3.5.3. Алгоритмы управления и диагностики системы перемещения пушки и изделия

Алгоритмы реализуют процессы перемещения пушки и изделия (МС –MotionControl) при ручном управлении перемещением, в соответствии с заданной программой перемещений, в режимах автоматической и полуавтоматической сварки, а также при обучении траектории сварки по данным от Системы слежения за сварочным стыком (RASTR).

Предусматриваются следующие режимы работы системы MotionControl, которые устанавливаются при нажатии соответствующих кнопок в окнах управления на панели оператора (одновременно с нажатием кнопки меняется значение переменной Motion_Mode и вызывается соответствующая функция):

Manual (WELDING)

Semi-auto (WELDING)

Auto (WELDING)

Teach-In (PROGRAMS)

Tracking (WELDING)

Примечание: установлениережима Tracking блокируетсяпринажатойкнопке Welding или Simulation вокнефункции WELDING.

Принципы реализации.

Алгоритмы реализуются на четырех уровнях.

Уровень PCU - в виде программы верхнего уровня, выполняющейся в среде HMI- Advanced на PCU-50 с отображением элементов интерфейса оператора в окнах управления МС на панели оператора и специального сигнального устройства.

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

Уровень PLC - управляющие программы PLC на языке STEP 7

Уровень PC - управляющие программы системы RASTR.

На уровне PCU (интерфейс оператора) осуществляется: отображение значений текущих пространственных координат вращателя и пушки в системе координат машины и изделия (по выбору),

отображение на 3-D диаграмме текущего взаимного положения изделия и пушки с фиксацией состояния концевиков,

отображение на 3-D диаграмме траектории загруженной программы сварки и текущего положения электронного луча на траектории в режиме эмуляции сварки и при реальной сварке,

выбор режима сварки и, соответственно, способа управления перемещением (ручное, полуавтоматическое, автоматическое),

включение опции автоматического слежения за швом в процессе сварки с помощью системы RASTR с сохранением привязанной к траектории перемещений программы отклонений электронного луча,

включение опции управления перемещением при автоматическом обучении траектории по данным от системы RASTR,

индикация текущих стандартных сообщений Sinumerik 840D об ошибках в работе системы MotionControl,

переключение на управление перемещением в ручном режиме с выносного пульта.

В части взаимодействия с CNC на уровне PCU осуществляется:

формирование кодов стандартных подпрограмм CNC, вызываемых для различных режимов работы МС,

создание и редактирование программ сварки, включая траектории перемещения, с возможностью их сохранения на диске,

представление программ сварки (траекторий перемещения) в графическом виде в координатах машины и изделия, в табличном виде и в виде последовательности G-кодов,

экспорт/импорт составленных программ сварки в/из функции OfflineProgramming,

загрузка программ CNC и их выбор для исполнения,

выдача команд на выполнение программ CNC и их остановку,

сохранение и восстановление значений машинных координат,

отображение значений текущих пространственных координат вращателя и пушкив системе координат установки и изделия (по выбору).

На уровне CNC осуществляется автоматическое выполнение программ в стандарте DIN 66025 для каждого из указанных режимов работы ВС.

Все программы CNC данного программного средства подразделяются на:

стандартные подпрограммы управления, обеспечивающие выполнение предопределенных функций для указанных выше режимов работы МС,

и программы сварки, включающие описание траектории перемещения и изменения тока сварки в виде последовательности G-кодов и других инструкций используемого стандарта.

В программах CNC, в отдельных случаях, применяются синхродействия для обеспечения взаимодействия с внешним оборудованием через DMP модули. Входными данными алгоритмов программуровня CNC являются:

1. Программы CNC, формируемые на уровне PCU.

2. Команды NCStart и NCReset, выдаваемые с уровня PCU.

3. Значения X_pos и Y_pos, снимаемые с входных модулей DMP.

На уровне PLC осуществляется автоматическое выполнение программ управления в части взаимодействия с внешним по отношению к CNC оборудованием через SM модули.

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

На уровне PC (компьютере системы RASTR) осуществляется:

установка режима работы системы RASTR в отношении взаимодействия с CNC,

прием от CNC синхросигнала в режиме обучения траектории, прием от CNC значения угла направления перемещения в режиме обучения траектории,

выдача в CNC значений координат по осям X и Y в режиме обучения траектории, выдача в CNC синхросигнала в режиме обучения траектории, прием от CNC значения текущего направления перемещения в режиме слежения за траекторией,

выдача в CNC значений отклонений по осям X и Y в режиме слежения за траекторией.

Распределение информационных сигналов и команд управления МС по интерфейсным DMP и SM модулям приведено в приложении 1 к ПО.

Перечень инструкций стандарта DIN 66025, используемых в стандартных подпрограммах CNC и автоматически генерируемых текстах программ сварки приведен в приложении 2 к ПО.

Алгоритмы программ уровня PCU.

Входными данными алгоритмов являются:

1. Сигналы состояний концевиков геометрических осей и тележек.

2. Сигнал установленного типа вращателя.

3. Информационные сигналы, поступающие от системы RASTR:

X_position - координата по оси X,

Y_position - координата по оси Y.

4. Синхросигнал от системы RASTR:

Go_on - переместиться в новую точку.

5. Сигналы ошибок, поступающие от программ нижнего уровня (установка соответствующей переменной в 1).

Выходными данными алгоритмов являются:

1. Сигналы управления и данные, передаваемые в систему RASTR:

TeachIn_Mode = 1 - устанавливается режим обучения траектории,

Tracking_Mode = 1 - устанавливается режим слежения за стыком,

Direction - направление начального перемещения в режиме обучения траектории или направление движения в текущей точке траектории в режиме слежения за стыком,

Move_off=1/0 - готов/не готов к приему координат новой точки.

2. Коды программ, загружаемых в CNC.

3. Команды управления CNC:

Load - загрузка программы в CNC,

Select - выбор программы для выполнения,

NCStart - запуск программы на выполнение,

NCReset - завершение выполнения программы.

Следует отметить, что кроме описанных автоматизированных операций управления и диагностики установки, остается, тем не менее, ряд операций по обслуживанию установки (насосное хозяйство, электронная пушка и т.д.), которые производятся высококвалифицированным специальным персоналом, в соответствии с Техническим описанием установки и технологическими инструкциями.

ВЫВОДЫ

Реализация направленного массопереноса в сварочной ванне за счет импульсного воздействия электронного луча позволила получить на стали в нижнем положении узкие сквозные швы (ширина расплавленной зоны около 1 мм, глубина проплавления до 60 мм, коэффициент формы шва 40), а на несквозных швах получено благоприятное для предотвращения корневых дефектов закругление в корне (радиус 0,5 мм); по сравнению с проплавлением статическим лучом коэффициент формы шва увеличен более чем в 2 раза и уменьшена неравномерность проплавления по глубине, примерно, в 5 раз.

Проведенные оценки частоты собственных колебаний объема сварочной ванны дают значение в диапазоне единиц десятков герц. Колебания сварочной ванны проявляются в образовании «чешуек» на поверхности шва. Другой вид колебаний - колебания поверхности канала проплавления, соответствуют частотному диапазону единиц сотен герц. Колебания поверхности канала проявляются в пульсациях парового потока, истекающего из канала, и в пульсациях ионного тока. Таким образом, общий диапазон частот колебаний жидкости (расплавленного металла), существующих в сварочной ванне, соответствует области десятки-сотни герц. В этом частотном диапазоне должна быть частота импульсного динамического воздействия на сварочную ванну, чтобы управлять массопереносом и получать более глубокие и узкие швы.

Эксперименты по сварке с импульсной модуляцией тока луча подтверждают, что глубина проплавления зависит от частоты модуляции: наибольшая глубина получается при частоте 100...200 Гц. Такие же результаты дают и эксперименты с импульсным отклонением луча из ванны. Наиболее эффективные результаты от импульсного воздействия луча получаются за счет развертки луча специальной формы: применялась пилообразная форма тока в отклоняющей катушке, частота 130 Гц, продольные колебания луча в направлении от хвостовой части ванны к передней, размер развертки 3 мм.

Как показывают оценки, при ЭЛС алюминиевых сплавов 2024, 7010, 7150 и В96 толщиной до 100 мм существенное влияние на формирование проплавленияоказывает динамическая сила (инерции), обусловленная массопереносом металла вокруг парогазового канала. Наиболее оптимальную форму шва (с параллельными стенками) и с регулярным формированием поверхности усиления (без крупноструктурных выплесков и наплывов) получили за счет подбора фокусировки луча и применения развертки по эллипсу вдоль направления сварки. Отработана технология ЭЛС стыковых соединений толщиной 100 мм (с полным проплавлением) и толщиной 65 мм (с частичным проплавлением). Проведенные, в ходе выполнения работ, УЗК, рентгенконтроль и металлографические исследования дают достаточно полную характеристику полученных сварных соединений.

Разработанная система диагностики электронного луча в установках для электроннолучевой сварки имеет производственное назначение, как дополнительный инструмент для оператора-сварщика. Система дает на экране компьютера продольное изображение луча с распределением плотности мощности. Определяются положение фокуса, минимальный радиус, максимальная плотность тока, угол сходимости. Дается заключение о работоспособности катода пушки. С помощью системы определяется ток магнитной фокусирующей линзы, нужный для фокусировки луча на требуемом расстоянии относительно изделия.

Устройство диагностики и поиска течей с внутренней стороны вакуумной камеры может быть использовано в компьютеризированных системах мониторинга обстановки в камере. С его помощью можно определить место и направление, откуда существует поток газа. Возможно и более широкие области применения устройства, например, диагностика течей в условиях космоса.

Созданная автоматическая система управления универсальной электронно­лучевой сварочной установкой и разработанное программное обеспечение позволяют решать все множество задач, которые существуют при эксплуатации установки и при выполнении или разработке технологического процесса сварки. Формулировка и решение технологических задач производится с помощью набора экранных окон интерфейса оператора-сварщика.

Алгоритмы управления и диагностики сварочной установки реализуются на двух уровнях: 1) верхнем уровне - интерфейсе оператора-сварщика, в виде программ верхнего уровня с отображением элементов интерфейса в окнах управления и 2) нижнем уровне - в виде управляющих программ контроллера (PLC) на языке STEP7 и системы CNC в G-кодах. Отображение состояния установки производится: на мнемосхемах в соответствующих окнах, в таблицах с перечнем текущих ошибок, в списках перечня поступающих информационных сообщений, в меню управления элементами оборудования. Диагностика установки также фиксируется в развернутом виде: дается список с перечнемсохраненных протоколов работы (до 30 протоколов), выбранный протокол выводится в виде таблицы, состояние оборудования (для выбранной записи в протоколе) иллюстрируется мнемосхемой, перечень ошибок (сбоев в работе) с отметками о времени реакции оператора дается в таблице.

Научно-исследовательские работы по теме «Разработка методов управления массопереносом путем модуляции тока луча при электронно-лучевой сварке металлов и сплавов больших толщин» выполнены на высоком научно- техническом уровне, с привлечением современных методик, средств компьютерного моделирования и управления системами. Результаты работ нашли применение в ответственных отраслях промышленности, в производстве продукции для народного хозяйства и за рубежом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гидромеханика невесомости/Под ред. А.Д.Мышкиса.— М.: Наука, 1976. — 504 с.

2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /Под ред. Б.Е.Патона. — М.: Машиностроение, 1974. — 767 с.

3. Ахопьянц К.С., Емченко-Рыбко А.В. Контроль глубины проплавления и фокусировки электронного пучка по частоте пульсаций ионного тока при сварке // Автомат, сварка. — 1981. — № 9. — С.28–32.

4. Плис А.И., Сливина Н.А. Mathcad: математический практикум для экономистов и инженеров. — М.: Финансы и статистика, 1999. — 656 с.

5. Электронно-лучевая сварка / Назаренко O.K., Кайдалов А.А., Ковбасенко С.Н. и др.: Под ред. Б.Е.Патона. — Киев: Наук.думка, 1987. — 256 с.

6. OhmineМ., Hiramoto S., Jamane J. Fundamental study on the pulsed electron beam Welding/ — IIW Doc.: IV-348-83. — 13 p.

7. Schulze K/-R., Fritz D., Reindl G. Je dicker, je lieber—Elektronenstrahlschweipenim Vacuum //Practicer. — 1996/ — № 6. — S.250–254.

8. Dilthey U., В ohm S., Welters Т.,Ilyin S., Turichin G. EBSim— new simulation software for electron beam welding with deep penetration. — IIW Doc.: IV-669–97. — 14 p.

9. Sanderson A. Electron beam delineation and penetration. - British Welding Journal, 1968, vol.15, №10, p.509–523.

10. Назаренко O.K., Локшин B.E., Акопьянц К.С. Измерение параметров мощных электронных пучков методом вращающегося зонда. — Электронная обработка материалов, 1970, № 1, с.87–90.

11. Elmer J.W., TeruyaА.Т. An enhanced Faraday cup for rapid determination of power density distribution in electron beams. — Weld. J., 2001, №12. — p.288–295.

12. Dilthey U., Weiser J. Study of the "Tool" Electron Beam. — Part 1: Comparasion between the Arata Beam Test and Diabeam Beam Measurement. — Welding and Gutting, 1995, № 5, P.82–84.

СОДЕРЖАНИЕ

k₁ = 1,841; 7

N=1/s 8

СОДЕРЖАНИЕ 142

3.4. Структура и программное обеспечение автоматизированной системы управления (АСУ) универсальной электроннолучевой сварочной установкой

3.5. Алгоритмы управления и диагностики основных систем универсальной

k₁ = 1,841; 7

N=1/s 8

СОДЕРЖАНИЕ 142