Диссертация (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 13

В этом контексте, задачаорганизацииуправлениясварочнымоборудованиемсперсональнымкомпьютером в контуре управления является актуальной прикладной задачей. Вэтой связи, целесообразным является рассмотрение двух независимых контуров,слежения и управления, связанных через управляющее устройство –персональный компьютер (Рис. 4.12) (по аналогии с трёхконтурной системойуправления Гладкова Э. А.).Контур слеженияДатчикКонтроллерУстройство управления(алгоритм+ПО)КонтроллерСварочноеоборудованиеКонтур управленияРис. 4.12.Концепция построения сварочного оборудования с адаптивным управлениемРанее в работе уже были рассмотрены прикладные аспекты построенияконтура слежения с использованием современных следящих систем.98Для решения задач построения контура управления целесообразнорассмотреть компоновку структурных элементов оборудования в видеотдельных модулей. Соответственно, контроллер в контуре управлениясварочного оборудования должен содержать аппаратные средства дляуправленияоборудованием,состоящимизструктурныхэлементов,перечисленных ранее.Для управления исполнительным механизмами сварочной головкицелесообразно использование универсальных плат управления, обладающимиразнообразными интерфейсами и средствами коммутации [81] .С использованием указанных средств совместно в соответствующимипреобразователями интерфейсов структурная схема контроллера системыуправления сварочной головкой может быть представлена в следующем виде(Рис.

4.13).КуправляющемуустройствуПреобразовательинтерфейсаКомплекс исполнительныхмеханизмовПлатауправленияМеханизмгоризонтальногопозиционированияУстройствообратной связикинструментуПлатауправленияМеханизмвертикальногопозикионированияУстройствообратной связикинструментуПлатауправленияМеханизмперемещенияоборудованияУстройствообратной связикинструментуПлатауправленияМеханизм колебанийУстройствообратной связикинструментуРис. 4.13.Структурная схема контроллера сварочного оборудования99Отметим, что на схеме отсутствует элементы управления источником питаниясварочного оборудования и механизма подачи проволоки, которые, как правилозависят от конкретного производителя оборудования.В целом, необходимо отметить что адаптация технологии автоматическойсварки к изменениям сборки стыка не вносит принципиальных изменений ваппаратную часть контроллера базового автоматического оборудования,основные элементы которых являются серийными изделиями предприятий попроизводству промышленной электроники.4.2.2.

ПримерреализацииконтроллерауправлениясварочнымоборудованиемРеализацию контроллера управления сварочной головкой с персональнымкомпьютером в роле управляющего устройства была рассмотрена на примересварочной головки «Восход» (ЗАО «НПФ ИТС») (Рис. 4.14).Рис. 4.14.Сварочная головка «Восход»Исполнительные механизмы головки приведены в Таблице 12. В составкомплекса входя четыре коллекторных двигателя и один шаговый (приводколебаний горелки).100Таблица 12.Исполнительные механизмы сварочной головкиИсполнительныймеханизмПриводвертикальногоПриводгоризонтальногопозиционированияПривод подачипроволокиПриводперемещенияПривод колебанийФирмаМаркаESCAP28L 28 416E 49ESCAP28L 28 416E 49ESCAP35NT 2R 82 426SP50 GFESCAP35NT 2R 82 426SP77 FOSchneider ElectricMDM1PSD17C4Обратная связьПлатаПотенциометрНетПотенциометрНетЭнкодерНетЭнкодерНетнетВстроенаДля реализации предлагаемой концепции управления был использованконтроллер сварочной головки со средствами коммутации с персональнымкомпьютером (Рис.

4.15).Рис. 4.15.Контроллер сварочной головки101В стандартный состав контроллера входят: источник питания 220/27В двамодуляуправленияколлекторнымидвигателямиспотенциометрической обратной связью по положению два модуля управления коллекторными двигателями с обратной связьюпо скорости модуль управления шаговым двигателем колебаний сварочной головки двавосьмиканальныхпреобразователяинтерфейсаEthernet-RS485/RS232 ручной пульт управления сварочной головкой с 14 кнопками 6-ти канальный цифро-аналоговый преобразователь 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь блок ввода-вывода дискретных сигналов блоки защиты сигнальных и силовых линий блок сопряжения со сварочным источником питанияПрограммирование и настройка элементов контроллера осуществляетсякомандами по интерфейсу RS485.

Команды формируются программнымобеспечением на персональном компьютере и передаются контроллер блокамипо восемь байт [82].1024.3.ВВыводы по результатам исследований 4 главыглаверассмотреныприкладныеаспектыреализациисварочногооборудования с адаптивным управлением параметрами оборудования взависимости от изменений геометрии сборки стыка.Выводы по результатам работы:1. Установлены подходы к выбору параметров и режимов сбора информациио геометрии сборки стыка при использовании оптической системыслежения триангуляционного типа.2. Предложен обобщённый подход к реализации сварочного оборудованиемс адаптивным управлением, сочетающий контур слежения и контуруправления через персональный компьютер в качестве управляющегоустройства.3.

Реализация контура управления на базе традиционного сварочногооборудованиярассмотренанапримереконтроллерауправленияисполнительных механизмов сварочной головки для орбитальной сваркинеповоротных стыков труб магистральных трубопроводов.4. Установлено, что предлагаемая концепция построения сварочногооборудования с адаптивным управлением не вносит принципиальныхизменений в аппаратную часть компонентов современных системуправления оборудованием.103ГЛАВА 5. ОБОБЩЕННАЯМЕТОДИКААДАПТАЦИИТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ КОРНЕВОГО СЛОЯШВА К ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ВОЗМУЩЕНИЯМ СБОРКИ СТЫКАЗадача методики: получить алгоритм непрерывного адаптивного управленияпараметрами режима автоматической сварки корневого слоя шва в зависимостиот геометрических возмущений сборки стыка для обеспечения качественногоформирования корневого слоя шва.5.1.Этап 1.

Анализ объекта адаптацииВходные параметры этапа: объект адаптации - технология и оборудованиедля автоматической сварки корневого слоя шва.На первоначальном этапе методики необходимо сформулировать задачууправления процессом в широкой постановке с учетом возможных возмущенийпроцесса сварки и управляющих воздействий системы (геометрия сборки –параметры режима сварки) (Рис.5.1). Важным аспектом предварительногоанализа также является поиск и выбор обоснованных требований к качествусварного соединения, которые как правило приведены в нормативнойдокументации на изделие и устанавливаются инженером конструктором.Основной целью данного этапа методики является уменьшение размерностирешаемой задачи адаптации технологии сварки.

Предлагаются два основныхшага для её достижения.На начальной стадии анализа воздействий системы целесообразным являетсяотделения из рассматриваемой задачи независимую подзадачу наведенияинструмента на стык и разделить соответствующие возмущения геометрии(например,смещениякоординатцентрастыка)исоответствующиеуправляющие воздействия (воздействия на механизмы горизонтального ивертикального позиционирования инструмента).

Реализация задачи наведения104может быть выполнена в рамках существующих подходов к управлениюУПРАВЛЯЮЩИЕВОЗДЕЙСТВИЯсварочными процессами и не требует повтора в настоящей методике.РежимсваркиНаведениеинструментаПроцесс автоматической сваркикорневого слоя шваПараметрыКоординатыгеометрии кромок центра стыкаТребования ксварномусоединениюПоложениепри сваркеВОЗМУЩЕНИЯ ПРОЦЕССАРис. 5.1.Анализ объекта управления и структуризация воздействийНа следующей стадии важным является проведение расширенного поискааприорных данных о рассматриваемом процессе, которые могут представлятьсобой известные зависимости между его возмущениями и управляющимивоздействиями.

Примером такой зависимости могут являться существующиетехнологические инструкции и рекомендации по выбору параметров процессадля различных условий сварки (комбинаций возмущений процесса), например, вчасти выбора режима сварки в зависимости от пространственного положения.Полученные зависимости и алгоритмы должны быть предварительно учтеныв контуре управления оборудованием. Оставшиеся возмущения и управляющиевоздействия являются входными параметрами для следующих этапов методики.Выходные параметры этапа:105- Априорные зависимости между возмущениями процесса и управляющимивоздействиями- Перечень компонент вектора возмущений и управляющих воздействийпроцесса автоматической сварки для дальнейшей проработки системы садаптивным управлением5.2.Этап2.Анализвозмущенийгеометриисборкипроцессаавтоматической сваркиВходные параметры этапа: перечень рассматриваемых компонент векторагеометрических возмущений процесса сварки.На данном этапе методики является углубленное изучение и получениечисленных характеристик разброса геометрических возмущений сборки стыкаперед сваркой.

Выполнение данного этапа рассмотрим на примере векторавозмущенийскомпонентами(рассматриваемыхгеометрическихпараметров):,…– вектор геометрических возмущений рассматриваемойсистемы.С целью адекватной оценки разброса компонент векторапроводятизмерение реальных значений его компонент на свариваемом изделии впроизводственных условиях и посредством последующей статистическойобработки определяют следующие параметры разброса по каждой из компонентних:_с_– среднее значение параметраи_,– верхняя и нижняя граница разброса параметрав случаенормального распределения принимаются равными ±3σ соответственно.В результате выполнения этапа получены численные характеристикикомпонент вектора возмущающих воздействий, которые необходимо сравнить сдопускаемымокончательногонормативнойинтерваладокументациейразбросадиапазоном.компонентвектораВкачествевозмущающих106воздействийвыбираетсябольшийизрассматриваемыхинтервалов(установленный или допустимы НТД).Выходные параметры этапа:- Параметры разброса каждой из компонент вектора возмущающих воздействий(5.3.,__,_с )Этап 3.

Установление критических возмущений геометрии сборкиВходные параметры этапа: параметры разброса каждой из компонентвектора возмущающих воздействий (Цельюэтапаявляется,__установление,_с ).минимальногокритическоговозмущения по каждой компоненте вектора возмущающих воздействий. Цельдостигается по следующему алгоритму:1. Выполняется подбор режима сварки, обеспечивающий качественноеформирование без введение дополнительных управляющих воздействийдля геометрии сборки_,_…_с.2. Выполняется сборка стыка таким образом, что для каждой компонентыпроисходит линейное увеличение в сторону нижнего интервала сборки_при фиксированных прочих компонентах вектора(Рис. 5.2).107X (x1_c ,x2_c … xn_c )X (x1_c ,x2_c … xn_max )Рис.