1、过程控制工程设计课件过程控制工程设计过程控制工程设计锅炉四管爆漏修锅炉四管爆漏修复的自动焊接装置研究复的自动焊接装置研究1过程控制工程设计课件2过程控制工程设计课件3研究要求研究要求焊接位置焊接位置:垂直固定对接环缝垂直固定对接环缝焊管直径焊管直径:3260mm:3260mm焊管壁厚焊管壁厚:24.5mm:24.5mm排管间隙排管间隙:45mm:45mm焊缝质量焊缝质量:保证根部焊透保证根部焊透,达到达到X X射线射线 级片标准级片标准,外观质量符合规程要求。外观质量符合规程要求。过程控制工程设计课件4研究目标1.对系统硬件的了解、设计及选择；2.系统自动焊接控制系统设计、制作、调试及安装；3
2、.通过实验、理论分析等手段探索焊接工艺及参数的选取；4.现场应用试验。过程控制工程设计课件5焊接修复现状图图1 1 实际焊接修复条件图实际焊接修复条件图管间距过程控制工程设计课件6国内外研究现状 国外国外:已进行了多年的研究，有成套产品，但是应用于窄小已进行了多年的研究，有成套产品，但是应用于窄小间隙的不多，且价格很高。间隙的不多，且价格很高。国内国内:近几年也开展了不少研究，取得了一近几年也开展了不少研究，取得了一 定成果，但还没定成果，但还没有真正的产品。有真正的产品。西南交大西南交大 单片机控制单片机控制哈工大哈工大 二级分布式计算机控制二级分布式计算机控制过程控制工程设计课件7系统构成
3、氩弧焊机氩弧焊机送丝机送丝机控制箱控制箱焊接机头焊接机头冷却器冷却器图图2 2 自动自动TIGTIG焊机焊机系统构成总体框图系统构成总体框图 过程控制工程设计课件8机械系统构成及设计v焊接机头焊接机头 v机头夹具机头夹具v其他部件其他部件 图图3 3 机械机械系统构成总体框图系统构成总体框图 过程控制工程设计课件9焊接机头 系统使用了专门设计的管管焊接机头。先通过 偏心齿轮传动，进行大减速比传动，再通过四级齿轮 传动，带动机头转动。由于使用了偏心齿轮，所以，尽管有1024：1的大减速比，机头的整体结构仍然很 小。机头的驱动使用微型永磁直流电机，使机头可绕 管子旋转进行焊接。焊接机头主要包括：焊
4、接传动系统及旋转盘组合 件。过程控制工程设计课件10焊接机头传动系统图图4 4 焊接机头传动系统焊接机头传动系统图图过程控制工程设计课件11机头夹具 由于焊接过程中焊枪头与焊件的距离变化会引起弧压的变化，从而引起焊接参数的变化，这就会影响焊接质量。因此，机头夹具的设计就具有重要的意义。这里采用了整体设计加工的方法，可以使夹具很容易保证中心线的重合，从而保证焊接质量。过程控制工程设计课件12最优空间送丝曲线010203040506001020304050600102030CDBA(0,25,0)ZXY图图7 7 最优空间送丝曲线最优空间送丝曲线过程控制工程设计课件13控制箱v可编程控制器可编程控
5、制器v机头位置传感器机头位置传感器v驱动电路驱动电路过程控制工程设计课件14自动TIG焊焊接时序图 氩气 图9 自动焊接时序图计数机头运转 HF预熔送丝机头退 t2 t3 t1 t4 t5过程控制工程设计课件15自动TIG焊控制对象在管-管对接全位置自动TIG 焊过程中，控制对象包括控制焊接机头旋转的电机、送丝电机、高频引弧器、晶体管脉冲电源、电磁气阀、水流开关等。系统需控制的焊接参数不仅有开关量，而且还有焊接电流、送丝速度及旋转速度等模拟量。整个系统的焊接过程复杂，整体上是开环控制。过程控制工程设计课件16焊接控制在手动条件下，功能有送丝、退丝、正转、反转以及空转一周，可进行整个焊接设备和焊
6、接环节的调试。空转（不开焊机和送丝机）时，可观察焊枪能否完成预定的运动。在自动焊条件下，可根据管子薄、厚及材料不同而选用不同的焊接方法。本控制箱设有焊一圈不送丝，焊一圈送丝，焊两圈第一圈送丝，第二圈不送丝，以及焊两圈都送丝等不同焊接方法。过程控制工程设计课件17PLC的输入接口点估计 自动输入点：共需自动输入点：共需14个点个点 机头旋转：机头旋转：2 个；个；送丝及抽丝：送丝及抽丝：2 个；个；焊接方式选择：焊接方式选择：4 个；个；焊接电源：焊接电源：1 个；个；记录脉冲数：记录脉冲数：1 个；个；“STOP”急停、急停、“RUN”焊接开始各焊接开始各1个；个；电弧引燃及自动选择各电弧引燃
7、及自动选择各1个。个。焊一圈不送丝，焊一圈送丝，焊两圈第一圈送丝，第二圈不送丝焊两圈送丝焊接方式焊接方式过程控制工程设计课件18PLC的输出接口点估计 输出点：共需8个输出点开焊接电源：1个；机头正转：1个；机头反转：1个；送丝：1个；退丝：1个；状态指示灯：3个。手动灯自动灯应急停灯过程控制工程设计课件19PLC选型由PLC选择I/O接口要求：应留有一定的富裕I/O接口，一般30%左右。本系统选用日本欧姆龙(OMRON)公司生产的C_28P型可编程控制器。输入16点，输出12点。基本指令执行时间417.5s。过程控制工程设计课件20分层采入信号工作原理 采入输入信号采入输入信号 PLC运行运
8、行 层次判别层次判别输入输入 信号信号 作为作为手动手动 信号信号 处理处理 输入信号作为输入信号作为 自动信号处理自动信号处理图图10 10 信号分层采入流程图信号分层采入流程图过程控制工程设计课件21PLC控制系统I/O接口电路 00000001 COM 0002 05000003 COM 0004 05010005 COM 0006 05020007 COM 0008 05030009 COM 0010 05040011 05050012 0506 05070013 COM 0014 05080015 0509 COM 0510NC 0511 COM手动自动驱动电路板焊接电源焊接小车送丝
9、机构指示灯220v24VDC 电源净化器电源输入图图11 PLC11 PLC控制系统控制系统I/OI/O接口电路接口电路 过程控制工程设计课件22系统软件设计软件设计包括两个方面：一是手动控制程序设计二是自动控制程序设计在手动控制时，焊机可完成一系列调试操作，为自动控制做好准备。而自动控制时，焊机可根据不同的焊接方式，选用不同的焊接方法，执行相应的焊接程序。过程控制工程设计课件23 0507 JUMP(04)自控过程 JME(05)手控过程x15梯形图 过程控制工程设计课件24软件设计须注意的问题在自动控制过程中，由于机械或其他的原因，有可能会造成死机现象的发生。解决方法如下：1.PLC内部的
10、WDT溢出来关闭焊接过程，起到保护焊接设备的目的。2.通过计时器的预置值来防止故障发生，当在规定的计数范围内，某个响应不能实现时，关闭焊接过程。3.可通过判断霍尔传感器的输入间隔时间来进行判断，从而达到自动关机的目的。过程控制工程设计课件25锅炉四管爆漏修复采用钨极氩弧焊(TIG焊)自动焊接，是非熔化极惰性气体保护焊，要保证焊缝质量，选择焊接规范参数十分重要。在焊接过程中，焊接电流、焊接速度、送丝速度以及氩气流量是影响焊接质量的关键因素，进行分析并提出选择依据，最后选择焊接规范参数并通过实验加以验证修改。最后给出焊接规范参数。过程控制工程设计课件26我们在薄壁焊管试验曾采用两种焊接方式：一种是
11、快速大电流焊接；一种是慢速小电流焊接。这两种焊接制度，在管材的材质、厚度及其它条件相同情况下，质量有一定的差异。为保证高质量的焊缝及其工艺需要，结合具体实验，选择了慢速小电流焊接，实践证明，效果很好。过程控制工程设计课件27焊接工艺实验结果快速大电流慢速小电流过程控制工程设计课件28焊接工艺实验结论通过焊接工艺实验，说明了自动TIG焊管机通过对焊接规范参数进行合理选择完全可以达到焊接过程稳定，保护效果良好，焊缝质量优良。通过X射线检验及机械性能测试，焊接接头性能完全符合要求。采用自动TIG焊管机后，不仅提高了焊接效率，而且保证了焊接质量。过程控制工程设计课件29结论1.根据所提出的研究要求，设计出了适用于窄小间距的专用焊接机头。2.通过对比分析，选用PLC作为控制系统，设计出了外部接口电路、编制了控制软件。3.通过焊接工艺实验，证明所研制的TIG焊系统可以达到预期的效果。
