от средств аналоговой техники к цифровой, в частности применение микро- процессоров в системах управления. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности систем автоматики, ми- нимизировать их габариты, повысить надежность и ремонтопригод- ность, на цифровых индикаторах и дисплеях отображать текущие параметры и характеристики технологического процесса.
С использованием современных интерфейсов достаточно про- сто решается задача сопряжения штатного сварочного оборудования с устройствами управления любой сложности.
Практическое решение получают следующие задачи: сбор и обра- ботка данных о процессе сварки и функционировании оборудования
Заключение
415
(информационно-измерительные системы); программирование ре- жимов сварки; адаптивное управление процессом сварки по инфор- мации с датчиков о значениях технологических параметров, геоме- трических параметров и пространственного положения свариваемого стыка; автоматизация нормирования сварочных работ (в том числе и выбора режимов) с помощью электронных советчиков технолога; автоматизация выбора режимов сварки непосредственно на свароч- ном оборудовании по данным об основных технологических услови- ях (тип и пространственное положение шва, толщина и марка свари- ваемого металла и др.).
За последние годы существенно расширено информационное обеспечение автоматизированных сварочных установок и роботов за счет их оснащения современными измерительными устройства- ми с малогабаритными датчиками, работающими на различных фи- зических принципах. Интеграция информационной и управляющей частей систем управления, их реализация на элементах цифровой и микропроцессорной техники позволяют разработать и внедрить новый класс адаптивных АСУ в сварочной аппаратуре, построить на ее основе эффективные автоматизированные комплексы для рас- смотренных способов сварки.
Сварочные комплексы имеют, как правило, модульный принцип построения. В качестве модулей в них используются унифициро- ванные механические устройства прямолинейного и кругового пе- ремещений сварочных головок, манипуляторы изделий, устройства регистрации и управления параметрами сварочного оборудования, устройства дистанционного наблюдения (преимущественно теле- визионные) за процессом сварки, инверторные источники питания с автономными и встроенными в них блоками подачи электродной проволоки, блоками программирования параметров режима, пуль- тами управления, со сменными модулями сварочных головок и га- зовых систем.
На основе все возрастающего уровня автоматизации сварочных комплексов, повышения надежности применяемых в них техниче- ских средств возрастает степень интеграции сварочных операций в одном агрегате и на одном рабочем месте, в первую очередь за счет создания многопозиционных и многоместных установок и станков и применения одновременной сварки несколькими головками.
Реализация упомянутого способа сварки возможна как разбив- кой одного шва между несколькими сварочными инструментами
(для швов большой длины), так и путем выполнения нескольких
Заключение
416
параллельных швов. При этом важным направлением дальнейшего совершенствования этих установок остается задача их оснащения средствами позиционного и контурного ЧПУ положением свароч- ного инструмента и изделия, что позволит повысить уровень авто- матизации сварки изделий сложной формы и получить сварные швы заданного качества на объектах ответственного назначения.
В области роботизации сварочного производства актуальной остается проблема совершенствования гибких производственных систем с использованием на рабочих местах как одиночных, так групповых РТК, которые в автоматическом режиме решают задачи сборки, загрузки, сварки и выгрузки с рабочего места готовой про- дукции. Успешное выполнение этих операций неосуществимо без средств очувствления РТК. Вопросы очувствления (адаптации) ро- ботов напрямую связаны с решением задач геометрической и техно- логической адаптации РТК при дуговой и контактной сварке.
При оснащении РТК сварочным оборудованием необходимо учитывать специфику требований к нему при роботизированной сварке. Высокий уровень адаптации, правильно подобранное в РТК сварочное оборудование гарантируют качественную работу гибких производственных систем в автоматических линиях при роботизи- рованной сварке.
Литература
Основная
Алексеев А. А., Кораблев Ю. А., Шестопалов М. Ю. Идентифика- ция и диагностика систем: учебник для студентов высш. учеб. заве- дений. М.: Изд. центр «Академия», 2009. 352 с.
Воротников С. А. Информационные устройства робототехни- ческих систем: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана,
2005. 380 с.
Гладков Э. А. Управление процессами и оборудованием при сварке: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений. М.: Изд. центр «Академия», 2006. 432 с.
Гладков Э. А., Киселев О. Н., Перковский Р. А. Контроль и управ- ление глубиной проплавления при дуговой сварке: учеб. пособие.
М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 72 с.
Гладков Э. А., Малолетков А. В. Управление технологическими параметрами сварочного оборудования при дуговой сварке сварке: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 210 с.
Куркин С. А., Ховов В. М. Компьютерное проектирование и подго- товка производства сварных конструкций: учеб. пособие. М.: Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 463 с.
Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник / под. ред. К. А Пупкова, Н. Д. Егупова. Т. 1–2.
М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 463 с.
Милютин В. С., Шалимов М. П., Шанчуров С. М. Источники пи- тания для сварки: учебник. М.: Айрис-Пресс, 2007. 379 с.
Оборудование для контактной сварки: справ. пособие / под ред.
В. В. Смирнова. СПб.: Энергоатомиздат, 2000. 844 с.
Сварка, резка, контроль: справочник / под ред. Н. П. Алешина и
Г. Г. Чернышова. Т. 1. М.: Изд-во Машиностроение, 2004. 620 с.
Системы ориентации электрода по линии стыка: учеб. посо- бие / Э. А. Гладков, О. Н. Киселев, Р. А. Перковский и др. М.: Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 86 с.
Современные системы управления: пер. с англ. Б. И. Копылова.
М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. 832 с.
Управление электронно-лучевой сваркой: учеб. пособие /
В. Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин, и др.; под ред. В. Д. Лаптенка. Крас- ноярск: Изд-во САА, 2000. 234 с.
Литература
418
Шандров Б. В., Чудаков А. Д. Технические средства автоматиза- ции: учебник для студентов высш. учеб. заведений. М.: Изд. центр
«Академия», 2007. 368 с.
Дополнительная
Васильев В. П., Муро Э. Л., Смольский С. М. Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие / под ред. С. М. Смоль- ского. М.: Изд. центр «Академия», 2007. 272 с.
Гильмар У. Введение в микропроцессорную технику / пер. с англ.
В. М. Кисельникова. М.: Мир, 1984. 334 с.
Гладков Э. А., Чернышов Г. Г. Математические модели для иссле- дования, расчета и проектирования сварочных процессов: учеб. по- собие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1989. 110 с.
Гольденберг Л. М., Матюшкин Б. Д., Поляк М. Н. Цифровая об- работка сигналов: учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1990.
256 с.
Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. 302 с.
Келим Ю. М. Типовые схемы систем автоматического управле- ния. М.: ФОРУМ; ИНФРА-М, 2002. 384 с.
Пашкевич А. Н. Автоматизированное проектирование роботов и робототехнических комплексов для сборочно-сварочных произ- водств: учеб. пособие. Минск: Изд-во Белорус. ГУ информатики и радиоэлектроники (БГУИР), 1996. 101 с.
Солодовников В. В., Плотников В. Н., Яковлев А. В. Основы тео- рии и элементы систем автоматического регулирования: учеб. посо- бие для вузов. М.: Машиностроение, 1985. 536 с.
Э. А. Гладков,В. Н. Бродягин,Р. А. ПерковскийАвтоматизация сварочных процессов
Э. А. Гладков,
В. Н. Бродягин,
Р. А. Перковский
Автоматизация
сварочных процессов
Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебника для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по направлению
«Машиностроение»
Предисловие
Вопросам автоматизации сварочных процессов уделялось и уде- ляется в настоящее время значительное внимание. Эти вопросы от- ражены в содержании ряда научно-технических программ страны на текущий период. Они рассматривались в качестве основных за- дач по ускорению научно-технического прогресса и развитию науки и связывались в первую очередь с широким внедрением автоматизи- рованных систем управления в различных областях хозяйственной деятельности. Успешное решение указанных задач имеет важное зна- чение и для дальнейшего развития всего сварочного производства.
Современные достижения в области микроэлектроники и вы- числительной техники существенно продвинули технологические возможности разрабатываемого на их базе сварочного оборудования нового поколения.
К сожалению, вопросы автоматизации сварки в последние годы не нашли должного отражения в образовательных программах для ди- пломированных специалистов направления подготовки «Машиностро- ительные технологии и оборудование». Изданные учебные пособия по вопросам автоматизации сварочных процессов (Львов И. С., Глад- ков Э. А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. М.: Ма- шиностроение, 1982; Автоматизация сварочных процессов / под ред.
В. А. Лебедева, И. П. Черныша. Киев: Вища шк., 1986; Гладков Э. А.
Управление процессами и оборудованием при сварке. М.: Изд. центр
«Академия», 2006) позволили существенно улучшить подготовку вы- пускников вузов по специальности «Проектирование технологических машин и комплексов». Однако эти учебные пособия как по содержанию, так и по структуре не в полной мере соответствуют требованиям меж- вузовской программы курса «Автоматизация сварочных процессов».
Предлагаемое издание в достаточной степени отражает содер- жание указанной программы и допущено УМО вузов по универси- тетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений.
В учебнике обобщен и систематизирован опыт создания систем автоматизированного сварочного оборудования и систем управления, разработанных рядом ведущих организаций РФ и Украины, учтены до- стижения крупных зарубежных фирм по разработке современного сва- рочного оборудования, источников питания для сварки.
Предисловие
4
Содержательная часть материала построена на основе классифи- кации объектов и систем управления сварочными процессами (при- ведена во Введении).
Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Оборудование и технология свароч- ного производства» направления подготовки «Машиностроение».
Книга может быть полезна студентам и преподавателям сва- рочных специальностей при подготовке лекционного материала по курсам «Автоматизация сварочных процессов», «Управление в технических системах», «Источники питания для сварки», при вы- полнении курсовых и дипломных проектов, проведении научно-ис- следовательских работ, а также инженерно-техническим работ- никам и аспирантам, специализирующимся в области сварочного производства.
Введение
Сварка – прогрессивный метод создания неразъемных соедине- ний металлов, сплавов и различных материалов.
Большие перспективы в развитии сварочного производства откры- вают механизация и автоматизация процесса сварки. Прогресс произ- водства от внедрения этого направления возможен при комплексном подходе к решению задачи, затрагивающем все этапы сварочного про- изводства – заготовительные, транспортные, загрузочные, сварочные, сборочные и отделочные операции. При механизации и автоматиза- ции сварочного производства появляется возможность повышения производительности труда и качества продукции, сокращения чис- ленности обслуживающего персонала. Труд рабочего в этих условиях становится более содержательным и творческим, исключается «субъ- ективный фактор» оператора.
При механизированном процессе независимо от степени ме- ханизации рабочий частично или полностью освобождается лишь от мускульных усилий, но полностью сохраняется его участие в про- цессе в связи с необходимостью выполнения функций контроля и управления.
Автоматизация сварки означает перевод сварочного оборудова- ния на автоматический режим работы, внедрение в производство ря- да устройств, действующих без участия человека.
Примером частичной механизации и автоматизации в сварке служит процесс дуговой сварки, в котором используются свароч- ные аппараты с постоянной и управляемой (принудительно) скоро- стью подачи электродной проволоки. В нем механизированы подача электродной проволоки, перемещение электрода вдоль линии сва- риваемого стыка, подача флюса (защитного газа); автоматизирован процесс регулирования напряжения дуги изменением по заданному закону скорости подачи электродной проволоки при отклонении на- пряжения дуги от номинального значения.
Доукомплектация сварочного аппарата системой слежения за лини- ей стыка, средствами регистрации и контроля параметров режима по- зволяет перейти к стадии более полной автоматизации производствен- ного процесса, когда сварка может выполняться без участия человека: за ним остаются лишь функции предварительной настройки процесса, включения оборудования и наблюдения за ходом процесса сварки.
Введение
6
Все устройства, действующие без непосредственного участия человека, можно подразделить на два класса: сварочные автоматы
(или полуавтоматы) и автоматические системы (регуляторы). При ис- пользовании автоматов периодическая загрузка изделия, замена ин- струмента, контроль и подналадка выполняются по ходу работы или автоматически; останов требуется только для наладки. В случае приме- нения полуавтоматов для повторения процесса, установки заготовки, снятия готового изделия и пуска необходимо вмешательство человека.
Автоматические системы (регуляторы) поддерживают неизмен- ными или изменяют по заданному закону физические величины в технических устройствах или технологическом процессе без уча- стия оператора-сварщика.
В последние годы применяют робототехнические комплексы – автоматы, характеризующиеся разнообразием выполняемых опера- ций и значительной мобильностью.
Роботы – это универсальные автоматические манипуляторы с программным управлением, предназначенные для воспроизведе- ния управляющих и двигательных функций человека, обладающие способностью к адаптации.
Автоматизированное и механизированное оборудование объеди- няют в группы. Одну из них представляет автоматическая линия – производственный участок, специализирующийся на выполнении одной или нескольких однотипных операций технологического про- цесса. Автоматическая линия состоит из группы станков-автоматов, объединенных общей системой управления и общими транспортны- ми устройствами с единым темпом работы.
На заводах по производству автомобилей, тракторов, сельско- хозяйственных машин, вагонов, локомотивов, самолетов, товаров народного потребления в автоматических линиях в качестве стан- ков-автоматов применяют автоматизированные машины для кон- тактной сварки. Автоматизированные дуговые сварочные установки используют в поточно-механизированных и автоматических линиях по производству труб и изделий тяжелого машиностроения.
Известно несколько десятков способов сварки и их разновидно- стей. Даже неполное их перечисление убедительно показывает широ- кие технологические возможности этого процесса в разных отраслях машиностроения. Высокое качество работы сварочного оборудова- ния напрямую связано с последними достижениями в области радио- электроники, электротехники, оптики, автоматики, микропроцессор- ной и вычислительной техники.
Введение
7
Способы сварки различаются по степен и автоматизации: в од- них случаях применены самоприспосабливающиеся системы (на- пример, в дуговой и контактной сварке), в других – использована только механизация процесса, в третьих – сварка осуществляется полностью вручную.
Открытие В. И. Дятловым в 1942 г. явления саморегулирования дуги позволило создать и широко использовать простые и надежные сварочные установки с постоянной скоростью подачи электрода.
Дальнейшей разработкой этого оборудования занимались Б. Е. Па- тон, В. К. Лебедев, Г. М. Каспржак, И. Я. Рабинович.
С 1950-х годов создатели сварочного оборудования стали широ- ко применять методы теории автоматического управления и вычис- лительную технику. Начался период более полной автоматизации сварочных процессов, а затем и сборочно-сварочного производства.
Учеными Б. Е. Патоном, К. К. Хреновым и другими исследователями начаты работы по изучению свойств различных систем автоматиче- ского регулирования дуговой сварки и сварки под флюсом.
В 1970–1080-е годы на дальнейшее развитие и широкое приме- нение методов теории автоматического регулирования при проекти- ровании автоматического сварочного оборудования оказали влияние работы Б. Е. Патона, Ф. А. Аксельрода, Б. Д. Орлова, А. С. Гельмана,
В. К. Лебедева, П. Л. Чулошникова, Н. В. Подолы, Ю. А. Паченцева,
Д. С. Балковца – в области контактной сварки; Б. Е. Патона, В. К. Ле- бедева, А. И. Чвертко, Н. С. Львова, Э. А. Гладкова, Э. М. Эсибяна,
В. В. Смирнова и других – в области электродуговой, шлаковой сварки и наплавки; Ю. Н. Ланкина, В. М. Язовских, В. Я. Беленько- го, В. В. Башенко, В. Н. Ластовиря, О. К. Назаренко, В. А. Виногра- дова, В. А. Казакова, В. А. Лаптенка – в области электронно-лучевой сварки; Б. Е. Патона, Г. А. Спыну, В. А. Тимченко, Ф. А. Киселевско- го – в области роботизации дуговой и контактной сварки; Н. Н. Ры- калина, А. А. Углова, Н. В. Зуева, Р. Р. Абильситова, В. С. Голубева,
А. Г. Григорьянца, Э. А. Гладкова, И. Н. Шиганова – в области лазер- ной сварки.
С 1980-х годов продолжены работы по оснащению сварочного оборудования следящими системами с электромагнитными и оп- тическими датчиками для автоматической ориентации электрода по линии стыка. Вклад во внедрение этого оборудования внесли ра- боты Ю. А. Паченцева, Н. С. Львова, Э. А. Гладкова, Р. М. Широковс- кого, Ш. А. Вайнера, Ф. А. Киселевского, В. В. Смирнова и других ученых.
Введение
8
Телевизионные системы для автоматической коррекции по- ложения сварочной ванны относительно свариваемого стыка при электронно-лучевой сварке были разработаны М. Л. Лифшицем,
Д. Д. Никифоровым и другими в середине 1980-х годов.
Новый методологический подход к анализу процессов в свароч- ном контуре как единой электрогидродинамической системе ис- точник – дуга – сварочная ванна, в которой ванна рассматривается в качестве непосредственного объекта регулирования, предложен в 1977 г. Э. А. Гладковым. Он позволил в дальнейшем заложить ос- новы проектирования автоматизированных систем управления сва- рочными процессами с применением ЭВМ.
Значительный вклад в разработку и внедрение автоматизирован- ного сварочного оборудования в 1980–1990-е и последующие годы внесли Всесоюзный научно-исследовательский институт электро- сварочного оборудования (ВНИИЭСО) в г. Санкт-Петербурге (ныне
Институт сварки России), Институт электросварки им. Е. О. Патона
(ИЭС) в г. Киеве, ЦНИИТМАШ в г. Москве, Ржевское научно-про- изводственное объединение «Электромеханика», Научно-иссле- довательский и конструкторский институт монтажной технологии
(НИКИМТ) в г. Москве, МГТУ им. Н. Э. Баумана, НПО «Технотрон» в г. Чебоксарах, Псковский завод тяжелого электросварочного обо- рудования (ОАО «ПЗ ТЭСО»), Симферопольский электромашино- строительный завод (ПАО «СЭЛМА»).
В настоящее время серийный выпуск автоматизированного сва- рочного оборудования, инверторных источников питания с мик- ропроцессорами в схеме управления налажен рядом зарубежных фирм: Lincoln Electrik, Miller (США), Cloos, EWM (Германия),
ESAB (Швеция), Кemppi (Финляндия), Fronius (Австрия) и многи- ми другими.
Эти разработки можно отнести к сварочному оборудованию нового поколения, характеризующемуся быстродействием, много- функциональностью в решении технологических задач, гибкостью перестройки и выбором рабочих программ, удобством регулирова- ния и визуализацией параметров режима сварки, малыми габарита- ми и высокой надежностью в работе.
Далее приведена классификация объектов и систем управле- ния сварочными процессами (обозначения способов сварки и обо- рудования, указанные в скобках, соответствуют РД 03-614-03 – до- кумента Национального аттестационного комитета по сварочному производству):
Введение
9 1. По геометрическим характеристикам изделия:
1.1.
Тонкостенные (0. 5 мм).
1.2.
Толстостенные (более 5 мм).
1.3.
Плоскостные (прямолинейные, криволинейные, короткие, протяженные).
1.4.
Пространственные (поворотные, неповоротные).
2. По степени автоматизации:
2.1.
Ручная (РД, РАД и др.).
2.2.
Механизированная (МП, МАДП и др.).
2.3.
Автоматизированная и автоматическая (АФ, ААДП, ААД и др.).
3. По типу технологии:
3.1.
Сварка плавлением:
3.1.1.
Дуговая:
3.1.1.1.
Неплавящимся электродом (РАД, ААД и др.).
3.1.1.2.
Плавящимся электродом (РД, МП, МАДП, АФ и др.).
3.1.1.3.
Плазменная (П).
3.1.2.
Лучевая:
3.1.2.1.
Электронно-лучевая (ЭЛ).
3.1.2.2.
Лазерная (Л).
3.1.3.
Гибридная (Л
ААДП).
3.2.
Контактная:
3.2.1.
Сопротивлением (КСС, КТС и др.).
3.2.2.
Оплавлением (КСО).
4. По режимам сварки:
4.1.
Непрерывная.
4.2.
Импульсная.
5. По уровню управления процессом:
5.1.
Разомкнутые системы.
5.2.
Замкнутые на объект системы.
6. По принципу построения систем регулирования и управления:
6.1.
Системы стабилизации.
6.2.
Следящие системы.
6.3.
Программные системы.
6.4.
Адаптивные автоматизированные и роботизированные комплексы.
Глава 1
Элементы автоматики сварочных установок
1.1. Классификация элементов автоматики
Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непо- средственного участия человека; в узком смысле – это совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека в выполнении операций конкретного процесса.
Системы автоматики предназначены для получения информа- ции о ходе управляемого процесса, ее обработки и использования при формировании управляющих воздействий на процесс. В зави- симости от назначения различают:
• системы автоматической сигнализации, которые предназначе- ны для извещения обслуживающего персонала о состоянии той или иной технической установки, о протекании того или иного процесса;
• системы автоматического контроля, которые без участия чело- века осуществляют контроль различных параметров, характеризу- ющих работу какого-либо технического устройства или протекание какого-либо процесса;
• системы автоматического блокирования и защиты, которые служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и установках;
• системы автоматического пуска и останова, которые обеспе- чивают включение, останов (а иногда и реверс) двигателей и при- водов по заранее заданной программе;
• системы автоматического управления, которые предназначе- ны для управления либо работой тех или иных технических систем, либо теми или иными процессами.
К важнейшим и наиболее сложным относят системы автоматиче- ского управления (САУ); все остальные перечисленные выше системы являются частными, как правило, более простыми вариантами САУ.
В современные САУ сварочным оборудованием входят следую- щие э л е м е н т ы а в т о м а т и к и (рис. 1.1):
1) датчики;
2) устройства передачи сигналов;
Глава 1. Элементы автоматики сварочных установок
84
Наиболее распространены ПЛК:
• Siemens – SIMATIC S5 и S7;
• Omron CJ1, CJ2, CS1;
• Schneider Electric – PLC Twido;
• Beckhoff;
• Rockwell Automation;
• ABB – 800
A Industrial IT;
• Mitsubishi – серия Melsec (FX, Q);
• ОВЕН – серия ПЛК 100/110/63/73/154/160.
Контрольные вопросы
1. Приведите классификацию систем и элементов автоматики.
2. Дайте определение основных характеристик датчиков: чувствитель- ность датчика, порог чувствительности, разрешающая способность, преде- лы измерения, абсолютная погрешность, относительная погрешность, при- веденная погрешность, статическая характеристика преобразования.
3. Опишите принцип действия, преимущества и недостатки релей- ных датчиков линейного перемещения: электроконтактных, индуктивных, оптических.
4. Изложите принцип действия, преимущества и недостатки измери- тельных датчиков линейного перемещения: потенциометрических, индук- тивных, емкостных, оптических.
5. Опишите принцип действия, преимущества и недостатки датчиков угла поворота и скорости вращения: потенциометрических, магнитных, энкодеров.
6. Каков принцип действия тензоэлектрических датчиков силы?
7. Опишите принцип действия, преимущества и недостатки датчиков температуры: терморезисторов, термоэлектрических датчиков, оптических пирометров.
8. Каковы принцип действия, преимущества и недостатки датчиков то- ка и напряжения?
9. Дайте определение основных характеристик усилителей: коэффи- циента усиления, амплитудно-частотной характеристики, уровня шумов, собственного дрейфа.
10. Приведите основные схемы включения операционных усилителей: инвертирующая, неинвертирующая, дифференциальная.
11. Дайте описание типовых звеньев аналоговых устройств управления: апериодического, колебательного, пропорционального, интегрирующего.
12. Опишите основные алгоритмы работы цифровых устройств управ- ления: ПИД-регулятора, цифровых фильтров с конечной и бесконечной им- пульсной характеристикой.
Глава 1. Элементы автоматики сварочных установок . 10 1.1. Классификация элементов автоматики . 10 1.2. Датчики . 11 1.2.1. Основные характеристики датчиков . 11 1.2.2. Датчики линейного перемещения . 14 1.2.3. Датчики угла поворота . 23 1.2.4. Датчики скорости вращения . 27 1.2.5. Датчики силы . 29 1.2.6. Датчики температуры . 31 1.2.7. Датчики электрических параметров . 37 1.2.8. Датчики магнитного поля . 38 1.3. Устройства передачи информации . 39 1.3.1. Передача бинарной информации . 39 1.3.2. Передача аналоговой информации . 41 1.3.3. Передача цифровой информации . 44 1.3.4. Промышленные сети . 45 1.4. Усилители . 46 1.4.1. Магнитные усилители . 48 1.4.2. Тиристорные усилители . 49 1.4.3. Транзисторные усилители . 51 1.4.4. Интегральные усилители . 54 1.5. Исполнительные устройства. 56 1.5.1. Электрические серводвигатели постоянного тока. 56 1.5.2. Электрические серводвигатели переменного тока . 62 1.5.3. Пневматические двигатели . 63 1.5.4. Гидравлические двигатели . 66 1.6. Устройства управления . 68 1.6.1. Аналоговые устройства управления . 68 1.6.2. Цифровые устройства управления. 75
Глава 2. Сварочные процессы как объекты регулирования
и управления . 85 2.1. Общая характеристика объектов автоматизации . 85 2.2. Особенности автоматизации процессов в комплексной задаче механизации и автоматизации сварочного производства . 97 2.3. Классификация возмущений в сварочном контуре . 99 2.4. Характеристика физических процессов в объектах регулирования при различных способах сварки. 102 2.5. Управляющие воздействия и показатели качества сварочного процесса как объекта регулирования . 120
Оглавление
420
Глава 3. Системы автоматического регулирования параметров
сварочного процесса и оборудования . 144 3.1. Разомкнутые системы автоматического регулирования параметров процесса и оборудования . 144 3.1.1. Настройка параметров и управление режимами аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. 144 3.1.2. САР параметров дуги и процесса формирования шва при сварке неплавящимся электродом . 147 3.1.3. Настройка параметров и управление режимами ручной дуговой сварки покрытыми электродами и механизированной сварки в среде защитных газов . 150 3.1.4. Системы управления переносом электродного металла и формированием шва при дуговой сварке в защитном газе . 153 3.1.5. САР параметров дуги и процесса формирования шва при автоматической сварке под флюсом . 179 3.1.6. Системы управления параметрами процесса и оборудования контактной сварки. 186 3.1.7. Системы управления параметрами процесса и оборудования ЭЛС . 191 3.2. Замкнутые системы автоматического регулирования параметров зоны проплавления в процессе сварки . 199 3.2.1. САР глубины проплавления при дуговой сварке . 199 3.2.2. САР глубины проплавления при ЭЛС . 202
Глава 4. Системы слежения за линией стыка при сварке . 210 4.1. Системы слежения за линией стыка при дуговой сварке . 210 4.1.1. Системы с копирными датчиками прямого и непрямого действия. 210 4.1.2. Системы непрямого действия с бесконтактными датчиками. Функциональные схемы следящих систем . 216 4.2. Системы автоматического слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке. 253 4.2.1. Копировально-следящая система . 253 4.2.2. Аналого-цифровые системы слежения за линией стыка с датчиком вторичных электронов . 254 4.2.3. Микрокомпьютерная система слежения за линией стыка с датчиком вторичных электронов . 257 4.2.4. Телевизионные следящие системы . 261
Глава 5. Системы программного управления сварочными
процессами и оборудованием . 265 5.1. Системы программного управления процессами дуговой сварки . 265 5.2. Программное управление процессами контактной сварки . 271
Оглавление
421 5.3. Программное управление процессом электронно-лучевой сварки . 278 5.4. Программное управление траекторией движения сварочной головки по линии стыка . 285
Глава 6. Автоматизированные системы управления
технологическим процессом сварки . 289 6.1. Структуры АСУ ТП . 289 6.2. АСУ ТП дуговой сварки неплавящимся электродом . 291 6.2.1. АСУ ТП однопроходной дуговой сварки труб из аустенитных сталей . 291 6.2.2. АСУ трубосварочным автоматом для многослойной сварки кольцевых стыков труб . 306 6.3. АСУ ТП дуговой сварки плавящимся электродом . 315 6.3.1. Структура микропроцессорной системы управления оборудованием для
MIG/MAG-сварки . 315 6.3.2. АСУ ТП многослойной MIG/MAG-сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов . 317 6.4. АСУ ТП контактной сварки . 323 6.4.1. Иерархия электросварочного оборудования с микроконтроллерами и ЭВМ . 323 6.4.2. Управление точечной контактной сваркой по математическим моделям . 327 6.5. АСУ ТП электронно-лучевой сварки . 330 6.5.1. Состав и функциональная схема АСУ ТП . 330 6.5.2. Режимы работы микропроцессорной АСУ . 333
Глава 7. Роботизация процесса сварки . 340 7.1. Особенности роботизированного процесса сварки . 340 7.2. Состав робототехнических комплексов . 346 7.3. Манипуляционные системы робототехнических комплексов . 349 7.4. Системы управления, методы обучения и программирования сварочных робототехнических комплексов . 362 7.5. Сварочное оборудование робототехнических комплексов . 377 7.6. Методы и технические средства адаптации сварочных робототехнических комплексов . 397
Заключение . 414
Литература . 417
Гладков Э.А., Бродягин В.Н., Перковский Р.А. Автоматизация сварочных процессов
Приведено описание основных элементов автоматики сварочных установок. Даны принципы построения и примеры реализации современных систем управления оборудованием и процессами дуговой, контактной и электронно-лучевой сварки. Рассмотрены системы управления пространственным положением источника нагрева относительно линии стыка, автоматизированные комплексы с микроконтроллерами и ЭВМ для управления качеством сварного соединения, а также проблемы роботизации дуговой и контактной сварки.
Для студентов высших учебных заведений. Учебник может быть полезен аспирантам и специалистам в области сварочного производства при выборе средств автоматизации.
Элементы автоматики сварочных установок
Классификация элементов автоматики
Датчики
Устройства передачи информации
Усилители
Исполнительные устройства
Устройства управления
Сварочные процессы как объекты регулирования и управления
Общая характеристика объектов автоматизации
Особенности автоматизации процессов в комплексной задаче механизации и автоматизации сварочного производства
Классификация возмущений в сварочном контуре
Характеристика физических процессов в объектах регулирования при различных способах сварки
Управляющие воздействия и показатели качества сварочного процесса как объекта регулирования
Системы автоматического регулирования параметров сварочного процесса и оборудования
Разомкнутые системы автоматического регулирования параметров процесса и оборудования
Замкнутые системы автоматического регулирования параметров зоны проплавления в процессе сварки
Системы слежения за линией стыка при сварке
Системы слежения за линией стыка при дуговой сварке
Системы автоматического слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке
Системы программного управления сварочными процессами и оборудованием
Системы программного управления процессами дуговой сварки
Программное управление процессами контактной сварки
Программное управление процессом электронно-лучевой сварки
Программное управление траекторией движения сварочной головки по линии стыка
Автоматизированные системы управления технологическим процессом сварки
Структуры АСУ ТП
АСУ ТП дуговой сварки неплавящимся электродом
АСУ ТП дуговой сварки плавящимся электродом
АСУ ТП контактной сварки
АСУ ТП электронно-лучевой сварки
Роботизация процесса сварки
Особенности роботизированного процесса сварки
Состав робототехнических комплексов
Манипуляционные системы робототехнических комплексов
Системы управления, методы обучения и программирования сварочных робототехнических комплексов
Сварочное оборудование робототехнических комплексов
Методы и технические средства адаптации сварочных робототехнических комплексов
Автоматизация сварочных процессов
Книга «Автоматизация сварочных процессов» автора Гладков Э.А. оценена посетителями КнигоГид, и её читательский рейтинг составил 8.00 из 10.
Для бесплатного просмотра предоставляются: аннотация, публикация, отзывы, а также файлы для скачивания.
Рецензии на книгу
Написано 0 рецензий
Посмотрите еще
Атомная и возобновляемая энергетика, глобальное потепление и энергетические кризисы, электромобили и энергетические проекты Илона Маска и Билла Гейтса - человек, который в принципе включает телевизор или заходит в интернет, то и дело сталкивается с новостями обо всем этом. Но что представляет собой энергия и откуда она берется? Когда на самом деле закончится нефть? Пересядем ли мы в автомобили с с.
Ни одна из областей науки, пожалуй, не связана с российской экономикой в такой мере, как поиск альтернативных источников энергии. Конечно, человечество не может вечно рассчитывать на ископаемое углеводородное топливо, но как долго это будет продолжаться, когда закончится "углеводородная цивилизация" и что придет ей на смену - в этих вопросах мнения общественности и ученых сильно расходятся. В книг.
Людмила Андреевна Маслова окончила Московский технологический институт легкой промышленности в 1975 году по специальности "Конструирование швейных изделий". Сразу после окончания работала модельером-конструктором во Всесоюзном доме моделей трикотажных изделий (ВДМТИ). В 1979 году стала главным конструктором ВДМТИ и с группой методистов начала разрабатывать методику конструирования верхних трикотаж.
Учебник содержит материал по устройству, принципу действия, физическим процессам работы, схемам включения и характеристикам трансформаторов, силовых электродвигателей и электромашинных элементов автоматики - исполнительных двигателей, электромашинных усилителей и преобразователей, тахогенераторов, машин синхронной связи, вращающихся трансформаторов. В нем приведены сведения по основам электроприво.
Учебник "Кулинария" написан в соответствии с требованиями Государственного стандарта начального профессионального образования по профессии "повар, кондитер" и примерной учебно-программной документацией на данную профессию. Учебник предназначен для обучения поваров в учебных заведениях начального профессионального образования, а также может быть использован в качестве учебного пособия для студентов.
From a Pulitzer Prize-winning investigative reporter at The New York Times comes Salt Sugar Fat, a journey into the highly secretive, highly profitably world of the processed food giants, and the story of how they have deployed these three essential ingredients, over the past five decades, to dominate the American diet. This is an eye-opening book that reveals how the makers of these foods have ch.
С началом постиндустриальной эры, особенно в развитых странах Европы, широко развернулось движение за сохранение индустриального наследия прошлого. В России существует немало крупных промышленных районов, интересных с позиций индустриальной археологии, но особое внимание привлекает Урал - как старейший и многопрофильный центр индустриального производства не только российского, но и мирового значен.
Читайте также: