Э. А. Гладков,В. Н. Бродягин,Р. А. ПерковскийАвтоматизация сварочных процессов
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
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. |