4. Алгоритмы управления и диагностики основных систем универсальной установки для электронно-лучевой сварки

Ниже приводится описание (в общем виде) разработанных алгоритмов управления основными системами установки: вакуумной системой (ВС), источником питания электронно-лучевой сварочной пушки (ИП) и системой перемещения (MC-MotionControl). В разработанных алгоритмах предусмотрена диагностика и протоколирование состояния систем установки.

В отличие от описанного в разделе 3.4, в данном разделе описывается другой вариант построения двухуровневой системы управления установкой. В ней также используется на верхнем уровне компьютер и ПОв среде WINDOWS, а на нижнем уровне применяется автоматическая (PLC+CNC) система управления станочнымкомплексомSIEMENS.

1. Алгоритмы управления и диагностики вакуумной системы

Разработанные алгоритмы реализуют процессы создания и поддержания вакуума заданного уровня в вакуумной камере и электронно-лучевой пушке путем автоматизированного управления оборудованием вакуумной системы (ВС). Алгоритмы реализуются на двух уровнях:

верхний уровень - интерфейс оператора (в виде программы верхнего уровня, выполняющейся в среде HMI-Advanced на PCU-50 с отображением элементов интерфейса в окне управления ВС на панели оператора и специального сигнального устройства);

нижний уровень - управляющие программы PLC на языке STEP 7.

На уровне интерфейса оператора осуществляется:

выбор режима работы ВС путем нажатия соответствующих кнопок,

отображение на мнемосхеме текущего состояния оборудования ВС,

индикация интегрального сообщения о наличии ошибок в работе ВС в виде мигающего табло на панели оператора и звукового сигнала с возможностью отключения последнего,

отображение в виде таблицы перечня сообщений о текущих ошибках в работе оборудования ВС свозможностью вызова диалогового окна для последующего принятия решения,

индикация текущих информационных сообщений,

индикация наличия критической ошибки в работе ВС, требующей прекращения выполнения сварки, с помощью специального сигнального устройства, включая подачу звукового сигнала,

сбор данных о смене состояний работы оборудования ВС для последующего анализа процесса функционирования ВС в окне диагностики,

ручное управление элементами оборудования ВС (открытие/закрытие или включение/отключение).

При ручном управлении предусматриваются следующие режимы работы ВС, которые устанавливаются при нажатии соответствующих кнопок в окне на панели оператора (одновременно с нажатием кнопки меняется значение переменной Vacuum_Mode и вызывается соответствующая функция).

Режим (функция): VacuumMode (4 бита)Маnual (ручное управление): 0000Pumping (откачка), 0001Venting (напуск воздуха), 0010Watch (ожидание), 0100Stop (остановка).

Примечание: Режим Manual устанавливается при нажатии кнопки MANUAL (доступно только привилегированному пользователю). Если нажата кнопка Mb\NUAL, вызов других функций управления ВС (кнопки управления режимами работы ВС) заблокирован. Для перехода в другие режимы необходимо отжать кнопку MANUAL. Переход в данный режим возможен из любого другого режима работы ВС.

На уровне PLC осуществляется автоматическое выполнение программ управления для каждого из указанных режимов работы ВС.

Принцип работы алгоритмов нижнего уровня состоит в проверке состояния оборудования ВС и посылке команд управления через соответствующие переменные, определенные в области данных PLC.

Приведём перечень оборудования ВС и соответствующие ему состояния и команды управления.

info - вкл/отключен насос,

t_info - перегрев насоса,

control - включить/отключить насос, открыть/закрыть клапан,

t_oil - перегрев масла в насосе,

oil_level - предельный уровень масла в насосе,

Cool_DPl_info - остывание насоса DP,

WaterDPinfo -наличие протока воды в насосе DP,

Overheat_DP_info–перегрев насоса DP,

breakers_DP_info–обрыв нагревателя DP,

TMP_info - включен/отключен насос ТМР,

TMP_error - ошибка в работе ТМР.

open_info - открыт/закрыт клапан.

close_info -закрыт электромеханический затвор,

Vacuumgauge _info - достигнут недостигнут требуемый уровень вакуума.

Примечания.

1. Посылка команд управления (присвоение значения переменной) control = 1 означает "включить оборудование", acontrol = 0 означает "отключить оборудование".

2. Сигналы состояний info при считывании означают: info = 0 - "недостигнуто состояние”, info = 1 - "достигнуто состояние”.

3. Сигналы состояний клапанов означают: open_info = 1 - "клапан открыт”, open_info = 0 - "клапан закрыт".

Алгоритм программы верхнего уровня.

Входными данными алгоритмов являются:

1. Сигналы состояний оборудования ВС.

2. Сигналы состояния контролируемого оборудования вакуумной камеры:

Left_door_close - закрыта/открыта (1/0) левая дверь вакуумной камеры,

Right_door_close - закрыта/открыта (1/0) правая дверь вакуумной камеры,

Aer_info - наличие/отсутствие (1/0) давления сжатого воздуха,

Water_DPl_info - наличие/отсутствие (1/0) протока воды в DPI,

Water_DP2_info - наличие/отсутствие (1/0) протока воды в DP2,

Gun_water_info - наличие/отсутствие (1/0) протока воды в пушке.

Описание алгоритма:

1. Первоначальный запуск программы при включении системы Siemens или при смене оператора.

   1. Снять установку всех режимов управления ВС.

Проверка уровня доступа пользователя.

Если UserType!=Administrator, то

блокировка нажатия кнопки MANUAL.

2. Занесение в Таблицу с перечнями сеансов работы новой записи о текущем сеансе.

3. Проверка готовности к работе ВС.

   1. Если (Water_DPl_info==0 или Water_DP2_info==0 или air_info==0 или Gun_water_info==0) то: блокировка нажатия кнопок выбора режима.

1. Рабочий цикл

   1. Выбор режима работы:

      1. если (нажата кнопка MANUAL) то (Vacuum_Mode = 0000)

      2. если (нажата кнопка PUMPING) то (Vacuum_Mode = 0001)

      3. если (нажата кнопка VENTING) то (Vacuurn_Mode = 0010)

      4. если (нажата кнопка WATCH) то (Vacuurn_Mode = 0100)

      5. если (нажата кнопка STOP) то (Vacuum_Mode = 1000)

   2. Диагностика состояния ВС

      1. Получить данные о состоянии оборудования ВС и текущих ошибках. Если (Gun_water_info ==0) то

(Выдать информационное сообщение "Нет протока воды в пушке");

Если (air_info ==0 ) то

(Выдать сигнал "Нет давления воздуха");

2. Получить данные о наличии информационных сигналов.

3. Анализируется полученное слово-состояние ВС

Если (произошло изменение слова-состояния по сравнению с предыдущим) то (Сохранить слово-состояние в Таблице протоколов).

4. Анализируется наличие ошибок в работе ВС Если (получен сигнал ошибки) то (отобразить текущие ошибки в виде таблицы)

5. Анализируются действия оператора на появление сообщений об ошибках

Если (оператор вызвал просмотр сообщения об ошибке) то (записать время реакции оператора на ошибку).

3. Отображение в окне управления ВС:

   1. состояние ВС - на мнемосхеме,

   2. перечень текущих ошибок - в виде таблицы,

   3. интегральное табло о наличии ошибки в работе ВС - мигающее табло,

   4. перечень полученных информационных сообщений - в виде списка,

   5. меню управления элементами оборудования в режиме (MENUAL).

4. Отображение в окне диагностики ВС:

   1. перечень сохраненных протоколов работы ВС (не более 30 протоколов) - в виде выпадающего списка,

   2. выбранный протокол работы - в виде таблицы,

   3. состояние оборудования для выбранной записи в протоколе - на мнемосхеме ВС,

   4. перечень ошибок с отметками о времени реакции оператора - в виде таблицы.

3.5.2Алгоритмы управления и диагностики источника питания

Данные алгоритмы реализуют процессы управления источником питания (ИП) при подготовке и проведении сварки, а также диагностику подсистем стабилизации ускоряющего напряжения, фокусировки пучка, регулирования тока сварки и блока накала и бомбардировки в различных режимах.

Алгоритмы реализуются на трех уровнях.

Уровень PCU - интерфейс оператора (в виде программы верхнего уровня, выполняющейся в среде HMI-Advanced на PCU-50), с отображением элементов интерфейса в окне управления ВС и на панели оператора.

Уровень CNC - программы CNC в G-кодах с использованием синхродействий.

Уровень PLC - управляющие программы PLC на языке STEP 7

На уровне PCU (интерфейс оператора) осуществляется следующее.

Из основного окна интерфейса оператора: отображение текущих значений токов сварки(lw), фокусировки(If) и бомбардировки(lb), ускоряющего напряжения (Uacc) и напряжения смещения(Ubias);

индикация интегрального сообщения о наличии ошибок в работе ИП в виде мигающего табло на панели оператора и звукового сигнала с возможностью отключения последнего.

Из функции Diagnostics:

отображение протоколов работы ИП.

Из функции Welding:

управление токами сварки (Iw) и фокусировки (If) в ручном режиме,

управление током сварки и фокусировки в ручном режиме с выносного пульта,

управление током сварки и фокусировки в полуавтоматическом и автоматическом режимах,

задание параметров модуляции тока сварки (частота и длительность),

задание параметров сканирования (признак включения сканирования –Scanon/off, тип сканирования –Scantype, размеры сканирования по осям А и В, признак поворота осей –Scanrotation) и отклонения луча по осям Defl X и DeflY),

задание наклона фронта импульса тока сваркиTilt,

задание величины тока бомбардировки в зависимости от выбранного материала изделия (lb),

отображение графиков изменения токов сварки и фокусировки в режимах ручной, полуавтоматической и автоматической сварки.

На уровне CNC осуществляется автоматическое выполнение программ сварки, написанных в стандарте DIN 66025.

Программы сварки содержат виртуальные оси CW - ток сварки и CF - ток фокусировки, которые управляются синхронно с геометрическими осями. С помощью включенных в программы синхродействий значения осей токов транслируются на выходные DMP модули и далее в ИП. По каналам обратной связи через входные DMP модули во время проведения сварки осуществляется получение установленных значений токов сварки и фокусировки для последующего проведения диагностики работы ИП.

На уровне PLC осуществляется автоматическое выполнение программ диагностики для каждой из подсистем ИП: подсистемы стабилизации ускоряющего напряжения (СУН), подсистемы фокусировки пучка (ФП), подсистемы регулирования тока пучка (РТП), а также блока накала и бомбардировки (БНБ). Принцип работы алгоритмов уровня PLC состоит в проверке состояния ИП и посылке управляющих воздействий через соответствующие переменные, определенные в области данных PLC.

Алгоритм программы уровня PCU.

Входными данными алгоритмов являются:

1. Сигналы состояний ИП.

2. Значения токов сварки (lc_ms) и фокусировки(lfc_ms), транслируемые через аналоговые DMP модули.

3. Значение сигнала пробоя HUshort, транслируемое через цифровой DMP модуль.

4. Сигналы ошибок, поступающие от программ уровня CNC: disruption_is_on - обнаружен пробой,

Beam_incorrect - ток пучка не в норме,

Focus_incorrect - ток фокусировки не в норме.

5. Информационные сигналы, поступающие от программ уровня PLC:

PS_error - "ОшибкаИП" ("Error")

6. Сигналы ошибок, поступающие от программ уровня PLC (установка соответствующей переменной в 1).

Выходными данными алгоритмов являются:

1. Сигналы инициализации режима (установка значения соответствующей переменной в 1), поступающие с верхнего уровня при нажатии соответствующей кнопки.

2. Значения токов сварки(lc_ref) и фокусировки(lfc_ref), транслируемые через аналоговые DMP модули в ИП.

3. Значение тока бомбардировки(Cathod_value), параметры модуляции(dur_mod, frec_mod) и сканирования тока сварки(scan_а, scan_b, defl_x, defl_y), транслируемые через цифровые и аналоговые SM модули.

4. Информационные сообщения, выдаваемые программой верхнего уровня:

5. Init_Mode - установлен режим начальной диагностики,

Manual_welding_Mode - установлен режим ручной сварки,

Welding_Mode - установлен режим автоматической сварки,

Beam_diagn_Mode - установлен режим диагностики пучка, сообщение на табло интегральной ошибки "Ошибка ИП" ("PSError"),

сообщение "InitdiagnosticsOK"}.

Алгоритмы программы уровня CNC.

Входными данными алгоритмов являются:

Программы CNC, формируемые на уровне PCU.

Команды Load, Select, NCStart и NCReset, выдаваемые с уровня PCU.

Значения токов сварки(lc_ms) и фокусировки(lfc_ms), транслируемые через входные аналоговые DMP модули.

Значение сигнала пробоя HUshort, транслируемое через входной цифровой DMP модуль.

Выходными данными алгоритмов является следующее.

1. Сообщения об ошибках в работе ИП в процессе сварки, выдаваемые на уровень PCU:

disruption_is_on - обнаружен пробой,

Beam_incorrect - ток пучка не в норме,

Focus_incorrect - ток фокусировки не в норме.

2. Значения токов сварки(lc_ref) и фюкусировки(lfc_ref), транслируемые через аналоговые DMP модули в ИП в процессе выполнения программы CNC.

Алгоритмы программы уровня PLC.

Входными данными алгоритмов являются следующие сигналы.

1. Сигналы включения источника питания:

Main_is_on - питание ЭЛА включено,

V160kV_is_on - ускоряющее напряжение включено,

Cathod_on- катод включен.

2. Информационные сигналы от уровня PCU:

Manual_welding_Mode - установлен режим ручной или полуавтоматической сварки,

Welding_Mode - установлен режим автоматической сварки,

Beam_diagn_Mode - установлен режим диагностики пучка.

3. Информационные сигналы от уровня CNC:

Beam_incorrect - ток пучка резко возрос,

Focus_incorrect - ошибка по току фокусировки.

4. Параметры диагностики DBD (блок DB92).

5. Сигналы состояния ИП, которые снимаются с контактов интерфейсных модулей.

Выходными данными алгоритмов являются следующие сигналы. Информационные сигналы, передаваемые программам уровня PCU (установка соответствующей переменной в 1):

PS_error - "ОшибкаИП" ("Error"),

Cathod_enable - разблокировка канала бомбардировки,

Accel_enable - разблокировка канала ускоряющего напряжения,

6. Сигналы ошибок DBX (блок DB2).

Диагностика состояния ИП.

Анализируется полученное слово-состояние ИП:

If (произошло изменение слова-состояния по сравнению с предыдущим),то (сохранить слово-состояние в Таблице протоколов).

Анализируется наличие ошибок в работе ИП:

If (получен сигнал ошибки), то (отобразить текущие ошибки в виде таблицы).

Анализируются действия оператора на появление сообщений об ошибках:

If (оператор вызвал просмотр сообщения об ошибке) то (записать время реакции оператора на ошибку).

Отображение в статусной строке:

If (PS_error==l), то (интегральное табло о наличии ошибки в работе ИП - мигающее табло).

Отображение в окне Diagnostics:

перечня сохраненных протоколов работы ИП (не более 30 протоколов) - в виде выпадающего списка,

выбранного протокола работы - в виде таблицы,

перечня ошибок с отметками о времени реакции оператора для выбранной записи в протоколе - в виде таблицы.

Отображение в окне функции Welding:

графиков текущих значений тока сварки и фокусировки.