Автоматизация технологического процесса электронно-лучевой сварки на базе сети контроллеров семейства DirectLogic (на примере установки «ЭЛУ ПМ»)
Установка «ЭЛУ ПМ» предназначена для сварки и термической обработки цилиндрических и конических заготовок из нержавеющей стали и жаропрочных сплавов двумя электронно-лучевыми пушками:
- с вертикальным направлением луча сверху вниз при сварке круговых, кольцевых и продольных швов;
- с горизонтальным направлением луча поперек камеры для сварки кольцевых швов.
В состав сварочной установки «ЭЛУ ПМ» входят следующие узлы и механизмы:
- рабочая камера;
- дверь откатная;
- манипулятор для наклона и вращения изделия;
- механизм перемещения изделия поперек камеры по оси Y;
- механизм вертикального перемещения изделия по оси Z;
- стол координатный для перемещения изделия вдоль камеры по оси X;
- механизм перемещения пушки;
- внешняя станина для загрузки и выгрузки изделий;
- система вакуумная;
- система выхлопа газов;
- система подачи воздуха;
- система водоснабжения;
- системы подвода энергопитания;
- эстакада;
- шкаф управления процессом загрузки и выгрузки изделий;
- шкаф электрической автоматики;
- автоматизированное рабочее место оператора;
- энергетический комплекс.
Вакуумная камера выполнена с восьмигранным сечением с откатной передней и глухой задней торцевой крышками. Это позволило сократить неиспользуемое пространство, уменьшить время получения вакуума, повысить жёсткость конструкции.
Камера имеет габариты 3500х2200х2700 мм и изготовлена из нержавеющей стали с толщиной 25 мм для обеспечения биологической защиты. Жёсткость стенки камеры обеспечена рёбрами из стальной квадратной трубы 150x150x8. Натекание вакуумной камеры составляет не более 15 л мкм рт.ст./с.
На верхней и боковой стенках камеры расположены фланцы для установки электроннолучевых пушек с вертикальным и горизонтальным направлением луча; на боковой и задней стенках камеры предусмотрены фланцы для присоединения форвакуумной линии откачки и высоковакуумных агрегатов.
Станочный комплекс обеспечивает крепление изделия с оснасткой, подачу изделия в камеру, позиционирование изделия (установочные движения), продольное и поперечное перемещение и вращение изделия при сварке.
Механическая система перемещений установки имеет 7 степеней свободы: 5 осей станочного комплекса (продольное, поперечное и вертикальное перемещение изделия по осям Х, Y, Z; вращение и наклон манипулятора – оси А и В); 2 оси C и D вертикального и горизонтального перемещения пушек.
Энергетическая система включает комплекс «ЭЛА-60» и две электроннолучевые пушки, укомплектованные турбомолекулярными насосами для получения локального высокого вакуума в катодном узле пушки. Электроннолучевые пушки оснащены катодом из LaB6 косвенного подогрева с повышенным ресурсом работы.
Вакуумная система обеспечивает получение разрежения камеры до 5х10-3 мм рт. ст. в течение 25 минут и предельного вакуума – 5х10-5 мм рт.ст. (при подготовленных к работе высоковакуумных агрегатах) в течение 15 минут. На высоковакуумных агрегатах предусмотрены ловушки водяного охлаждения, препятствующие попаданию вакуумного масла в камеру.
Вакуумная система установки состоит их унифицированных автономных откачных постов: низковакуумного «СН-1» и двух высоковакуумных «СВ-1». Управление работой вакуумной системы, состоящей из трёх автономных откачных постов, осуществляется от контроллеров DL-06.
В состав поста № 1, предназначенного для получения низкого вакуума, входят двухроторный насос 2ДВН-1500 (насос Рутса), механический насос АВЗ-180, пневматические клапаны, датчики для измерения вакуума, система охлаждения, система управления на базе контроллера DL-06.
В состав постов № 2 и № 3, предназначенных для получения высокого вакуума, входят механические насосы АВЗ-90 и диффузионные насосы НД-500, водоохлаждаемые ловушки, пневматические клапаны, датчики для измерения вакуума, система охлаждения, системы управления на базе контроллеров DL-06.
Реализация системы числового программного управления на базе промышленного компьютера и сети микроконтроллеров является новым этапом развития электроннолучевой сварки. Компьютерная технология позволила интегрировать процессы технологической подготовки управляющей программы и управления процессом сварки на единой информационной, программной и технологической основе.
СУ установки «ЭЛУ» построена на базе промышленного компьютера WS-855 (верхний уровень), работающего под управлением операционной системы Windows 2000, модуля управления движением SERVO 300 фирмы ICP DAS и сети ПЛК, включающей четыре контроллера семейства Direct Logic (нижний уровень). Промышленный компьютер, оснащённый модулем «SERVO 300» для управления тремя раздельными приводами подач, выполняет не только терминальную, но и геометрическую задачу управления (интерполяция по трём осям). В качестве устройств обратной связи по положению применяются фотодатчики типа ЛИР-158В.
Контроллер DL-205 с процессором D2-260 обеспечивает управление станочным комплексом (геометрическая задача) и задание режима работы энергетического комплекса (технологическая задача).
Для уменьшения количества соединений между исполнительными элементами и устройством управления, а также для расширения возможностей системы по обслуживанию территориально распределённых исполнительных элементов установки применяются автономные вакуумные станции, управление которыми построено на базе контроллеров DL-06. При этом отдельные части системы обмениваются между собой данными по последовательному каналу, подчиняясь командам компьютера.
СУ обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматическое управление работой вакуумной системы с возможностью работы в ручном и наладочном режимах;
- числовое программное управление механизмами станочного комплекса;
- контроль наличия подачи воды на элементы установки;
- автоматический выход на режим сварки и автоматическое окончание сварочного процесса по заранее выбранному закону;
- автоматическое наведение луча на стык свариваемых изделий;
- программное управление энергетическими характеристиками (током луча, током фокусировки);
- автоматический контроль основных параметров процесса сварки (ток луча, ток фокусировки, скорость сварки, рабочий вакуум);
- наблюдение зоны сварки с помощью видеоконтрольного устройства;
- документирование основных параметров сварки (распечатка паспорта сварки детали с указанием даты, номера детали, режима сварки).
Система измеряет в реальном масштабе времени 8 параметров энергоблока, позиции координатных осей, контурную скорость относительного перемещения луча вдоль свариваемого стыка.
|
Структурная схема системы управления «ЭЛУ ПМ» |
Прикладные программы контроллеров DL-06 и DL-205 разработаны средствами языка RLLPLUS на базе стандарта Международной Электрической Комиссии (МЭК) IEC 1131-4 с использованием графических средств программного пакета DirectSOFT под Windows 95/98/NT/2000.
Функции программного обеспечения
Программное обеспечение верхнего уровня, разработанное средствами языка Visual Basic 6 в среде операционной системы Windows 2000, обеспечивает:
• Симуляцию работы установки в автоматизированном режиме.
• Симуляцию процесса вакуумной откачки на базе математической модели.
• Подготовку управляющей программы, включающей любое количество кадров.
• Советчик оператора.
• Интеллектуальную поддержку функций управления, редактирование мнемосхем, настроек регуляторов, архива.
• Автоматическое формирование оперативных сообщений на основе анализа аварийных и внештатных ситуаций.
• Индикацию текущих значений параметров технологического процесса в реальном масштабе времени.
• Регистрацию и хранение параметров технологического процесса сварки с привязкой к конкретному изделию и реальному времени.
• Формирование архивного и аварийного файлов, файла событий.
• Обработку информации технологических параметров и состояния элементов технологической системы.
• Конвертирование сформированной базы данных в формат таблицы Excel.
• Вывод на принтер паспорта на проведенный процесс сварки.
• Автоматическое измерение натекания рабочей камеры.
|
Интерфейс автоматизированного рабочего места оператора |
Автоматизированное рабочее место оператора реализовано на базе промышленного компьютера с сенсорным экраном. Задание управляющих воздействий и ввод программируемых параметров технологического процесса осуществляется с помощью клавиш, отображаемых на мониторе.
Система управления во время работы производит запись и хранение параметров технологического процесса с привязкой к реальному времени.
Запись в архивный файл происходит с заданной периодичностью. На основании файла архива, сохраненного в формате Excel, оператор имеет возможность построить графики основных технологических параметров для дальнейшего анализа рабочего цикла установки.
Файл событий содержит дату запуска программы, время события (общее время и время от включения установки) и его описание.
Запись в файл ошибок происходит в момент возникновения ошибки. В этот файл фиксируются дата, время, код и описание ошибки. Файл хранится в текстовом формате.
|
Окно «Вакуумная система «ЭЛУ ПМ»
|
