книги из ГПНТБ / Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов

системы не осуществляют, поэтому правильнее называть их только автоматизированными системами управления (АСУ).

Внедрение АСУП на предприятии, где до этого не было хотя бы системы централизованного контроля, не даст ожидаемогоэффекта. Начинать нужно с разработки для такого предприятия автоматизированной информационно-справочной системы про­ изводства (ИАСП). Ее назначение — поставка информации ру­ ководящему составу предприятия (цеха) о фактическом состоя­ нии производства и первичный анализ текущих данных путем сравнения с планируемыми. По мнению автора, в основу инфор­ мационно-справочной системы должен быть заложен сетевой график на выполнение заказа, составленный, по крайней мере, на базе четырех составляющих: технологии, ведомственных нор­ мативов времени, материальных и людских ресурсов и пред­ шествующего опыта выполнения подобных заказов. Использо­ вание системы повысит достоверность информации и своевре­ менность ее получения, снизит трудоемкость управленческих работ.

ИАСП представляет собой современную систему централизо­ ванного контроля. Вначале она будет играть самостоятельную роль, а затем, по мере ее эксплуатации, накопления и расши­ рения задач автоматизации она войдет главной составной ча­ стью в полный комплекс АСУП. На основе собираемой с по­ мощью этой системы информации будет оцениваться фактиче­ ское состояние производства, облегчаться руководство им, со­ средотачиваться внимание управленческого персонала на от­ стающих участках, улучшаться координация деятельности от­ дельных групп исполнителей, прогнозироваться будущее состоя­ ние хода работ.

Качество функционирования информационной системы опре­ деляют точностью, достоверностью, быстродействием и надеж­ ностью. Эффективность информационной системы удобно рас­ сматривать в относительной форме, когда критериями служат функции относительных величин, выражающих «коэффициенты успеха» по основным или базовым характеристикам системы и «весовые коэффициенты» этих же характеристик.

Обобщенной оценкой эффективности системы передачи ин­ формации служит количество информации. Лучшей является та система, которая при прочих равных условиях дает на выходе наибольшее количество информации.

Исходя из обобщенной оценки разработан ряд критериев. О степени сложности системы судят по количеству информации, отнесенному к числу определенных элементов ее (ламп, реле, транзисторов и т. п.). Когда при разработке системы наклады­ ваются ограничения по весу или объему, оценка системы про­ водится по количеству информации, приходящемуся на единицу веса или объема системы. Имеются и другие критерии оценки — по точности, быстродействию и т. п. Например, точность пере-

lit

дачи информации системой лучше всего оценивать по величине среднеквадратичной ошибки в мм

ке = К И М * ) - М О ] 2 Л ;

где Ki(t) и Яг(0—передаваемое и принимаемое значения паметра.

Оценивают точность также по величине приведенной ошиб­ ки, т. е. по отношению абсолютной ошибки бо к величине всего передаваемого диапазона значений параметра

^•max — ^-miri

Если контролируемая непрерывная величина имеет нормаль­ ное распределение, то количество информации / (в дв. ед./сек), число идентичных каналов k, наивысшая частота спектра Fm пе­ редаваемой функции и приведенная ошибка б взаимосвязаны следующим образом:

«обмен» между показателями, т. е. при неизменном / увеличить или уменьшить один из показателей за счет уменьшения пли увеличения другого.

Передаваемые по каналам связи информационной системы сигналы можно грубо разделить на две группы — непрерывные и дискретные. Конкретизация дает сигналы: двухпозиционные, текущие, интегральные, кодовые, цифровые. Па нижней ступени иерархии централизованной системы контроля основной объем информации дают текущие и двухпозиционные сигналы. Глав­ ное внимание при этом необходимо обращать на точность и быстродействие передачи первых и достоверность вторых.

Для второй (средней) ступени иерархии системы более ха­ рактерны интегральные сигналы (учет расхода материалов и энергии, готовой продукции, времени простоев по причинам и т. п.). Здесь главными требованиями являются точность и не­ допустимость потерь накопленной информации, а при большом объеме информации еще и высокая пропускная способность ка­ налов связи.

Пропускную способность или емкость канала связи можно определить, если известно количество сигналов, передаваемых по нему за определенный промежуток времени. Если, напри­ мер, в канал связи поступают разнополярные импульсы одина-

Избыточность можно получить и другими способами: когда для передачи сообщения от одного пункта к другому имеется несколько различных путей, либо когда связи дублируются.

Одно из обязательных условий, которые необходимо выпол­ нять при проектировании системы информации, — это гибкость, облегчающая приспособление ее к последующему развитию, ко­ торое безусловно потребуется через некоторое время.

Техническое воплощение автоматизированной информаци­ онно-справочной системы можно представить следующим обра­ зом. Подробную информацию с участков имеет начальник сме­ ны. Установленный в его кабинете диспетчерский пульт является централизованным устройством для сбора и первичной обра­ ботки информации. На лицевой панели пульта изображены элек­ трифицированные сетевой график (графики) на заказ и мнемо­ схема заказа или цеха. Контролируемые (управляемые) точки (участки) заказа представлены рядом блоков, отражающих пла­ новую (расчетную) и фактическую информацию (БПФИ) по ря­ ду выбранных для каждого участка (поста) работы парамет­ ров (показателей). Плановая информация поступает на блоки БПФИ от ЭВМ. Фактическая информация с участков (постов) поставляется на блоки БПФИ непрерывно или дискретно систе­ мой датчиков и первичных преобразователей. Она также может предварительно обрабатываться в ЭВМ.

Обобщенную информацию о ходе выполнения заказа дают сетевой график и первичный сумматор (блок обобщенных пока­ зателей выработки и простоев). По ходу календарного времени вычислительная машина путем световой или механической инди­ кации указывает заданное значение по всем линиям работ на данный момент времени. Аналогично отражается на графике и фактическая информация. Сопоставление ее с плановой позво­ лит диспетчеру (начальнику смены) принимать оперативные ре­ шения по коррекции работ (по переброске рабочей силы и обо­ рудования, снабжению материалами, производству ремонтных работ и т. п.). Место воздействия при этом определяется по се­ тевому графику, по блокам БПФИ и сумматору, на которых фиксируются простои, планируемый и фактический ритм рабо­ ты, формируются сигналы тревоги, а двусторонняя связь с уча­ стками цеха и смежными цехами-поставщиками и службами предприятия осуществляется с помощью соответствующих блоков.

Более целесообразным может быть признано отражать ин­ формацию на всех индикаторных табло не по двум линиям — линии плана и линии факта (как изложено выше), а сразу в виде отклонений или в комбинированном виде — как план и отклонение.

Обобщенные показатели (планируемые и фактические) вы­ полнения заказа в еще более сжатом объеме выводятся на вто-

ричный сумматор, установленный в кабинете центральной дис­ петчерской или в кабинете директора предприятия.

При реализации системы необходимо учитывать ее громозд­ кость, поэтому следует стремиться к максимальному использо­ ванию серийно изготовляемых устройств. Многое можно заим­ ствовать из систем, предназначенных для оперативного управления основным производством, для контроля и учета хо­ да производства. Это, например, система НЭВЗ, разработанная для Новочеркасского электровагоностроительного завода, анало­ гичная по идее система «Р-Г», нашедшая еще раньше распрост­ ранение, а также системы УПИ-1, АКРО-3, «Сигнал», «Ритм-1», КДС-СП, «Эксперт-2», созданные позже и более близкие к си­ стеме ИАСП. Заслуживают внимания системы АСУ-МТЗ (на Минском тракторном заводе) и «Львов» (на Львовском телеви­ зорном заводе), а также управляющие системы-советчики ти­ па УСС и системы типа «Время», разработанные в НИИТракторосельхозмаше. Заметим, что в большинстве систем исполь­ зуется вычислительная машина «Минск-22».

Многообещающим представляется использование для авто­ матизации контроля управляющей электронной вычислительной машины, имеющей универсальную структуру команд, обеспечи­ вающих реализацию любого алгоритма контроля, оперативную и долговременную память, набор аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, высокую надежность и развитую систему самоконтроля. Таким требованиям удовлетворяют ма­ шины УМШН «Днепр», «Днепр-2» и КВМ-1.

Использование ИАСП в производстве ведет к существенным изменениям организационного и психологического характера. А это означает, что при разработке и внедрении ее необходимо предусматривать постепенное привыкание управленческого пер­ сонала и рабочих к новым методам контроля и управления.

Комплексная автоматизация сварочных процессов. Разра­ ботка систем автоматического регулирования режима и систем автоматической ориентации электрода относительно сваривае­ мого изделия привели к необходимости создания комплексных систем автоматизации сварочного процесса [49]. Развитие этой идеи дает схему комплексной системы автоматизации управле­ ния процессом дуговой сварки, представляющей собой объедине­ ние систем ориентации, систем регулирования режима дуги и вычислительных и логических устройств [56]. Предполагается, что такой комплекс позволит получить оптимальный режим ра­ боты сварочного оборудования, а в результате — сварное соеди­ нение заданного качества.

Система комплексной автоматизации процесса дуговой сварки показана на рис. 37. Она представляет собой комплекс следящих систем, обеспечивающих заданную пространственную ориентацию сварочного электрода относительно свариваемого

изделия, и систем регулирования режима сварки, содержащих элементы самонастройки.

Основная следящая система СС1 контролирует с помощью датчика Д1 положение стыка в поперечном направлении х и устанавливает на него сварочную головку ГС. При небольшом уходе стыка в сторону датчик (если допустимо его расположе­ ние впереди головки) может быть жестко связан со сварочной

—*

ЗУ ПУ

е

УП

Рис. 37. Функциональная схема системы комплексной авто­ матизации процесса дуговой сварки

головкой, которая и является нагрузкой системы СС1. Однако при этом имеется методическая ошибка, так как датчик отстоит

необходимое смещение сварочной головки. В сдвоенной следя­ щей системе из-за ее сложности ошибка слежения также может быть достаточно высока. Минимальна эта ошибка только в такой системе, у которой датчик, контролирующий положение стыка, находится непосредственно в зоне дуги. Однако датчики такого типа практически пока не созданы.

Следящая система СС2 с датчиком Д2 контролирует поло­ жение сварочной головки относительно изделия по вертикали и поддерживает заданный вылет электрода, облегчая тем самым работу других систем, предназначенных непосредственно для ре­ гулирования режима сварки.

Помимо систем СС1 и СС2 при сварке изделий сложной объемной конфигурации может возникнуть необходимость в до­ полнении к комплексу еще одной системы для автоматической ориентации электрода по третьему параметру — заданному углу наклона к поверхности.

Контроль проплавлення в рассматриваемой системе осущест­ вляется датчиком Д5. Сформированный им сигнал подается на усилитель-преобразователь УП, а затем после соответствующей обработки через логическое устройство ЛУ поступает в виде некоторого корректирующего воздействия в один или группу

По характеру корректирующие воздействия могут представлять собой либо электрические сигналы (и тогда подаются, напри­ мер, на сумматоры С2-С4), либо механические воздействия (и тогда подаются через регуляторы непосредственно на руко­ ятки уставок).

Логическое устройство на основании информации о ходе про­ цесса сварки, о состоянии его параметров, о качестве проплав­

канал, наиболее целесообразный в данный момент для коррек­ тирования. Алгоритм для ЛУ может быть установлен на основе анализа технологического процесса и на базе статистических сведений. Предполагается, что он может быть сведен к отыска­ нию всего лишь двух каналов, требующих вмешательства, — грубого и точного, и к нахождению оптимального закона изме­ нения воздействий по этим каналам (непрерывные и импульс­ ные, соотношения между ними, последовательность воздей­ ствий и т. п.). В частном случае может быть осуществлена си­

и СС4. Одна из них перемещает датчик Д5 по горизонту, другая по вертикали. Синхронизм с движением сварочной головки обес­ печивается датчиками ДЗ и Д4, в качестве которых можно ис­ пользовать сельсины или потенциометры.

Дальнейшее совершенствование регулирования режима свар­ ки следует вести в направлении создания самонастраивающих-

ся систем, самоорганизующихся систем (т. е. самоприспосабли­ вающихся систем с контролируемыми изменениями не только параметров и управляющих воздействий, но и с самоизменением структуры), а затем и систем самоалгоритмизирующихся (т. е. систем, в которых самоизменяться может и сам алгоритм управ­ ления). Основной трудностью при этом долго еще будет оста­ ваться объективный контроль параметров свариваемого стыка

Рис. 38. Функциональная схема самоприспосабливаю­ щейся системы регулирования дуговой сварки с оп­ тимальной моделью

и формирования сварного шва. Необходима большая исследо­ вательская работа по отысканию обобщенного критерия, по которому можно было бы объективно судить о фактическом хо­ де сварочного процесса.

Перспективна также комплексная система управления сва­ рочным процессом с оптимальной моделью, обеспечивающая

электрода и изделия подается одновременно на реальную часть системы (комплекс систем) ориентации КСО и ее оптимальную модель М. Точно также информация ед(/) о режиме сварочной дуги Д, о состоянии системы питания сварочной цепи ПС, о ха­ рактере формирования шва F(t) поступает на реальную систему (комплекс систем) регулирования режима КСР и оптимальную модель. Модель М представляет собой устройство, отражающее в каждый данный момент времени для данного конкретного из­

Включение оптимальной модели в структуру комплексной си­ стемы регулирования процесса сварки позволяет наиболее про-