Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02
Рассмотрены методы контроля качества контактной точечной сварки в реальном времени. Предложена универсальная система управления и контроля, отличительными признаками которой являются широкие возможности по контролю качества в реальном времени. Приведены технические характеристики системы и показаны...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Series: | Автоматическая сварка |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102120 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2007. — № 11 (655). — С. 43-45. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102120 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1021202025-02-23T19:14:52Z Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 System KSU KS 02 for automatic monitoring and control of the resistance spot welding Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Производственный раздел Рассмотрены методы контроля качества контактной точечной сварки в реальном времени. Предложена универсальная система управления и контроля, отличительными признаками которой являются широкие возможности по контролю качества в реальном времени. Приведены технические характеристики системы и показаны области ее применения в промышленности. Methods for real-time monitoring of quality of resistance spot welding are considered. The control and monitoring system based on the use of the above methods is described. Technical characteristics of the system are presented, and fields of its commercial application are given. 2007 Article Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2007. — № 11 (655). — С. 43-45. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102120 621.791.763.1.03-52 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрены методы контроля качества контактной точечной сварки в реальном времени. Предложена универсальная система управления и контроля, отличительными признаками которой являются широкие возможности по контролю качества в реальном времени. Приведены технические характеристики системы и показаны области ее применения в промышленности. |
| format |
Article |
| author |
Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| author_facet |
Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| author_sort |
Руденко, П.М. |
| title |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 |
| title_short |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 |
| title_full |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 |
| title_fullStr |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 |
| title_full_unstemmed |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 |
| title_sort |
система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки ксу кс 02 |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102120 |
| citation_txt |
Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2007. — № 11 (655). — С. 43-45. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT rudenkopm sistemaavtomatičeskogoupravleniâikontrolâprocessakontaktnojtočečnojsvarkiksuks02 AT gavrišvs sistemaavtomatičeskogoupravleniâikontrolâprocessakontaktnojtočečnojsvarkiksuks02 AT rudenkopm systemksuks02forautomaticmonitoringandcontroloftheresistancespotwelding AT gavrišvs systemksuks02forautomaticmonitoringandcontroloftheresistancespotwelding |
| first_indexed |
2025-11-24T15:13:37Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:13:37Z |
| _version_ |
1849685146537558016 |
| fulltext |
УДК 621.791.763.1.03-52
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ КСУ КС 02
П. М. РУДЕНКО, В. С. ГАВРИШ, кандидаты техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрены методы контроля качества контактной точечной сварки в реальном времени. Предложена универсальная
система управления и контроля, отличительными признаками которой являются широкие возможности по контролю
качества в реальном времени. Приведены технические характеристики системы и показаны области ее применения
в промышленности.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная точечная сварка, сис-
тема управления, контроль качества, нечеткая логика, ней-
ронные сети
Современные системы управления процессом
контактной точечной сварки реализуются на ос-
нове мощных однокристалльных микроконтрол-
леров, функциональные способности и произво-
дительность которых позволяют реализовывать
(кроме функций прямого цифрового управления
сварочной машиной) сложные алгоритмы конт-
роля качества сварного соединения и управления
процессом. В настоящее время, учитывая невоз-
можность визуальной оценки размеров сварной
точки в процессе ее выполнения, а также совре-
менные требования производства по сертифи-
кации и обеспечению высокого качества выпус-
каемой продукции, контроль качества контактной
точечной сварки в реальном времени является од-
ним из основных требований к системе управ-
ления точечной сварочной машиной.
Как правило, алгоритмы контроля качества
сварных точек основаны на измерении и исполь-
зовании параметров процесса: сварочного тока,
напряжения между электродами, сопротивления
участка электрод — электрод, усилия сжатия
электродов.
Можно выделить несколько методов контроля
по параметрам процесса. Простейший осущест-
вляется по допустимым отклонениям, например,
сварочного тока и напряжения между электрода-
ми. В дальнейшем этот метод получил развитие
благодаря использованию алгоритмов нечеткой
логики, которые дали возможность повысить на-
дежность контроля [1].
Для количественной оценки качества сварного
соединения, например, диаметра ядра сварной
точки, использовали метод оценки по регрессион-
ным моделям. Последние (обычно в виде поли-
номов первого или второго порядка) строятся по
экспериментальным данным сварки методом ма-
тематической статистики. При этом в опытах пы-
таются учесть все возмущения, которые действу-
ют на процесс в производственных условиях. Для
повышения точности моделей применяют различ-
ные алгоритмы подстройки коэффициентов мо-
дели по данным экспериментальной проверки ре-
жима непосредственно на производстве.
Метод контроля по математическим моделям
получил дальнейшее развитие с появлением ней-
ронных сетей [2]. Применение моделей на основе
нейронных сетей математически несколько слож-
нее, чем применение регрессионных моделей, од-
нако в первом случае удается повысить точность
и надежность прогнозирования качества контак-
тной сварки за счет того, что в нейронной сети
возможно проанализировать динамические пара-
метры процесса — изменение сварочного тока и
напряжения между электродами во время сварки,
что характеризует изменение сопротивления на
свариваемом участке и точнее отражает процесс
точечной сварки.
Каждый из перечисленных методов — от са-
мого простого до сложного — имеет свои пре-
имущества и недостатки, и в зависимости от наз-
начения системы управления может быть приме-
нен на практике. Возможность включения по тре-
бованию заказчика в состав программного обес-
печения системы и применение перечисленных
методов контроля качества контактной точечной
сварки является основным отличительным приз-
наком системы управления машиной для контак-
тной точечной сварки КСУ КС 02, разработанной
специалистами ИЭС им. Е. О. Патона совместно
с Инженерным центром «Сварка давлением» НТК
ИЭС им. Е. О. Патона, по сравнению с известными
регуляторами серии РКС, которые выпускаются
в настоящее время в Украине (завод «Сэлма»,
г. Симферополь) и серии РКМ, выпускаемый в
России (завод «Электрик», г. С.-Петербург). Сис-
тема предназначена для управления циклом свар-
ки и контроля процесса применительно к стаци-
онарным и подвесным одно- и двухпостовым ма-
шинам переменного тока.
© П. М. Руденко, В. С. Гавриш, 2007
11/2007 43
Система управления машиной для контактной
точечной сварки КСУ КС 02 выполняет следу-
ющие функции:
прямое цифровое управление сварочной ма-
шиной (управление тиристорным контактором и
четырьмя (две пары) электропневматическими
клапанами для задания и выполнения циклограм-
мы режима сварки: предварительное сжатие, сжа-
тие, сварка с модуляцией тока, охлаждение, отжиг
с модуляцией тока, ковка с возможностью вклю-
чения во время прохождения тока, пауза);
стабилизация параметров процесса сварки (ком-
пенсация изменения напряжения питающей сети,
стабилизация действующего значения сварочного
тока, автоматическая настройка на cos ϕ сварочной
машины, автоматическая корректировка свароч-
ного тока при износе рабочей поверхности элек-
тродов);
контроль качества сварки (по допустимым от-
клонениям сварочного тока и напряжения между
электродами или прогнозирование диаметра ядра
сварной точки по математической модели);
вспомогательные функции (хранение в памяти
системы восьми заданных режимов сварки при
отключении напряжения питания и автоматичес-
кий выбор любого из них внешним сигналом уп-
равления, самодиагностика системы, связь с пер-
сональным компьютером через канал последова-
тельного обмена RS 232 или RS485, программная
защита от несанкционированного доступа к за-
данию параметров режима сварки, защита выход-
ных цепей управления электропневмоклапанами,
тиристорным контактором и вспомогательным
оборудованием от перегрузок).
Система имеет удобную панель управления с
мембранной клавиатурой и жидкокристалли-
ческим дисплеем, что обеспечивает простоту и
наглядность сложной циклограммы процесса
сварки (рисунок).
В простейшем случае контроль качества осу-
ществляется по допустимым отклонениям пара-
метров процесса. В контроллер заносятся опти-
мальные значения сварочного тока и напряжения
между электродами, а также диапазон допусти-
мых отклонений этих параметров в процентах.
Система формирует сообщение о выходе из до-
пусков по любому из параметров.
Как разновидность контроля по допускам воз-
можен контроль на основе алгоритмов нечеткой
логики, который был реализован при сварке меж-
элементных соединений аккумуляторов [1]. Из-за
сложности оценки качества сварного соединения
в этом случае количественная оценка какого-либо
из показателей соединения недостаточна, а обыч-
ный допусковый контроль не позволяет исполь-
зовать получаемые данные для управления про-
цессом, который учитывал бы технологические
особенности сварки деталей из свинца. В исполь-
зуемом алгоритме по напряжению между элект-
родами контролируют величину отпечатка от
электродов, и далее для регулирования плотности
тока определяют требуемое значение сварочного
тока, которое необходимо получить при его ста-
билизации.
В случаях, когда качество сварного соединения
можно определять по какому-либо расчетному па-
раметру, например, диаметру ядра или глубине
проплавления, используется математическая мо-
дель в виде уравнения регрессии или нейронной
сети. Хотя эти способы контроля качества свар-
ных соединений являются почти равноценными,
для некоторых свариваемых материалов, в част-
ности, сталей, покрытых защитным слоем, ней-
ронные сети позволяют достичь более высокую
точность прогнозирования, так как с их помощью
удается проследить изменения параметров во вре-
мени. Известно, что поведение кривой сопротив-
ления в процессе сварки низкоуглеродистых ста-
лей хорошо коррелируется с показателем проч-
ности сварного соединения.
Чтобы исключить хранение в памяти больших
массивов данных по весовым коэффициентам для
разных толщин и материалов, в системе исполь-
зуется адаптивный алгоритм контроля качества.
Он заключается в том, что входными параметрами
сети являются их значения, выраженные в отно-
сительных единицах к оптимальным значениям.
При таком представлении нейросети переход от
одного оптимального режима сварки к другому,
например, при сварке деталей разной толщины
или материалов для перестройки сети, необходи-
мо задать параметры нового оптимального режи-
ма. Подстройка коэффициентов по эксперимен-
тальным данным необходима в редких случаях.
Однако количество требуемых дополнительных
экспериментов существенно меньше, чем при пос-
троении нейросети в традиционном виде [2]. При
этом достигается требуемая точность оценки ди-
аметра ядра. Данные о диаметре ядра сварной точ-
ки можно передавать через последовательный ка-
нал в персональный компьютер для формирова-
ния протокола о качестве сварки конструкции.Внешний вид КСУ КС 02
44 11/2007
Функции контроля качества по регрессионной мо-
дели или нейронной сети по требованию заказ-
чика выполняются для конкретного материала и
толщины.
Что касается функций управления процессом,
то по сравнению с упомянутыми выше РКС и
РКМ описываемая система имеет те же возмож-
ности, т. е. в зависимости от заданного алгоритма
управления КСУ КС 02 осуществляет компенса-
цию колебания напряжения сети или стабилиза-
цию сварочного тока или напряжения между элек-
тродами, а также компенсацию износа электродов.
Однако, как и в случае с контролем качества, по
требованию заказчика для компенсации износа
электродов в КСУ КС 02 возможно использование
нескольких алгоритмов: от простейшего, когда
сварочный ток увеличивают через заданное ко-
личество сварных точек, так и более сложного
и точного. Известно, что износ электродов зависит
от режима сварки, интенсивности охлаждения, ма-
териала электродов, способа их изготовления,
свойств свариваемых материалов, покрытия их
поверхности и некоторых других причин. Изме-
рить степень износа электродов в процессе сварки
довольно затруднительно и его оценка по коли-
честву сварных точек является достаточно грубой.
В КСУ КС 02 возможно установить программное
обеспечение для реализации алгоритма, основан-
ного на контроле параметров режима сварки в
реальном времени и изменении сварочного тока
по определенному закону, когда корректирующее
воздействие рассчитывается по измеренным дан-
ным тока и падения напряжения между электро-
дами с учетом плотности тока в свариваемом кон-
такте [3].
Кроме гибкого построения программного обес-
печения, КСУ КС 02 является достаточно уни-
версальной. Известно, что для контактной то-
чечной сварки применяют различные типы сва-
рочных машин, которые требуют разное количес-
тво управляющих сигналов. Так, для машин
переменного тока требуется как минимум три дис-
кретных управляющих выхода, для машин пос-
тоянного тока — пять. Для шовных машин не-
обходимо иметь еще один управляющий выход.
Кроме того, на заводах сварочный пост может
включать две-три сварочные машины, а также тре-
буется включение сигнализации по результату
сварки или управления вспомогательными меха-
низмами. КСУ КС 02 имеет семь дискретных вхо-
дов (24 В, 10 мА), восемь дискретных выходов
(24 В, 5 А) и два аналоговых входа, не считая
внутренний канал измерения напряжения пита-
ющей сети. Все перечисленные входы и выходы
гальванически разделены и при модернизации
программного обеспечения КСУ КС 02 могут
быть использованы произвольно. Таким образом,
применение КСУ КС 02 возможно для контактных
точечных машин, которые требуют отработки спе-
циальных алгоритмов управления. Наиболее эф-
фективно применение КСУ КС 02 при произ-
водстве конструкций ответственного назначения
и сертификации сварочного производства.
Выводы
1. Основным отличительным преимуществом
КСУ КС 02 по сравнению с известными аналогами
являются широкие возможности по контролю ка-
чества сварки в реальном времени: контроль по
допустимым отклонениям, по статистическим мо-
делям или нейронным сетям с учетом напряжения
на электродах. С ее помощью можно решать слож-
ные технологические задачи и тем самым рас-
ширить область применения контактной точечной
сварки.
2. Система управления является универсаль-
ной и может быть применена для различных типов
машин для контактной сварки и сварочного про-
изводства, например, в автомобиле-, сельхозма-
шино-, приборо-, авиастроении и т. п.
1. Контроль качества контактной точечной сварки межэле-
ментных соединений аккумуляторов на основе нечеткой
логики / Н. В. Подола, П. М. Руденко, Н. П. Горун, В. М.
Ягнятинский // Автомат. сварка. — 1999. — № 5. —
С. 42–45.
2. Подола Н. В., Руденко П. М., Гавриш В. С. Применение
адаптивного алгоритма для контроля качества сварки в
системах управления контактными точечными машина-
ми // Там же. — 2004. — № 6. — С. 15–18.
3. Подола Н. В., Руденко П. М., Гавриш В. С. Алгоритмы
компенсации износа электродов при контактной точеч-
ной сварке // Там же. — 2005. — № 4. — С. 18–23.
Methods for real-time monitoring of quality of resistance spot welding are considered. The control and monitoring system
based on the use of the above methods is described. Technical characteristics of the system are presented, and fields of
its commercial application are given.
Поступила в редакцию 05.03.2007
11/2007 45
|