Система автоматического управления процессом сварки

(19) (И ИЗОБРЕТЕНИЯ УГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССРБф 1107975, кл. В 23 К 9/10, 1983.(54)(57)СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт.св,У 1107975, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышение точнос-.ти регулирования параметров сварочного процесса, она снабжена шестью дополнительными корректирующими усилителями и сумматором, причем прямойвход сумматора подключен к выходумодели системы источник питания - дга - сварочный шов, его инверсныйвход - к выходу системы источник пи-,тания - дуга - сварочный шов, а выход сумматора подключен через соответствующие дополнительные корректирующие усилители к входам сумматоровмодели источника питания, модели дуги, модели изменения глубины проплавления, модели изменения ширины шва,модели изменения высоты усиления имодели изменения ширины обратнойстороны шва.Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, в частности к системам автоматического управления процессом сварки.По основному авт.св. У 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 1 1.Недостатком известной системы является невысокая точность регулирования параметров, особенно при сварке с систематическими короткими замыканиями.Цель изобретения - повьшение точности 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 " дуга- сварной шов, инверсный - к выходу системы источник питания - дуга - сварной шов, а выход сумматора подключен к входам корректирующих усилителей, выход первого корректирующего 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. ТР 113 Т Р 1 50 Ь 8 Т Р 1Т Р 1 с, Г К К В )Ю: - 1 1 Гн,Гт Тп 41 13 Р 24 1 Р+125 1 РНа чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления процессом сварки.Система состоит из приводаподачи электрода, привода 2 изменения скорости сварки, регулятора 3 напряжения холостого хода, системы 4 источник питания - дуга - сварной 199519 . 1шов, модели 5 системы источник пи.тания - дуга - сварной шов, состоящий из моделей источника питания,образованной блоком 6 н сумматором7, модели дуги, образованной блоками 8-О и сумматором 11, модели капли расплавленного металла, образованной блоками 12 и 13 и сумматором14, модели вылета электрода, образо О ванной блоками 15-18, сумматорами19 и 20 и инвертором 21, модели 22привода изменения скорости сварки,модели 23 привода подачи электрода,модели изменения глубины проплавле ния, образованной блоками 24 и 25и сумматором 26, модели измененияширины шва, образованной блоками 27и 28 и сумматором 29, модели изменения высоты усиления, образованной 2 О блоками 30 и 31 и сумматором 32, модели изменения ширины обратной стороны шва, образованной блоками 33 и34 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 устройств76-78, корректирующих усилителей 7984, сумматора 85.Система автоматического управления процессом сварки работает следующим образом.В модели 5 моделируются процессы,протекающие при сварке в источникепитания, дуге, вылете электрода, приводе подачи электрода и приводе изме.нения скорости сварки, а также в 4 О сварочной ванне в процессе формирования сварного щва. Передаточныефункции звеньев модели имеют следующий вид: 45 Кпс дин . 1 стРЮ,ф1 й - ; й,- пс К Кшп вт "дн, Кут2 TР+ф1 3 ТР+1 Т М 1 Г Р 1и и3 1199519 4о отвторого суммиру,его устройства 77р55 т РЗ Т Р+ на привод изменения Че,третьегои 78 - на привод подачи. электрода. где К - коэффициенты питающей се- Коэффициенты обратной связи, т.е.ти по напряжению; коэффициенты усиления усилителей 58, к - динамическое и статичес рассчитываются по известной меинкое сопротивление дуги; тодике,.исходя иэ математического К , К, - коэффициенты глубины про" описания модели сварочного процессаплавления по току и нап- и выбранного критерия -качества. Вряжению; 1 О качестве критерии качества выбран К , Кщн - коэффициенты ширины шва по интегральный квадратичный критерийтоку и напряжению; видаК , 1 д - коэффициенты высоты усилеВния шва по току и напря- . ( Гтх Цйх(1)+О й о(Ц д+Тес 9 ТТе - постоянные времени питающей сети, дуги, сварочной где Х= 1 св, Н, В,ванны, капли расплавлен- . ш и О - вектор состояния систеного металла (определяет- мы источник питания-дуся частотой переноса ка га-сварной шовМпель) и вылета электрода О 00,Ч Ч- вектор управляющих пе(определяется теплоем- ременных; К Ккостью вылета); 0 , Ч , Ч - напряжение холостогохх се пеетК е - коэффициенты саморегулиходау скорость сварки ирования по току через по скорость подачи электдогрев вылета электрода и рода соответственноФпо длине вылета электро- Я и Р - матрицы, накладывающиеда; штраф на отклонения соКттК т и коэффициенты саморегулиро- ответствующих координатвания по току и напряже- состояния от заданныхнию; значений;К,с- коэффициент изменения вы- Т - знак транспортирования.лета электрода по скорос- В результате такого синтеза обратти сварки. ной связи и исходя иэ условия оптиНа выходах моделей формируются З 5 мальности (т.е. обеспечение минимума сигналы, пропорциональные току свар. критерию качества (1 система авки 1 , 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 на дуге О и ток сварки 1 Е 40 параметров (1 , 0, Н, В, ш, и ) от измеряется непосредственно в процес- заданных значений. Выбор в качестве се сварки. Н, В, ш, и, 1 и (1 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 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 эа- лителям 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 изме- связь по напряжению на дуге, току нение скорости сварки. сварки, глубине проплавления, шири- Заданные значения регулируемых не шва, высоте усиления и ширине об- величин формируются в узлах 42-47 ратной стороны шва, причем сигнал упзадания 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 11Сигнал управления на изменение напряжения холостого хода формируется с помощьш усилителей 58, 61, 64, 67, 70, 73 и суммирующего устройства 76 по следующему закону:3 хх 58 61 Ид 8 Кр дп 1+ од "+73 сб 99519 б0 и тока сварки 1отражает изменение характеристик системы 4 источник питания - дуга - сварной шов и служит информацией для коррекции па 5,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 О источник питания - дуга - сварной74 дсри 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 закону0 =К дц +КбздН+КИдб+К 6 ЭДв+К ДП+чпэ бо ф 65 66 И 72 15 20 25+ К 76 д 1 35 40 45 50 55 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 М, Ч и изменением напряжения холостого хода, т.е, параметры 1 О, Н, В, ш, и 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 и подается одновременно на регулятор изменения напряжения холостого хода и модель источника питания, Здесь дид, дН, дВ, дш, дп, дт, - отклонения 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 законуд 11 62 ДН+65 Д К 6 Д "1 К д" 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, усилителяФ57 с коэффициентом усиления, равным постоянной времени объекта управления. Этим сигналом компенсируется статическая ошибка и она будет равна нулю независимо от характера действующих на объект управления возмущений.В качестве базового образца принят сварочной робот модели ША. 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 перегруз. ки по току и, как следствие, значительно. улучшить качество сварных сое динений.1199519 Составитель А, СушкинРедактор Е. Папп Техред Л.Мартяшова Корректор О. Луговая Тираж 1085 Подсударственного комитета СССРам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д каз 7768/16 ВНИИПИ Го по дел 113035, М