4.7 Застосування еом для керування процесом епз

У зв'язку з інтенсивним розвитком мікропроцесорної техніки ло­кальні аналогові регулятори (див. 4.2—4.6) заміняють цифровими. Пристрої програмного керування як окремими параметрами ЕПЗ, так і всією установкою та централізованого контролю його роботи вже зараз виконуються цифровими, часто на основі ЕОМ (див., на­приклад, блок БК1 на рисунку 4.3).

Основні переваги автоматичних систем керування ЕПЗ на базі ЕОМ порівняно з ручним керуванням і застосуванням локальних ана­логових пристроїв керування такі:

1. Підвищення точності задавання і повторюваності режимів зва­рювання внаслідок цифрової форми задавання режимів і координат зварного шва.

2. Можливість програмного керування процесом: пуск, зупинка» програмна зміна режиму під час зварювання та ін.

3. Легкість перебудови режимів і програм роботи, яка зводиться до простого вибору відповідного номера програми із бібліотеки про­грам, записаних у пам'яті машини.

4. Централізований цифровий контроль технологічних параме­трів, що забезпечують перехід від застосування багаточисленних, паралельно працюючих, аналогових показуючих приладів до обмеже­ної кількості цифрових індикаторів і пристроїв сигналізації відхи­лень параметрів від норми.

5. Контроль стану устаткування і прогнозування надійності його роботи. Ці дані дають змогу уникнути надто частих профілактичних оглядів обладнання і заміни ще працездатних катодів електронно-про­меневих гармат, а також зменшити ймовірність відмовлень обладнання під час зварювання, що могло б призвести до несправного браку виробу.

6. Адаптивне керування з розрахуванням корекції уставок режиму зварювання для компенсації спрацювання обладнання (зміни емітуючої здатності катода, зміни геометрії оптики гармати після її переби­рання або заміни катода та ін.), коливань напруги мережі, вакууму, температури зварюваного виробу тощо.

7. Розрахунок техніко-економічних показників процесу і автома­тичне випускання технологічної документації на виконуваний звар­ний шов.

8. Оптимізація процесу ЕПЗ за якістю з'єднання і продуктивності процесу.

9. Автоматичне введення даних про процес ЕОМ більш високого рангу (цехові, загальнозаводські).

Структура системи керування. Система керування (рисунок 4.29) відповідає блоку БК1 (див. рисунок 4.3). МікроЕОМ у даній системі пра­цює в режимі супервізорного керування параметрами режиму зварю­вання, тобто задає уставки, а локальні аналогові регулятори стабілі зують ці параметри. Крім цього, ЕОМ здійснює пряме цифрове керу­вання виконавчими механізмами електронно-променевої установки.

Система керування містить мікроЕОМ, пульт оператора-технолога, пристрій відображення знакоцифрової інформації (дисплей), прис­трій для друкування і пристрій зв'язку з об'єктом (ПЗО). У системі може бути застосована мікроЕОМ «Електроніка-60», добре пристосо­вана для використання в автоматичних комплексах керування малої і середньої складності. Вона має малі габаритні розміри (520X380X X100 мм) разом із джерелом живлення (за високої продуктивності 250 тис. операцій за секунду).

Р исунок 4.29 – Структура системи керування електронно-променевою зварюваль­ною установкою із застосуванням мікроЕОМ

Пульт оператора — це панель із набором клавішів і перемикачів. Він дає змогу вручну ввести в цифровому вигляді значення уставок параметрів режиму, координати зварювального стику, оперативно перевірити і змінити програму роботи ЕОМ, здійснити пуск із будь-якої ділянки програми, зупинку та ін.

Оперативна інформація про процес, найважливіші поточні пара­метри режиму зварювання відображаються на знакоцифровому дис­плеї. За командами пульту на дисплей можна ввести інформацію про будь-які інші параметри установки або зміст будь-якої ділянки па­м'яті ЕОМ при перевірці та оперативному коректуванні програм роботи системи.

Інформація про процес зварювання реєструється за

допомогою пристрою для друкування. Друкується протокол процесу зварювання: дата і час зварювання, номер і тип виробу, прізвище оператора, пара­метри режиму зварювання, відхилення від нормального ходу техно­логічного процесу та ін.

Пристрій зв'язку із об'єктом призначений для двобічного обміну інформацією між зварювальною установкою і мікроЕОМ. Цифрова ЕОМ — пристрій дискретної дії, який оперує з двійковими перемін­ними, що набувають одне із двох значень — 0 або 1. Будь-яка інфор­мація в ЕОМ подана у вигляді багаторозрядного двійкового коду. Керуючі і контролюючі змінні у зварювальній установці можуть бути аналоговими, цифровими, частотними та ін. ПЗО здійснює перетво­рення аналогової дискретної інформації, яка надходить із зварюваль­ної установки, у двійкові коди, за командами ЕОМ вибирає потрібний код і вводить його в ЕОМ. Окрім того, ПЗО приймає із ЕОМ керуючі коди, запам'ятовує їх, перетворює в електричні сигнали, придатні для керування зварювальною установкою, і подає на потрібні виконавчі пристрої.

У системі на рис. 4.29 використовують лише аналогові і дискретні сигнали. На аналогових виходах ПЗО формуються керуючі напруги 0—10 В, які використовують як уставки локальних регуляторів ЕПЗ.

У кожному з аналогових вихідних каналів міститься регістр, у якому запам'ятовуються керуючі коди, що надходять із ЕОМ. За до­помогою цифроаналогових перетворювачів ці коди перетворюються у пропорційну їм аналогову напругу. Дискретність змінювання вихід­них аналогових напруг визначається розрядністю відповідних двій­кових кодів. Наприклад, для восьмирозрядних двійкових кодів (8 бит) дістаємо 256 градацій вихідної напруги.

За допомогою вихідних аналогових сигналів система керуван­ня забезпечує задавання і програмну зміну таких параметрів: — струм променя ( = 4 мА при максимальному струмі 1024 мА); — струм бомбардування ( = 4 мА при максималь­ному струмі 128 мА); . — струм фокусування ( == 0,5 мА при максимальному струмі 1024 мА); Іх₃ — струм відхилення за координа­тою X, Іуз — струм відхилення за координатою Y; Ахз — амплітуда струму періодичного відхилення за координатою X; Ау₃ — ампліту­да струму періодичного відхилення за координатою Y.

Контрольовані аналогові параметри ЕПЗ установки надходять на аналогові входи ПЗО, де вони фільтруються і нормуються (приво­дяться до діапазону зміни 0—5 В), для узгодження з параметрами аналогового цифрового перетворювача (АЦП). Після нормування вхідні сигнали за командами ЕОМ за допомогою аналогового комута­тора почергово вмикаються до входу АЦП. Вихідний двійковий код АЦП, пропорційній аналоговій напрузі, надходить для дальшої об­робки в ЕОМ. Склад контрольованих аналогових параметрів наведено на рисунку 4.29.

Багато виконавчих пристроїв установки для ЕПЗ потребують дво-позиційного регулювання: «більше — менше», «увімкнено — вим­кнено» та ін. Для цих пристроїв потрібні дискретні сигнали керування. Канал дискретних виходів ПЗО містить регістри, з яких запам'ятову­ється інформація двопозиційного керування, що надходить із ЕОМ. Система керування формує такі дискретні сигнали (рисунок 4.29): вми­кання струму бомбардування (Вмик. І_б); вмикання прискорюючої напруги (Вмик. ); вмикання генератора періодичної розгортки елек­тронного променя (f_xy)\ вибір розгортки періодичного переміщення електронного променя (тип розгортки). Тип розгортки задається чо-тирирозрядним кодом, тобто з цією метою використовують чотири дис­кретних виходи. Чотирирозрядний код дає змогу задати один із 16 типів розгорток; крок переміщення за однією з координат вперед або назад {АХ_г — АХ; АГ_Х — АГ; AZ, — AZ).

Керуючі дискретні сигнали подають на відповідні виконавчі при­строї: регулятор струму бомбардування, джерело прискорюючої напру­ги, генератор періодичного відхилення електронного променя, блоки керування кроковими двигунами переміщення виробу (електронно-променевої гармати) за координатами X, Y, Z.

Дискретні сигнали датчиків зварювальної електронно-променевої установки надходять у канал дискретних входів ПЗО. Дискретні дат­чики формують сигнали, які мають два рівні — 0 або 1. Для контак­тів реле, кінцевих вимикачів та ін. це замикання (1) або розмикання (0). Для датчиків із електричним виходом — високий (1) або низький (0) рівень вихідної напруги. У системі керування (рисунок 4.29) аналізу­ються такі дискретні сигнали: напрямлення відхилень електронного променя від лінії стику зварюваних деталей ± , сигнал зондування зварюваного стику, стан контактів кінцевих вимикачів граничного переміщення виробу

Функціонування системи керування. Перед початком роботи си­стема керування (див. рисунок 4.29) здійснює автоматичний самоконтроль, перевіряючи за тестовою програмою справність ПЗО, ЕОМ, кіл ке­рування і контролю. Потім автоматично перевіряється справність зварювального устаткування; цілість нитки розжарення електронно-променевої гармати, справність блоку бомбардування катода, емісійна здатність катода, справність системи фокусування і відхилення елект­ронного променя. Точне суміщення електронного променя зі зварюваним стиком — одна з проблем ЕПЗ. При зварюванні по технологічних прихватках і косметичній обробці розфокусованим променем для оплавлення і згладжування поверхні зварного шва неможливо застосувати при­строї напрямлення електронного променя по стику (див. 4.6). У цьому разі застосовують програмне переміщення електронного променя по поверхні зварюваного виробу. Система керування разом із датчиком положення електронного променя щодо зварюваного стику дає змогу

автоматично формувати програму. Для цього виконується попередній навчальний прохід зварюваного стику за малого струму променя (1—2 мА у режимі автоматичного слідкування за стиком). Система автоматично, через однакові інтервали по довжині шва визначає по­точні координати стику. Щоб не запам'ятовувати надмірну кількість координат, увесь стик автоматично слід розбити на шматочно-лінійні ділянки, апроксимуючі із заданою точністю криволінійний стик. Для кожної ділянки достатньо занести у пам'ять ЕОМ координату лише кінця ділянки (вузлової точки). У дальшому процесі зварюван­ня за координатами вузлових точок ЕОМ підраховує координати усіх проміжних точок за допомогою лінійної інтерполяції. При зварюван­ні криволінійних швів система керування автоматично забезпечує постійну контурну швидкість зварювання, відповідно коректуючи швидкість переміщення за координатами X і Y.

Порівняно великий обсяг оперативної пам'яті ЕОМ дає змогу задавати програму зміни параметрів режиму зварювання практично будь-якої складності. Одночасно здійснюється допусковий контроль усіх параметрів технологічного режиму зварювання.

Режим роботи системи керування (навчальне проходження, вико­нання технологічних прихваток, косметичне проходження) задається оператором із пульта керування набиранням номера відповідної про­грами.

На рисунку 4.29 наведено найпростішу систему автоматичного керу­вання електронно-променевою зварювальною установкою. Ця система містить мінімум обладнання і добре пристосована до виробничих умов. Якщо документувати не потрібно, то можна вилучити і друкуючий пристрій. Програми роботи записуються до постійного запам'ятовую­чого пристрою системи на іншому устаткуванні або за допомогою при­строю введення з перфострічки (магнітної стрічки), тимчасово підімк-неної з цією метою до ЕОМ. Великі можливості і гнучкість роботи забезпечують універсальні керуючі мініЕОМ із розширеним комплек­том периферійного обладнання: магнітною пам'яттю на гнучких дис­ках, швидкодіючим широкоформатним пристроєм для друкування, пристроєм уведення з перфострічки, пристроєм виведення на перфо­стрічку, відеоконтрольним пристроєм уведення і виведення інформа­ції та ін. Крім керування, ЕОМ дають змогу ефективно налагоджу­вати і редагувати керуючі програми, але через складності обладнання вимагають спеціального обслуговування персоналу і менш надійні в експлуатації, особливо в умовах зварювального цеху.

Контрольні питання до розділу 4.

1. Дайте характеристику ЕПЗ зварювання як об’єкту керування.

2. Якими параметрами характеризується зварний шов при ЕПЗ?

3. Які вимоги висуваються до локальних регуляторів параметрів режиму ЕПЗ?

4. З яких елементів складається установка для ЕПЗ?

5. Які процеси відбуваються під час програмного регулювання ЕПЗ?

6. Які функції виконують локальні регулятори режимами ЕПЗ?

7. Які функції виконують програмні регулятори ЕПЗ?

8. Як здійснюється керування якістю зварного шва при ЕПЗ?

9. Які переваги САК ЕПЗ на базі ЕОМ?