Система автоматического управления процессом сварки

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт.св. № 1107975, отличающаяся тем, что, С целью повышение точности регулирования параметров сварочного процесса, она снабжена шестью дополнительными корректирующими усилителями и сумматором, причем прямой вход сумматора подключен к выходу модели системы источник питания - дуга - сварочный шов, его инверсный вход - к выходу системы источник питания - дуга - сварочный шов, а выход сумматора подключен через соответствующие дополнительные корректирующие усилители к входам сумматоров модели источника питания, модели дуги , модели изменения глубины проплавления , модели изменения ширины шва, модели изменения высоты усиления и модели изменения ширины обратной д стороны шва.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1 (19) 01) (59 4

Щ = л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1107975 (21) 3678621/25-27 (22) 23.12.83 (46) 23.12.85 ° Бюл. У 47 (72) Н.Г. Тупиков, $,Í. Акимов, В.В. Подсевалов, A,Â. Лукашенков и Ю.Г. Грибков (53) 621.791,75 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 1107975, кл. В 23 К 9/10, 1983. . (54)(57)СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт.св.

У 1107975, отличающаяся тем, что, с целью повышение точнос-. ти регулирования параметров сварочного процесса, она снабжена шестью дополнительными корректирующими усилителями и сумматором, причем прямой вход сумматора подключен к выходу модели системы источник питания — дуга — сварочный шов, его инверсный вход — к выходу системы источник пи- . тания — дуга — сварочный шов, а выход сумматора подключен через соответствующие дополнительные корректирующие усилители к входам сумматоров модели источника питания, модели дуги, модели изменения глубины проплавления, модели изменения ширины шва, модели изменения высоты усиления и модели изменения ширины обратной стороны шва.

4 1

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, в частности к системам автоматического управления процессом сварки.

По основному авт.св. N - 1107975 известна система автоматичеокого управления процессом сварки, содержащая регулятор напряжения холостого хода, привод подачи электрода и привод изменения скорости сварки, системы источник питания — дуга — сварной шов и модели этой системы, цепь обратной связи по всем параметрам сварочного процесса и коррекцию параметров модели системы. источник питания — дуга — сварной шов (I j.

Недостатком известной системы является невысокая точность регулирования параметров, особенно при сварЮ ке с систематическими короткими замыканиями.

Цель изобретения — повьш ение точ. ности регулирования параметров сварочного процесса.

Сущностью изобретения является повьппение соответствия параметров модели параметрам реальной системы источник питания — дуга — сварной шов за счет введения в модель информации о величине сварочного тока.

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического управления процессом сварки снабжена шестью дополнительными корректирующими усилителями и сумматором, причем прямой вход сумматора подключен к выходу.модели системы источник питания " дугасварной шов, инверсный — к выходу системы источник питания — дуга— сварной шов, а выход сумматора подключен к входам корректирующих усилителей, выход первого корректирую. щего усилителя подключен к модели источника питания, второго — к модели дуги, третьего — к модели изменения глубины проплавления, четвертого — к модели изменения ширины шва, пятого — к модели изменения высоты усиления, шестого — к модели изменения ширины обратной стороны шва.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления процессом сварки.

Система состоит из привода подачи электрода, привода 2 изменения скорости сварки, регулятора 3 напряжения холостого хода, системы 4 источник питания — дуга — сварной

199519 2 шов, модели 5 системы источник пи.тания — дуга — сварной шов, состоящий из моделей источника питания, образованной блоком 6 н сумматором

7, модели дуги, образованной блоками 8-10 и сумматором ll модели капли расплавленного металла, образованной блоками 12 и 13 и сумматором

14, модели вылета электрода, образо10 ванной блоками 15-18, сумматорами

19 и 20 и инвертором 21, модели 22 привода изменения скорости сварки, модели 23 привода подачи электрода, модели изменения глубины проплавления, образованной блоками 24 и 25 и сумматором 26, модели изменения ширины шва, образованной блоками 27 и 28 и сумматором 29, модели изменения высоты усиления, образованной

Zp блоками 30 и 31 и сумматором 32, модели изменения ширины обратной стороны шва, образованной блоками 33 и

34 и сумматором 35, двенадцати корректирующих усилителей 36-41, шести

25 узлов 42-47 задания, девяти сумматоров 48-55, интегратора 56, усилителя 57, восемнадцати усилителей 5875 с переменным коэффициентом уси- ления и трех суммирующих устройств

76-78, корректирующих усилителей 7984, сумматора 85.

Система автоматического управления процессом сварки работает следующим образом.

В модели 5 моделируются процессы, протекающие при сварке в источнике питания, дуге, вылете электрода, приводе подачи электрода и приводе изменения скорости сварки, а также в

4О сварочной ванне в процессе формирования сварного щва. Передаточные функции звеньев модели имеют следующий вид:

45 Кпс Rhин . Rcr P

6 . В псР

Т Pt1 13 Т» Р 1

8 6

<5 тр« «ТРм

К*с . 1 К К

;д; g гH гт

T„P<1 S P 24 т р+1 25 Г Р+1

К К шн . „wr Кдн, Кут

2 7 Р

+1 3 1„Р+1 Т Pt1 31 T Р+1 и П

3 1199519 4 о» от второго суммиру>.,его устройства 77

Ф вЂ” Ю= „р TT„P+l на привод изменения Ч е, третьего

78 — на привод подачи. электрода. где K„ — коэффициенты питающей се- Коэффициенты обратной связи, т.е. ти по напряжению; коэффициенты усиления усилителей 58,>2 — динамическое и статичес- 75, рассчитываются по известной меАин > кое сопротивление дуги; тодике,.исходя иэ математического

К, К,„ — коэффициенты глубины про" описания модели сварочного процесса плавления по току и нап- и выбранного критерия -качества. В ряжению; 10 качестве критерии качества выбран

К „, К „ — коэффициенты ширины шва по интегральный квадратичный кРитеРий току и напряжению; вида у,> K о фф ц е усиле

CO ния шва по току и напря- 1 Гчт -е х Цйх(1)+О (а)й и(Ц,И ()

Т„,В,Т„,Те — постоянные времени питающей сети, дуги, сварочной где X=(Ice, Н, В, ванны, капли расплавлен- . m n U ) — вектор состояния систеного металла (определяет- мы источник питания-руся частотой переноса ка- 20 ra-сварной шов

Ю пель) и вылета электрода 0 0xx>× Е>Ч„>) — вектор управляющих пе(определяется теплоем- ременных;

К К костью вылета); U, Y, V — напряжение холостого

xõ се пе

К „ — коэффициенты саморегулихода, скорость сварки и рования по току через по- 25 ° скорость подачи электдогрев вылета электрода и рода соответственно

Ф по длине вылета электро- Q u R — матрицы, накладывающие да; штраф на отклонения соК т т > к т и к о э фф и ц и е н т ы с а м о р е г ул и р о ответствующих координат вания по току и напряже- 30 состояния от заданных нию; значений;

К„ — коэффициент изменения выТ вЂ” знак транспортирования. лета электрода по скорос- В результате такого синтеза обратти сварки. ной связи и исходя иэ условия оптиНа выходах моделей формируются 35 мальности (т.е. обеспечение минимума сигналы, пропорциональные току свар. критерию качества (1)) система авки I, глубине проплавления Н, ши- томатического управления будет не рине шва В, высоте усиления ш и ши- только устойчива» но и обеспечивает рине обратной стороны шва и. Напря- минимальные отклонения регулируемых жение Ha ne U и ток сварки I 40 параметров (>., U, Н, В, ш, n ) от измеряется непосредственно в процес- заданных значений. Выбор в качестве се сварки. Н, В, m, и, ? и 0 яв- Регулируемых параметров напряжения ляются координатами состояния сва- на дуге, тока сварки, глубины пропрочного процесса и отражают динами- лавления, ширины шва, высоты усиле" ческие и статические процессы, про- 45 ния и ширины обратной стороны шва текающие при сварке, Выходы модели объясняется тем,что чем меньше будет

5 подключены к соответствующим уси- отклонение указанных величин от эалителям с переменными коэффициента- данных значений, тем выше будет ками усиления. чество сварных соединений. Кроме тоУсилители 58-75 и суммирующие 50 го, учитываются динамические свойст" устройства 76-78 образуют обратную ва приводов подачи электрода и измесвязь по напряжению на дуге, току нение скорости сварки. сварки, глубине проплавления, шири- Заданные значения регулируемых не шва, высоте усиления и ширине об- величин формируются s узлах 42-47 ратной стороны шва, причем сигнал уп-55 задания и сигналы рассогласования с

Равления с первого суммирующего уст- сумматоров 48"53 подаются на соответ ройства 76 подается на регулятор изме- ствующие усилители с переменным коэф« нения напряжения холостого хода, с фициентом усиления.

5 ll

Сигнал управления на изменение напряжения холостого хода формируется с помощьш усилителей 58, 61, 64, 67, 70, 73 и суммирующего устройства 76 по следующему закону:

yg(5880)+ K61Cl Н 6 а В+ Кр Qm+ K7îg5+

73 сб

99519 б

U и тока сварки I отражает изменение характеристик системы 4 источник питания — дуга — сварной шов и служит информацией для коррекции па5,раметров модели 5. Сигналы коррек,ции формируются на выходах восьмого

55 и девятого 85 сумматоров как разности напряжения на дуге и тока сварки, измеряемых на выходе системы 4

10 источник питания — дуга — сварной и подается одновременно на регулятор изменения напряжения холостого хода и модель источника питания. Здесь дУр р DH ЙВ dm pn ЛХ S оТК310 нения параметров от заданных значений, Сигнал управления на изменение скорости сварки формируется с помощью усилителей 59, 62, 65, 68, 71, 74 и суммирующего устройства 77 по закону

62 Н 65 68

К74 ср и подается одновременно на привод изменения скорости сварки и модель привода изменения скорости сварки.22.

Сигнал управления на изменение скорости подачи электрода формируется с помощью усилителей 60, 63, 66, 69, 72, 75 и суммирующего устройства 78 по закону

0 = К ь0 + К ЛН+ 1<6<46+y6>am+ k в+ цпэ бо ф 63 6Й 6э 72

76 |сь и подается одновременно на привод

1 подачи электрода и модель 23 привода подачи электрода.

В результате любое отклонение тока сварки, напряжения на дуге, глубины проплавления, ширины шва, высоты усиления или ширины обратной стороны шва будет компенсировано с помощью обратной связи управлением скоростью подачи электрода V, V и изменением напряжения холостого хода, т.е. параметры I q, U, Н, В, m, n будут постоянны в процессе сварки, что позволит получать высококачественные сварные соединения.

Коррекция параметров модели системы источник питания — дуга — сварной шов осуществляется с помощью корректирующих усилителей 36-41 и

79-84 по изменению напряжения на дуге и тока сварки. Изменение мгновенных значений, напряжения на дуге.35

55 шов и получаемых в модели 5. В результате модель 5 будет подстраиваться в процессе сварки при изменении внешних условий и действии помех на систему 4.

Для ликвидации статической ошибки в процессе регулирования в систему вводится интегральная составляющая отклонения выходного сигнала объекта управления (в данном случае напряжения на дуге) от сигнала-задания. Эта составляющая формируется с помощью интегратора 56, усилителя

Ф

57 с коэффициентом усиления, равным постоянной времени объекта управления. Этим сигналом компенсируется статическая ошибка и она будет рав на нулю независимо от характера действующих на объект управления возмущений.

В качестве базового образца принят сварочной робот модели 111А. Робот оснащен системой автоматического регулирования напряжения на дуге.

Недостатком этой системы является низкая точность регулирования выходных параметров сварки, невысокое быстродействие, определяемое периодом сетевого напряжения, низкие динамические свойства системы, позволяющие отрабатывать только медленно изменяющиеся переходные процессы, невозмож. ность регулирования мгновенных значений тока в сварной цепи и параметров шва, Применение изобретения позволит повысить точность регулирования выходных параметров сварочного процесса и быстродействие регулирования.

Использование в контуре обратной связи всех параметров состояния позволяет исключить перенапряжение на различных элементах схемы и перегрузки по току и, как следствие, значительно. улучшить качество сварных сое. динений.

1199519

Составитель А. Сушкин

Техред Л.Мартяшова Корректор О. Луговая

Редактор E. Папп

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7768/16 Тираж 1085 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5