6.3 Числове програмне керування (чпк) складально-зварювальним устаткуванням і зварювальними роботами

Керування складально-зварювальним устаткуванням із ЧПК, ро­ботами і РТК зварювання полягає в забезпеченні узгодженого функ­ціонування маніпуляційної системи і зварювального устаткування, а також в обміні інформацією із зовнішніми системами, виходячи з про­грами виконання операції, інформації про внутрішній стан складових частин комплексу та інформації про виробниче середовище. Під вироб­ничим середовищем тут розуміється зварюваний виріб, пристрій, в яко­му він закріплений, устаткування, що здійснює транспортні та накопи­чувальні функції, а також інші системи, в тому числі люди, які беруть участь у виробництві.

Складально-зварювальне устаткування з ЧПК і спеціалізовані ро­боти, які звичайно агрегують із модулів в основному прямолінійного переміщення, з простішими системами керування, найпридатніші до ве­ликосерійного і масового виробництва з поодинокими (до чотирьох ра­зів на рік) змінами типорозмірів зварюваних виробів. Під модулем у даному випадку розуміють функціонально завершений вузол, що має самостійне значення і забезпечує переміщення за однією чи кількома координатами. Застосування модульних маніпуляторів інструменту з двома-чотирма ступенями рухомості доцільне, якщо зварюють вироби зі швами простої форми, перш за все з прямолінійними і круговими шва­ми, особливо в тих випадках, коли ці шви можуть бути орієнтованими вздовж напрямних.

Універсальні зварювальні роботи — це роботи, що мають 5—6 сту­пенів рухомості, оснащені функціонально гнучкими системами керу­вання. Найповніше вони виявляють свої властивості при багатономен­клатурному виробництві з частою зміною зварюваних деталей, тобто якщо функціональна гнучкість робота справді потрібна.

За п'ятьох і більше ступенів рухомості модульні роботи звичайно поступаються універсальним щодо металомісткості, точності, швидко­дії, естетики зовнішнього вигляду.

За визначенням стандартів більшості країн до роботів належать ма­ніпулятори тільки з цифровим (числовим) керуванням, за якого про­грама роботи робота задається в числовому вигляді, а фактичні перемі­щення ланок вимірюються за допомогою розглянутих вище датчиків положення. За вітчизняними стандартами роботи можуть мати і циклове керування.

Для спеціалізованих зварювальних роботів та іншого устаткування з цикловим і числовим програмним керуванням доцільно застосову­вати загальнопромислові пристрої ЦПК та ЧПК, які серійно випуска­ють, що дає змогу:

а) відмовитись від розробки додаткових пристроїв і їхніх модифіка­цій, які призначено для зварювальних операцій;

б) використовувати серійні, відносно недорогі пристрої ЦПК і ЧПК, освоєні експлуатаційними службами підприємств і забезпечені централізованим сервісом і запасними частинами;

в) зробити простішим у цілому процес впровадження зварювального устаткування з програмним керуванням.

Разом з тим такий підхід має істотні недоліки:

1. надмірність серійних пристроїв ЧПК (наприклад, за точністю відпрацювання, кількістю допоміжних команд) і їхню недостатність у деяких випадках за кількістю керованих рухомостей і можливістю віль­ного керування параметрами процесу зварювання;

2. обмежені можливості пристроїв ЧПК, що випускаються для авто­матизації обробки різанням, по нарощуванню системи керування засо­бами геометричної і технологічної адаптації для зварювання;

3. неоптимальність мовних засобів програмування пристроїв керу­вання іншими технологічними процесами при застосуванні їх для керу­вання зварювальними процесами.

Пристрій цифрового програмного керування УЦМ-100 призначено для керування маніпуляторами з позиціюванням по упорах, а також для керування технологічним устаткуванням.

Елементна база — ВІС мікропроцесорного набору КР580.

Кількість дискретних виходів (типу 100 В, 0,5 А або 24 В, 2 А) керу­вання приводами устаткування — до 64 одного або іншого типу, або ж 16 одного і 48 другого типу. Кількість дискретних виходів (24 В, 100 мА) керування безконтактною автоматикою — до 16. Кількість дискретних входів сигналів (24 В, 10 мА) з датчиків стану устаткування — до 96.

Обсяг пам'яті для розміщення керуючої програми споживача — не менш як 2 кБайт; кількість циклів перезаписування керуючої програми 104. Кількість керованих ланок — до 16 (один або кілька маніпулято­рів). Кількість точок позиціювання кожної ланки — до 8.

Режим роботи: «Автоматичний» (багаторазове виконання робочого циклу програми споживача); «Цикл» — одноразове виконання робо­чого циклу; «Кадр» — виконання одного кадру програми; «Команда» — послідовне виконання команд, що складають кадр; «Ручний» — керу­вання ланками і механізмами технологічного устаткування вручну.

Носій програмного забезпечення — ВІС ППЗП із ультрафіолето­вим стиранням.

Пристрій УЦМ-100 містить блоки обробки логічної інформації, дже­рела живлення датчиків, кіл керування приводами, потужні вихідні ключі постійного і змінного струму, Основу логічного блоку складає контролер (рисунок 6.7). Зв'язок між модулями контролера здійснюється за внутрішнім інтерфейсом, яким використано системний інтерфейс ВІС мікро­процесорного набору КР580. Конструктивно цей інтерфейс виконано у вигляді генмонтажної плати. Обробка логічної інформації і формування сигналів інтерфейса здійснюється модулем мікроЕОМ. На даному модулі розміщено і канал зв'язку з ЕОМ верхнього рівня а також комутаційні поля для вми­кання входів і виходів керованого устаткування.

Конструктивно блок керування (БК) виконано у вигляді підлогової стійки блочного виконання. Стійка складається з двох блоків: логічного і живлення.

1 — внутрішній інтерфейс пристрою УЦМ-100; 2 — модуль мікроЕОМ; 3 — модуль перепрограмовуваного запам'ятаючого пристрою (ППЗП); 4...6 — модулі зв'язку, введення і виве­дення відповідно; 7 — зв'язок із ЕОМ верхнього рівня за допо­могою каналу ІРПС; 8 — канали і РПС для зв'язку з терміналь­ними пристроями; 9 — слабкострумові сигнали для керування елементами безконтактної автоматики; 10 — сигнали від датчи­ків РТК; 11 — сигнали керування РТК

Рисунок 6.7 – Структура пристрою циклового програмного керування УЦМ-100

Модуль ППЗП зберігає керуючі програми споживача. Модуль зв'яз­ку призначено для спряження ПК із виносними пультами, а також для видавання команд керування безконтактною автоматикою. Модуль вве­дення приймає дискретні сигнали про стан датчиків обслуговуваного устаткування. Модуль виведення забезпечує формування і видавання дискретних команд на привод керованого устаткування. Тип і кількість модулів виведення визначаються виконанням пристрою.

До складу комплекту ПЦМ-100 входять також програматор (ПРГ), пульт ручного керування (ПРК) і пульт інженерний (ПІ). ПІ вмикаєть­ся до внутрішньосистемного інтерфейса контролера БК або до внутріш­ньосистемного інтерфейса ПРГ, ПРК або іншого ПІ на час проведення діагностики або налагодження.

Пристрій числового програмного керування 2Р32 призначено для керування устаткуванням із трьома ступенями рухомості, до того ж за лінійної інтерполяції кількість одночасно керованих координат дорів­нює трьом, а за кругової — двом. Пристрій побудовано на базі мікроЕОМ (рисунок 6.8).

Обсяг пам'яті для керуючих програм 4 кБайт. Введення програми можливе з клавіатури ПЧПК, із перфострічки зовнішнього фотозчитувача і по каналу зв'язку з ЕОМ.

Для керування приводами в ПЧПК формується аналоговий сиг­нал—10...+10 В. Передбачено формування для кожної з координат сигналу «Аварійне розузгодження».

Як датчики зворотного зв'язку (ДЗЗ) можуть використовуватись інкрементні фотоелектричні перетворювачі BE-178 або індуктивні пе­ретворювачі ВТМ-1Г (обертовий трансформатор) чи ПИЛПІ-А2 (індук­тосин) залежно від виконання пристрою.

1 — пульт навчання; 2 — вузол зв'язку з обчислювачем; З, 4 — блоки клавіатури і індикації відповідно; 5 — послідовний інтерфейс; 6 — фотозчитуючий пристрій; 7 — перфоратор ПЛ-150; 8 — ЕОМ верхнього рівня; 9 — блок обчислювача; 10 — інтерфейс пульту навчання; 11 — оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП); 12 — перепрограмову-ваний запам'ятовуючий пристрій (ППЗП); ІЗ — мікроЕОМ; 14 — інтерфейс; 15 — інтерфейс ЕОМ верхнього рівня; 16 — загальна ши­на; 17, 18 — модуль введення-виведення; 19 — зв'язок із датчиками зворотного зв'язку (ДЗЗ); 20 — цифро-аналоговий перетворювач; 21, 22 — каналії зв'язку з датчиками ДЗЗ і з підсилювачами приводів відповідно

Рисунок 6.8 – Структура пристрою числового програмного керування 2Р32

Максимальне переміщення, яке програмується в одному кадрі, ста­новить 9999,999 мм. Геометрична інформація задається в одиницях дис­кретності, що дорівнюють 0,01 або 0,001 мм. Максимальна швидкість маршевих переміщень становить 10000 мм/хв (167 мм/с). Передбачене урахування люфтів за реверсу. Люфт за кожною координатою зада­ється константами.

Конструктивно ПЧПК 2Р32 складається з блока обчислювача і пульта навчання і з'єднується за потребою з фотозчитувальним пристроєм «Консул», стрічковим перфоратором ПЛ150 і ЕОМ верх­нього рівня.

Стосовно до маніпуляторів роботів, які є розімкненими багатоланковиками, що складаються з 5—6 послідовно з'єднаних рухомих ланок, завдання числового програмного керування, особливо контурного, іс­тотно ускладнюється. Під час керування роботами і РТК для зварюван­ня істотну частку обчислень складають перетворення координат мані­пуляторів роботів.

Поняття про інтерполяцію під час керування роботами. Потреба ін­терполяції пов'язана з тим, що в програмі роботи робота задано коорди­нати лише так званих вузлових точок, тобто таких, у яких відбувається зміна форми траєкторії руху, зупинка, переорієнтація робочого органу, зміна параметрів процесу зварювання, подавання будь-яких команд тощо.

а – лінійна інтерполяція, б – кругова інтерполяція

Рисунок 6.9 – Лінійна і кругова інтерполяція під час керування зварювальними роботами

Інтерполяція дає змогу визначити всі проміжні точки траєкторії, що розміщені між вузловими точками, і провести декомпозицію (розподіл) вектора швидкості за окремими узагальненими координатами.

Розрізняють інтерполяцію лінійну, кругову, параболічну, полі­номами різних ступенів, інтерполяцію сплайн-функціями. У загально­му випадку лінійна інтерполяція — це рівномірна зміна значень коор­динат у тій чи іншій координатній системі. Оскільки більшість швів мають прямолінійну або кругову форму, у зварювальних роботах най­частіше застосовують лінійну і кругову інтерполяцію в базовій системі координат.

За лінійної інтерполяції потрібно задати координати точки зварю­вання і орієнтацію пальника на початку і в кінці прямолінійної ділян­ки шва. Під час виконання шва точка зварювання буде переміщуватись по прямій із постійною швидкістю, а орієнтація пальника при цьому буде рівномірно змінюватись у базовій системі координат від заданої у початковій точці до заданої у кінцевій точці (рисунок 6.9, а).

Якщо орієнтацію пальника хочуть зберегти постійною, то задають її однаковою у початковій і кінцевій точках.

За кругової інтерполяції потрібно задати три точки на дузі кола: по одній на початку і в кінці дуги і одну десь у середній частині дуги кола (рисунок 6.9, б).

Сучасні системи керування промисловими роботами є мікропроце­сорними керуючими пристроями, побудованими за ієрархічним прин­ципом. На верхньому рівні керування здійснюється розрахунок траєк­торії руху робочого органу, формування команд, що керують рухом ланок робота, логічна обробка інформаціївід периферійних пристроїв РТК, діалоговий режим роботи оператора через відеотермінальний при­стрій, обмін інформацією з ЕОМ верхнього рівня та зовнішнім програ­моносієм, керування роботом через пульт ручного керування, діагнос­тика роботи системи, калібрування координат ланок.

Нижній рівень керування використовується для розв'язку завдання керування рухом ланок і параметрами процесу зварювання відповідно до програми, що надходить від верхнього рівня (рисунок 6.10).

Зв'язок між процесорами, що реалізують функції верхнього і ниж­нього рівнів керування, може здійснюватись через загальну пам'ять (системи із загальною пам'яттю) або через системну магістраль (роз­поділені системи). Прикладом системи із загальною пам'яттю є вітчиз­няна система МПСУ робота СУР МС (рисунок 6.11), в якій обмін даними між процесорними модулями 8, 10, 11, 12 відбувається по таймеру че­рез спільну пам'ять, що розміщена в модулі 8.

Структура розподілених систем може мати одну загальну системну магістраль, як у вітчизняній системі «Прогрес 1-8» (рисунок 6.12), або кіль­ка системних магістралей, що взаємодіють через модуль зв'язку.

Рисунок 6.10 – Узагальнена структурно-функціональна схема керу­вання РТК для дугового зварювання

1 — пульт навчання; 2 — дисплей; З — проце­сорний модуль пульту навчання; 4 — модуль дисплея; 5 — модуль пульту системи; 6 — модуль пам'яті; 7 — касетний нагромаджувач на магніт­ній стрічці: 8 — модуль центрального процесора із загальною пам'яттю; 9 — модуль введення-виведення; 10...12 — процесорний модуль приводів, розрахунку траєкторії і зварювального устатку­вання відповідно; 13 — модуль привода; 14...16₁...₇, 17₁...₇, 18 — канали зв'язку з технологічним устаткуванням, із двигунами координат, з дат­чиками координат із зварюваним обладнанням від­повідно

Р исунок 6.11 – Структура системи керування МПСУ робота для дугового зварювання СУР 25

1— пульт навчання; 2 — центральний процесор; 3 — модуль головної пам'яті; 4 — арифметичний універсальний процесор; 5 — процесор пере­рахунку координат; 6, 7 — модулі дискретних виходів і входів відповід­но; 8 — плата перехідна; 9 — пульт керування; 10 — канал зв'язку з ЕОМ верхнього рівня; 11, 12 — канали зв'язку з технологічним устаткуванням; 13 — системна магістраль; 14 — модуль зв'язку з датчиками координат; 15_1...8 — контролери керування приводами; 16_1...8 — модулі керування при­водами; 17_1...8 — канали зв'язку з двигунами координат; 18 — модуль зв'язку з датчиками адаптації; 19, 20 — канали зв'язку з датчиками коор­динат і датчиками адаптації відповідно

Рисунок 6.12 – Структура системи керування «Прогрес 1-8» робота ТУР-10 KM

Контрольні питання до розділу 6.

1. Яка автоматизація називається гнучкою?

2. Дайте класифікацію системи програмного керування маніпуляторами.

3. Дайте характеристику системам числового програмного керування (ЧПК).

4. Що називається роботозацією зварювального виробництва?

5. Які функції виконують маніпулятори у зварювальному процесі? Які датчики використовуються за контролем положення деталей?