Автоматизация сварочных процессов

В.Ф. Мухин, Е.Н. Еремин

АВТОМАТИЗАЦИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

 

Учебное пособие

 

 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
150700 «Машиностроение»

 

Омск, 2011

УДК 621.791-52 (075)

ББК 34.641-05я73

М92

 

Рецензенты:

М.П. Шалимов, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология сварочного производства» Уральского федерального университета;

М.В. Радченко, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Автоматизированный электропривод и электротехнологии» Алтайского государственного технического университета

 

Мухин В.Ф., Еремин Е.Н.

М92 Автоматизация сварочных процессов: Учеб. пособие. Омск: Изд-во
ОмГТУ, 2011. – 113 с.

 

Изложены основные направления автоматизации дуговой, контактной и электрошлаковой сварки. Рассмотрены примеры различных систем управления и регулирования при сварке, способов управления сварочным оборудованием и источниками питания. Приведены также сведения о робототехнологических комплексах и их работе со сварочным оборудованием при производстве сварных конструкций.

Предназначено для студентов специальности 150202, а также может быть полезно для инженеров и специалистов, занятых в области сварочного производства.

УДК 621.791-52 (075)

ББК 34.641-05я73

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

 

 

© В.Ф. Мухин, Е.Н. Еремин, 2011

© Омский государственный технический
университет, 2011

Предисловие

 

Учебное пособие предназначено для студентов выпускного курса специальности «Оборудование и технология сварочного производства». Изложение материала пособия имеет в виду, что студентами уже изучены вопросы технологии и оборудования дуговой сварки, оборудования контактной сварки и производства сварных конструкций. Исходя из этого, больший объем занимает изложение вопросов автоматизации дуговой сварки, как наиболее распространенного способа изготовления сварных конструкций. Приводится также ряд практических решений схем автоматического регулирования. Некоторые вопросы современных технологий и источников питания для дуговой сварки перенесены в курс специализированных источников питания. В меньшей степени уделено внимания контактной сварке, так как по существующей традиции вопросы ее автоматизации рассматриваются в соответствующей дисциплине при изучении конструкции контактных машин и способов управления ими. Предполагается, что вопросы автоматизации сварки электронным лучом, рассматриваемые в приведенных в библиографическом списке пособиях, излагаются в курсе, посвященном специальным методам сварки, и поэтому в настоящее пособие не включены. Автоматизации электрошлаковой сварки уделено меньше внимания, чем дуговой, так как применение ее в регионе крайне ограничено.

Конструкции промышленных роботов и методы управления ими рассматриваются также в курсе производства сварных конструкций, поэтому в настоящем пособии сведения о применении роботов в сварочном производстве являются дополнением к ранее пройденному.

В библиографическом списке указаны лишь фундаментальные общепризнанные учебные пособия. Другие сведения приводятся из периодических изданий и обзорных материалов по сварочной технике.

 

Введение

 

Автоматизация – применение технических средств и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в производственном процессе (в технологическом процессе изготовления чего-либо или в работе по управлению оборудованием). Автоматические устройства, системы, агрегаты, станки и установки выполняют свои функции без участия человека, который в результате получает готовый продукт производства, деталь, узел и т.п. Автоматизированные устройства не исключают на каком-то этапе или в течение всего процесса участия человека, как управляющей и контролирующей системы для коррекции режимов и контроля за ходом процесса. В сварочном производстве чаще применяют автоматизированные устройства, в работе которых необходимо участие оператора-сварщика для настройки на траекторию сварного шва, контроля в процессе сварки, возможной коррекции параметров и т.п. Локальные автоматические системы в автоматизированных устройствах без участия сварщика, как правило, поддерживают отдельные заданные параметры режима, обеспечивают последовательность и интервалы времени сварочного цикла, а в специальных случаях сварки изменяют параметры по заданной программе или регулируют их в зависимости от геометрии сварного соединения. Во всех устройствах автоматически обеспечивается блокировка и защита от аварийных режимов и безопасность оператора-сварщика. Полностью автоматические устройства – это промышленные роботы для сварки, станки-автоматы, специальные установки для поточных автоматических линий.

Целью автоматизации сварочных процессов и оборудования является:

- повышение качества сварных соединений (особенно в специальных единичных производствах) посредством стабилизации режимов, компенсации возмущений, сокращении времени участия оператора в управлении во избежание субъективных ошибок;

- повышение производительности труда, особенно путем снижения вспомогательного времени для настройки, так как собственно сварка занимает как правило не более 30% от общего времени изготовления сварной конструкции;

- снижение утомляемости сварщика и физиологических требований к нему, так как работа может быть в стесненных условиях, с тяжелым оборудованием, в защитной одежде;

- улучшение экологических условий производства и окружающей среды, снижение вредных выделений паров, газов и пыли;

- рациональное использование энергии и материалов (сокращение производственных отходов и экономия электроэнергии).

Решение задач автоматизации по повышению качества и производительности процесса тем проще, чем точнее сборка под сварку, то есть выше затраты на предварительную подготовку. Исходя из этого, всякая автоматизация есть разумный компромисс при оценке стоимости предварительной обработки и сборки элементов сварной конструкции, стоимости автоматического устройства и затрат на оплату труда работающих, обеспечивающих этот процесс.

Классификация локальных систем автоматизации рассматривалась в курсе «Управление техническими системами». Все рассмотренные ранее положения теории автоматического управления справедливы для автоматизации в любой отрасли. Различие же состоит в том, что для каждого вида обработки в машиностроении характерна своя элементная база, свои методы управления и свои особенности систем управления, учитывающие специфику данных технологических процессов. В автоматизации сварочных процессов и оборудования за последние десятилетия конструкции систем изменялись в основном по мере усовершенствования и обновления элементной базы автоматических устройств. В разработанных новых процессах сварки автоматические системы преследуют те же цели, что и в традиционных процессах. Основные направления автоматизации наиболее распространенных сварочных процессов и оборудования показаны на рис. 1.

Рис. 1. Основные направления автоматизации сварочных процессов

 

Большие возможности для автоматизации дает применение микропроцессорной техники для управления источниками питания сварочной дуги, оборудованием для контактной сварки и для синергетического управления при дуговой сварке (греч. synergos – совместно действующий: совместное управление источником питания и сварочным оборудованием).

В настоящее время применение микропроцессорной техники, а также возможность подключения внешней ЭВМ к управлению сварочным оборудованием позволяет осуществить оптимальное управление процессом получения сварного соединения. Работа такой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) может быть двухуровневой (косвенное управление) и одноуровневое (непосредственное цифровое управление). При двухуровневом микропроцессор (МП-контроллер) дает оптимальные уставки (задающие воздействия) на локальные средства автоматизации. Таким образом выход из строя МП-контроллера не ведет к мгновенному аварийному нарушению технологического процесса, так как локальные регуляторы продолжают работать, но без оптимизации. При одноуровневом локальные средства регулирования замыкаются через МП-контроллер и нарушение его работы требует немедленной остановки процесса. По мере увеличения надежности работы МП-контроллеров в сварочной технике стал использоваться одноуровневый режим. Возможность подключения к системе персонального компьютера позволяет проводить статистическую обработку технологических параметров и управлять МП-контроллером по заранее отработанной математической модели. Кроме этого подключение персонального компьютера дает возможность программировать режим сварки не непосредственно на месте сварки, а предварительно в условиях технологического бюро, а также осуществить режим записи и сохранения реальных параметров сварки, что необходимо при контроле особо ответственных изделий.

 

 

Объекты автоматизации

 

Все, что говорилось в теории автоматического управления о динамических звеньях, относится и к объекту автоматизации. Для построения автоматической системы необходимо знать статические и динамические характеристики объекта автоматизации. В дополнение к сведениям из курса «Управление техническими системами» в объекте в отличие от других динамических звеньев есть приток (вещества, энергии) и сток (расход). Если приток и сток равны – статическое равновесие, если нет – переходный процесс. Кроме этих характеристик объект обладает емкостью, самовыравниванием и запаздыванием. Емкость объекта – это способность его накапливать энергию, вещество и т.п. Чем больше емкость, тем меньше скорость изменения регулируемой величины и проще задача автоматизации. Емкость обуславливает инерцию объекта. Если в одномерном объекте под действием регулярного скачкообразного возмущения происходит асимптотический процесс нарастания выходного сигнала до определенного уровня, то такой объект обладает положительным самовыравниванием и является статическим. При положительном самовыравнивании объект регулирования является устойчивым. В автоматизации сварочных процессов и оборудования для сварки при реальных возмущениях объекты как правило устойчивы и основной задачей автоматического управления является обеспечение требуемого качества регулирования. Как известно, качество регулирования существенно зависит от временных параметров звена (объекта). В объектах различают время запаздывания переходное (емкостное – характеризуется постоянной времени) и передаточное (чистое запаздывание). Передаточное запаздывание снижает устойчивость автоматической системы и качество регулирования. Чем больше переходное запаздывание (медленнее реакция объекта на возмущение), тем проще задача регулирования, а чем больше передаточное запаздывание – тем сложнее обеспечить требуемые параметры качества.

В большинстве процессов сварки происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Так при наиболее распространенной дуговой сварке электрическая энергия из промышленной сети в источнике питания преобразуется в форму, соответствующую сварочной дуге (источнику нагрева), а затем при помощи сварочной дуги в термическое воздействие на свариваемый металл изделия. Таким образом получение сварного соединения является функционированием системы «источник питания – источник нагрева – изделие». Отдельные составляющие этой системы связаны между собой обратными связями, которые вызывают изменения состояния всех компонентов при изменении одного из них. Эти параметрические обратные связи образуют два контура. Первый охватывает источник питания и дугу (источник нагрева), второй: сварной шов (изделие) – дуга, электрод, рис. 2.

Рис. 2. Схема процесса дуговой сварки

 

В общем случае можно считать, что это многосвязная система с многомерным объектом, которым является сварной шов. Параметры процесса сварки (входные контролируемые переменные объекта) можно условно разделить на три группы:

- энергетические, характеризующие вклад энергии в процесс образования соединения (напряжение, ток, мощность источника нагрева, усилие сжатия и т.п.);

- кинематические, определяющие пространственное положение источника нагрева или его перемещение (скорость перемещения источника нагрева, скорость подачи проволоки, скорость оплавления и осадки, вылет электрода, частота и амплитуда поперечных колебаний и др.);

- технологические, характеризующие условия формирования и кристаллизации соединения, перенос электродного металла (пространственное положение соединения, параметры разделки шва, зазор между деталями, диаметр электрода, способ защиты расплавленного металла и др.).

На все составляющие системы, обеспечивающие эти параметры, в процессе сварки действуют возмущения, вызывающие нарушения заданных режимов и приводящие к отклонениям от требуемых показателей качества сварного соединения. Источниками энергетических и кинематических возмущений является промышленная сеть и сварочное оборудование. Для дуговой сварки это источник питания, аппаратура управления, электроприводы и т.д. Для технологических возмущений – погрешности технологии подготовки соединения под сварку и сборку, нарушение защиты расплавленного металла при сварке и т.п.

Так как тепловые процессы значительно медленнее, чем электрические, то не все возмущения будут оказывать влияние на качество сварного соединения, а только те, длительность которых соизмерима с длительностью процессов плавления и кристаллизации металла. Процесс формирования соединения как и любой инерционный переходный процесс характеризуется тепловой постоянной времени Т_т. Тепловая постоянная времени определяется свойствами металла, энергетическими характеристиками источника нагрева, объемом расплавленного металла и т.д. Если время действия возмущения t_в << Т_т, то такое возмущение не приведет к нарушению процесса и не отразится на качестве (геометрии сварного соединения). Так же, если частота периодических возмущений f_в >> 1/Т_т, то это не ухудшит качество соединения, если амплитуда их ограничена условиями устойчивости процесса. Так для сварки под флюсом проволокой диаметром 5 мм Т_т = 0,5 с и, соответственно допустимое f_в > 2 Гц. В связи со сложностью процесса образования сварного соединения и оценки влияния отдельных параметров непосредственно в процессе сварки в многомерной системе, задача автоматизации обычно упрощается переходом к одномерному или к двухмерному объекту и к управлению по возмущению или комбинированному. Например, если применяется система стабилизации напряжения дуги при сварке, то для объекта «сварной шов» это управление по возмущению. Если при этом дополнительно контролируется глубина проплавления (считаем объект одномерным) с воздействием на сварочный ток, то это система с комбинированным управлением. При автоматизации сварочных процессов в качестве объектов выбирают и другие составляющие вышеописанной системы. Для дуговой сварки это может быть источник питания, сварочная дуга, сварочная горелка (положение её в пространстве), электропривод и т.д. В сварочном оборудовании при вышеуказанных упрощениях решаются задачи стабилизации режимов, задание нужного пространственного положения при сварке, программное управление и т.п. Внедрение микропроцессорной техники позволяет перейти к более сложным задачам оптимизации управления процессом сварки, построением адаптивных и самонастраивающихся систем, прогнозированию качественных показателей сварных соединений в процессе сварки. Решение этих задач возможно, если составить более-менее точную математическую модель сварочного процесса, связав его контролируемые входные параметры с выходными регулируемыми величинами, т.е. провести его идентификацию. Математическая модель может быть детерминированной, т.е. представленной в виде уравнений статики или динамики процесса. Более сложными и более точно отражающие процесс являются уравнения динамики. Другим способом получения математической модели является установление связей статистическими методами через уравнения регрессии (недетерминированная модель). Этот способ широко применяют для многомерных объектов, когда составление аналитических зависимостей представляет слишком сложную задачу, так как вычисления по громоздким моделям приводят к значительным ошибкам. При упрощенных методах, когда рассматривают только отдельные компоненты сварочного процесса, например анализ устойчивости дуги в системе источник питания – дуга (без коротких замыканий), то, как известно из курса «Источники питания сварочной дуги», в этом случае получаем детерминированную математическую модель, представляющую собой дифференциальное уравнение второго порядка, которое может быть проанализировано известными из теории автоматического управления методами.

 

Системы автоматического регулирования вылета электрода (АРВ)

 

При сварке плавящимся электродом с постоянной подачей изменение вылета электрода приводит к изменению сварочного тока, отклонению глубины провара и соотношения долей основного и электродного металла в сварном соединении. С уменьшением вылета при постоянной скорости подачи электрода линия устойчивых режимов работы смещается в сторону больших токов, рис. 29.

Рис. 29. Влияние вылета на режим сварки: 1 – внешняя характеристика
источника питания; 2 и 3 – линии устойчивой работы при различных вылетах

 

Построение таких систем мало отличается от систем АРНД для сварки неплавящимся электродом. Так в схеме на рис. 25 необходимо измерение напряжения дуги заменить на измерение тока со стандартного шунта с последующим усилением до соответствующего уровня. Такая система может успешно эксплуатироваться при сварке в защитных газах при условии строгого постоянства скорости подачи электродной проволоки и применении стабилизированного источника питания.

Частое изменение вылета происходит при полуавтоматической сварке в среде защитных газов. В этом случае постоянство сварочного тока достигается путем изменения скорости подачи электродной при постоянстве напряжения источника питания. Для этих целей в типовую схему стабилизации частоты вращения двигателя подачи проволоки дополнительно в цепь обратной связи с тахогенератором вводится сигнал по току с шунта в сварочной цепи, рис. 30.

Схема управления полуавтомата может запитываться от источника питания ИП или от дополнительного трансформатора Т и выпрямителя V1. Переключение вида питания производится переключателем S2. Управление напряжением якоря электродвигателя М через транзистор VT осуществляется суммирующим усилителем DA, на вход которого подается заданное напряжение с R1 (вход 2), импульсный сигнал для преобразования постоянного напряжения в импульсное (разгрузка транзистора, вход 3) и сигнал обратной связи с тахогенератора G. Дополнительно сюда же вводится сигнал с шунта RS.

Рис. 30. Электрическая схема универсального полуавтомата для сварки в СО₂ и порошковыми проволоками конструкции ИЭС им. Е.О. Патона

 

Настройка обратной связи производится потенциометром R10. Включение схемы при сварке осуществляется кнопкой S1, которая подключает через реле К1 контактор К2 и клапан газа К3. После этого включается двигатель М. Введение дополнительной обратной связи практически исключает появление дефектов при колебаниях руки сварщика.

 

Библиографический список

 

1. Гладков Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Э.А. Гладков. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.

2. Автоматизация сварочных процессов: учеб. пособие / под ред. В.К. Лебедева, В.П. Черныша. – Киев: Вища шк., 1986. – 394 с.

3. Сварочные роботы / Под ред. Г. Гердена. – М.: Машиностроение, 1988. – 288 с.

4. Сварка. Резка. Контроль: Справ.: В 2 т / Н.П.Алешин, Г.Г. Чернышов, А.И. Акулов и др.; Под ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. – М.: Машиностроение, 2004. – 1087 с.

5. Теория автоматического управления / п/ред. Соломенцева Ю.М. / Учебник – М.: Высшая школа, 2003. – 270с.

6. Мухин В.Ф. Управление техническими системами: Конспект лекций. – Омск: ОмГТУ, 2005. – 68с.

 

Содержание

 

Предисловие. 3

Введение. 4

1. Общие сведения об автоматизации сварочных процессов и автоматическом регулировании сварочного оборудования. 7

1.1. Объекты автоматизации. 7

1.2. Автоматические регуляторы в сварочном оборудовании. 10

1.3. Автоматическое управление режимом в источниках питания для дуговой сварки. 17

2. Системы автоматического регулирования в оборудовании для дуговой
сварки. 23

2.1. Система автоматического регулирования дуговой сваркой плавящимся электродом саморегулированием (АРДС) 23

2.2. Система автоматического регулирования напряжения дуги для сварки плавящимся электродом (АРНД СПЭ) 28

2.3. Система автоматического регулирования для сварки неплавящимся электродом (АРНД СНЭ) 33

2.4. Системы автоматического регулирования вылета электрода (АРВ) 38

2.5. Системы автоматического регулирования глубины проплавления при сварке стыковых швов. 40

2.6. Системы блоков автоматического регулирования для сварки. 42

3. Системы ориентации сварочной головки на линию соединения. 44

3.1. Следящие системы с копированием линии соединения. 44

3.2. Системы непрямого действия с электромагнитными бесконтактными датчиками 48

3.3. Следящие системы с оптоэлектронными датчиками. 53

3.4. Следящие системы с дуговыми датчиками. 56

3.5. Системы программного управления сварочным оборудованием. 60

4. Автоматизация электрошлаковой сварки. 70

4.1. Электрошлаковый процесс как объект управления. 70

4.2. Системы регулирования тока и напряжения при ЭШС.. 71

4.3 Регулирование уровня металлической и шлаковой ванн. 72

4.4. Регулирование режима ЭШС в функции сварочного зазора. 76

4.5. Применение информационно-измерительных систем при ЭШС.. 78

5. Автоматизация контактной сварки. 80

5.1. Точечная и шовная сварки как объект управления. 80

5.2. Программное управление точечной и шовной сваркой. 85

5.3. Типовые регуляторы времени и циклов сварки. 87

5.4. Системы автоматического регулирования процессом контактной точечной и шовной сварки. 91

5.5. Управление контактной стыковой сваркой. 94

6. Применение промышленных роботов при дуговой и контактной сварках. 98

6.1. Особенности применения промышленных роботов при сварке. 98

6.2. Применение устройств автоматизации при сварке роботами. 109

Библиографический список. 111

 

 

В.Ф. Мухин, Е.Н. Еремин

АВТОМАТИЗАЦИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

 

Учебное пособие

 

 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
150700 «Машиностроение»

 

Омск, 2011

УДК 621.791-52 (075)

ББК 34.641-05я73

М92

 

Рецензенты:

М.П. Шалимов, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология сварочного производства» Уральского федерального университета;

М.В. Радченко, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Автоматизированный электропривод и электротехнологии» Алтайского государственного технического университета

 

Мухин В.Ф., Еремин Е.Н.

М92 Автоматизация сварочных процессов: Учеб. пособие. Омск: Изд-во
ОмГТУ, 2011. – 113 с.

 

Изложены основные направления автоматизации дуговой, контактной и электрошлаковой сварки. Рассмотрены примеры различных систем управления и регулирования при сварке, способов управления сварочным оборудованием и источниками питания. Приведены также сведения о робототехнологических комплексах и их работе со сварочным оборудованием при производстве сварных конструкций.

Предназначено для студентов специальности 150202, а также может быть полезно для инженеров и специалистов, занятых в области сварочного производства.

УДК 621.791-52 (075)

ББК 34.641-05я73

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

 

 

© В.Ф. Мухин, Е.Н. Еремин, 2011

© Омский государственный технический
университет, 2011

Предисловие

 

Учебное пособие предназначено для студентов выпускного курса специальности «Оборудование и технология сварочного производства». Изложение материала пособия имеет в виду, что студентами уже изучены вопросы технологии и оборудования дуговой сварки, оборудования контактной сварки и производства сварных конструкций. Исходя из этого, больший объем занимает изложение вопросов автоматизации дуговой сварки, как наиболее распространенного способа изготовления сварных конструкций. Приводится также ряд практических решений схем автоматического регулирования. Некоторые вопросы современных технологий и источников питания для дуговой сварки перенесены в курс специализированных источников питания. В меньшей степени уделено внимания контактной сварке, так как по существующей традиции вопросы ее автоматизации рассматриваются в соответствующей дисциплине при изучении конструкции контактных машин и способов управления ими. Предполагается, что вопросы автоматизации сварки электронным лучом, рассматриваемые в приведенных в библиографическом списке пособиях, излагаются в курсе, посвященном специальным методам сварки, и поэтому в настоящее пособие не включены. Автоматизации электрошлаковой сварки уделено меньше внимания, чем дуговой, так как применение ее в регионе крайне ограничено.

Конструкции промышленных роботов и методы управления ими рассматриваются также в курсе производства сварных конструкций, поэтому в настоящем пособии сведения о применении роботов в сварочном производстве являются дополнением к ранее пройденному.

В библиографическом списке указаны лишь фундаментальные общепризнанные учебные пособия. Другие сведения приводятся из периодических изданий и обзорных материалов по сварочной технике.

 

Введение

 

Автоматизация – применение технических средств и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в производственном процессе (в технологическом процессе изготовления чего-либо или в работе по управлению оборудованием). Автоматические устройства, системы, агрегаты, станки и установки выполняют свои функции без участия человека, который в результате получает готовый продукт производства, деталь, узел и т.п. Автоматизированные устройства не исключают на каком-то этапе или в течение всего процесса участия человека, как управляющей и контролирующей системы для коррекции режимов и контроля за ходом процесса. В сварочном производстве чаще применяют автоматизированные устройства, в работе которых необходимо участие оператора-сварщика для настройки на траекторию сварного шва, контроля в процессе сварки, возможной коррекции параметров и т.п. Локальные автоматические системы в автоматизированных устройствах без участия сварщика, как правило, поддерживают отдельные заданные параметры режима, обеспечивают последовательность и интервалы времени сварочного цикла, а в специальных случаях сварки изменяют параметры по заданной программе или регулируют их в зависимости от геометрии сварного соединения. Во всех устройствах автоматически обеспечивается блокировка и защита от аварийных режимов и безопасность оператора-сварщика. Полностью автоматические устройства – это промышленные роботы для сварки, станки-автоматы, специальные установки для поточных автоматических линий.

Целью автоматизации сварочных процессов и оборудования является:

- повышение качества сварных соединений (особенно в специальных единичных производствах) посредством стабилизации режимов, компенсации возмущений, сокращении времени участия оператора в управлении во избежание субъективных ошибок;

- повышение производительности труда, особенно путем снижения вспомогательного времени для настройки, так как собственно сварка занимает как правило не более 30% от общего времени изготовления сварной конструкции;

- снижение утомляемости сварщика и физиологических требований к нему, так как работа может быть в стесненных условиях, с тяжелым оборудованием, в защитной одежде;

- улучшение экологических условий производства и окружающей среды, снижение вредных выделений паров, газов и пыли;

- рациональное использование энергии и материалов (сокращение производственных отходов и экономия электроэнергии).

Решение задач автоматизации по повышению качества и производительности процесса тем проще, чем точнее сборка под сварку, то есть выше затраты на предварительную подготовку. Исходя из этого, всякая автоматизация есть разумный компромисс при оценке стоимости предварительной обработки и сборки элементов сварной конструкции, стоимости автоматического устройства и затрат на оплату труда работающих, обеспечивающих этот процесс.

Классификация локальных систем автоматизации рассматривалась в курсе «Управление техническими системами». Все рассмотренные ранее положения теории автоматического управления справедливы для автоматизации в любой отрасли. Различие же состоит в том, что для каждого вида обработки в машиностроении характерна своя элементная база, свои методы управления и свои особенности систем управления, учитывающие специфику данных технологических процессов. В автоматизации сварочных процессов и оборудования за последние десятилетия конструкции систем изменялись в основном по мере усовершенствования и обновления элементной базы автоматических устройств. В разработанных новых процессах сварки автоматические системы преследуют те же цели, что и в традиционных процессах. Основные направления автоматизации наиболее распространенных сварочных процессов и оборудования показаны на рис. 1.

Рис. 1. Основные направления автоматизации сварочных процессов

 

Большие возможности для автоматизации дает применение микропроцессорной техники для управления источниками питания сварочной дуги, оборудованием для контактной сварки и для синергетического управления при дуговой сварке (греч. synergos – совместно действующий: совместное управление источником питания и сварочным оборудованием).

В настоящее время применение микропроцессорной техники, а также возможность подключения внешней ЭВМ к управлению сварочным оборудованием позволяет осуществить оптимальное управление процессом получения сварного соединения. Работа такой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) может быть двухуровневой (косвенное управление) и одноуровневое (непосредственное цифровое управление). При двухуровневом микропроцессор (МП-контроллер) дает оптимальные уставки (задающие воздействия) на локальные средства автоматизации. Таким образом выход из строя МП-контроллера не ведет к мгновенному аварийному нарушению технологического процесса, так как локальные регуляторы продолжают работать, но без оптимизации. При одноуровневом локальные средства регулирования замыкаются через МП-контроллер и нарушение его работы требует немедленной остановки процесса. По мере увеличения надежности работы МП-контроллеров в сварочной технике стал использоваться одноуровневый режим. Возможность подключения к системе персонального компьютера позволяет проводить статистическую обработку технологических параметров и управлять МП-контроллером по заранее отработанной математической модели. Кроме этого подключение персонального компьютера дает возможность программировать режим сварки не непосредственно на месте сварки, а предварительно в условиях технологического бюро, а также осуществить режим записи и сохранения реальных параметров сварки, что необходимо при контроле особо ответственных изделий.