Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННЫЕ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ 8
1.1. Определение области измеряемых параметров. Актуальность работы 8
1.2. Методы и системы автоматического управления положением сварочной головки по параметрам электрической дуги. 10
Математические модели сварочных процессов 10
ВЫВОДЫ 33
2.0ПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 34
2.1. Разработка методов управления сваркой электродугового стыка 34
2.2. Построение зависимости изменения длины дуги при сварке таврового соединения 46
2.3 Разработка метода определения отклонения от заданных параметров сварочной горелки относительно стыка на основе многоточечного анализа мгновенных значений тока. 50
2.4 Аппроксимация для получения модели кривой тока 54
2.5 Выбор количества отсчетов для достоверного синтеза реального образа профиля стыка 55
2.6 Метод получения сигналов отклонения из последовательности отсчетов. 57
2.7. Исследования информационной модели и оценка ее соответствия реальному процессу 61
ВЫВОДЫ 64
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУР АВТОМАТИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДУГИ В КА ЧЕСТВЕ ДАТЧИКА 66
3.1 Обобщенная структура системы автоматического управления 66
3.2. Математическое описание звеньев системы управления 71
3.3. Исследование системы управления положением сварочной головки 75
3.4 Система управления сварочной головкой в зависимости от градиента частоты коротких замыканий в биссектральной плоскости стыка. 78
3.5 Устройство управления сварочным током при многопроходной сварке 81
3.6 Устройство автоматической коррекции движения сварочной головки 87
ВЫВОДЫ 92
4. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ 93
4.1. Обоснование выбора контроллера 95
4.2. Реализация системы сбора данных на РІС-контроллере 100
4.3. Результаты испытаний и внедрение систем управления положением сварочной головки 111
ВЫВОДЫ 111
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ИЗ
ПРИЛОЖЕНИЯ 128
Приложение 1 129
Приложение 2 131
Приложение 3 143
Введение к работе
Актуальность задачи. В настоящее время в промышленности России сварка является самым распространенным процессом в соединении металлоконструкций, при этом ведущее место занимает электродуговая сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом. При проведении сварочных работ до сих пор велика доля ручного труда. Автоматизация Ф данного процесса сдерживается отсутствием надежных и высокоточных дат чиков взаимного расположения сварочной головки и заданного сварочного стыка. Этой проблемой занимались и внесли большой вклад в ее решение Б.Е. Патон, В.К. Лебедев, Л.Е. Алехин, Э.А. Гладков, Н.С. Львов, Н.М. Трофимов.. Существующие в настоящее время датчики (механические, тепловые, оптические и т.д.) в реальных условиях фактически не используются из-за наличия в зоне сварки брызг расплавленного металла, газов и других побочных факторов, затрудняющих их работу. В последнее время перспективным является использование самой дуги в качестве датчика, т.е. в зависимости от хода технологического процесса, параметров кромок стыка, зазоров изменяются отдельные составляющие сварочного тока и напряжения. Эти вопросы рассмотрены в работах Б.Е. Патона, В.И. Дятлова, Л.Е. Алехина, И.Я. Рабиновича, В.К. Лебедева, К.К. Хренова, Г.М. Каспржак, а также группы ученых ТГУ В.А. Судника, В.М. Мазурова, B.C. Карпова.
Использование дуги в качестве источника информации о взаимном расположении сварочной головки и стыка основано на применении математических моделей, описывающих технологический процесс, где наиболее известны работы Б.Е. Патона, В.И. Дятлова, В.А. Судника.
К настоящему времени решены задачи нахождения стыка и наведения электрода на стык, однако, для получения качественного соединения при многопроходной сварке необходима информация о параметрах разделки, на-личии зазоров в каждый момент сварки.
Целью работы является повышение точности поддержания расположения сварочной головки относительно стыка на основе анализа мгновенных значений сварочного тока, с учетом информации о профиле сварочного стыка при многопроходной сварке и сбор данных о ходе сварочного процесса для последующего анализа. Автор защищает;
метод определения отклонения от заданных параметров сварочной головки относительно стыка на основе сравнения реального профиля стыка с эталонным при многопроходной сварке;
метод получения сигналов управления приводами сварочной головки для устранения отклонений;
разработанные оригинальные структуры систем управления для различных условий технологии сварки.
Методы исследований.
В работе использованы методы теории автоматического управления, численного анализа, теории фильтрации сигналов, теории цифровой обработки сигналов. Для подтверждения достоверности и эффективности разработанной схемы автоматического процесса сварки проводилось исследование методами компьютерного моделирования и опытно-промышленными испытаниями.
Научная новизна работы состоит в разработке нового подхода к получению информации о параметрах стыка и его положении на основе сравнения информации о реальном и эталонном профилях стыка при многопроходной сварке. На основе предложенного подхода разработана новая структура автоматизированной системы, позволяющей поддерживать заданное расположение сварочной головки относительно стыка. Разработана компьютерная модель электросварочного процесса как объекта исследования. Разработан метод получения сигналов управления приводами сварочной головки для устранения отклонений
Практическая ценность работы состоит в том, что предложены новые структуры автоматического процесса сварки, программные и схемотехнические решения. Экспериментально доказана возможность работы схемы автоматического процесса сварки, с использованием дуги в качестве датчика, при сварке в среде углекислого газа. Разработан ряд управляющих систем для автоматического сварочного оборудования. Разработана система сбора и обработки параметров сварочного процесса.
Использование предложенной автоматической системы на практике позволяет повысить качество сварки, увеличить производительность труда, а также снизить затраты электроэнергии и сварочных материалов.
Реализация результатов работы.
Разработанная в диссертации автоматическая система прошла испытания в ЗАО «Тулажелдормаш» и рекомендована к внедрению.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались:
- на IV-й Всероссийской научно-технической конференции, (с международным участием). «Компьютерные технологии в соединении материалов», Тула, ТулГУ, сентябрь,2003;
- на 1-й Международной конференции. По проблемам горной промышленности, строительства и энергетики, Тула, ТулГУ, июнь, 2003;
- на Всероссийской научно технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» РИИ, Рубцовск, 2004;
- 4-й региональной научно-практической конференции «Современные проблемы экологии и рационального природопользования в Тульской области», ТугГу., Тула, ТулГУ, 2004
- на 1-й Всероссийской научно-технической Интернет- конференции «Современные проблемы экологии и безопасности». ТулГУ, Тула, 2005
-на научно-технических конференциях и научных сессиях Тульского государственного университета в 2003-2005 гг.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, среди которых 2 патента и 3 положительных решения о выдаче патентов РФ на изобретение.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, четырёх глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 205 наименований. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, имеет 37 рисунков, 2 таблицы и 3 приложения.
Похожие диссертации на Метод и система автоматического процесса формирования сварочного соединения при многопроходной сварке
