МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ КОМПЛЕКС МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СТЫКОВ ТРУБ

Изобретение относится к информационным компьютерным системам и системам управления процессом сварки и может быть использовано в различных отраслях промышленности преимущественно для сварки кольцевых стыков труб большого диаметра магистральных трубопроводов.
Известно устройство управления положением сварочной горелки, содержащее датчик сварочного тока, привод поперечного перемещения горелки, датчик направления отклонения дуги, блок сравнения, привод коррекции высоты горелки (патент РФ №2051015 Кл. B23K 9/10, 1992 г.).
Недостатком данного устройства является отсутствие информации о геометрических параметрах разделки и сборки стыка и как следствие - невозможность использования устройства при многослойной сварке с шириной разделки, предполагающей наличие «ниточных» слоев.
Известна цифровая система слежения за геометрией сварочного стыка, содержащая сварочную головку, установленную на поперечный привод, видеосенсор системы слежения, сварочный источник питания, цифровой блок управления системы, блок управления приводом (журнал «Сварочное производство» №5, 2006 г).
Недостатком данной системы слежения является низкое разрешение видеосенсорного устройства и разница освещенности, что затрудняет анализ формы стыка видеосенсорным устройством.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по техническому решению и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению, взято устройство управления процессом многослойной сварки кольцевых стыков труб, содержащее сварочную головку с закрепленной на ней сварочной горелкой, оптический датчик, видеокамеру, микропроцессорный модуль обработки изображений (патент JP 3787401 B23K 9/095, 2006 г).
Недостатком данного устройства является отсутствие датчиков мгновенных значений тока и напряжения сварки, что приводит к невозможности записи всех параметров процесса в режиме реального времени.
Задачей настоящего изобретения является расширение технологических и функциональных возможностей сварочного автомата за счет реализации наведения на стык сварочной горелки по данным лазерной профилометрии, возможности регулирования и протоколирования в режиме сварки технологических параметров (ток, напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки, размах колебаний).
Техническим результатом является улучшение качества сварных соединений, автоматизация процесса сварки с возможность контроля профиля сборки стыка и поверхности сварного шва, а также протоколирование параметров сварки в режиме реального времени с целью создания базы данных режимов и контроля качества сварного соединения по косвенным параметрам.
Технический результат достигается тем, что в микропроцессорном программно-аппаратном комплексе мониторинга и управления технологическим процессом сварки кольцевых стыков труб, содержащем сварочную головку с закрепленной на ней сварочной горелкой, оптический датчик и микропроцессорный модуль обработки изображения, он дополнительно снабжен датчиком орбитального угла при движении по стыку, датчиком углового положения сварочной головки относительно нормали к поверхности трубы, датчиками тока и напряжения сварки, промышленным компьютером, при этом каждый датчик через соответствующее интерфейсное устройства связан с микропроцессорным блоком управления, передающим информацию в цифровом виде на промышленный компьютер и реализующим законы управления сварочным процессом.
Предложенное конструктивное решение обеспечивает функционирование системы управления, взаимодействие между всеми основными узлами автоматизированной сварочной установки и позволяет по сигналам с датчиков документировать геометрические параметры разделки и сборки стыка, определять режимы сварки и управлять процессом сварки в реальном времени.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что аналоги, характеризующиеся признаками заявляемого изобретения, не обнаружены, из перечня выявленных аналогов подобран прототип, наиболее близкий по совокупности признаков, что позволило определить отличительные признаки заявляемого технического решения. По мнению заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень».
Промышленная применимость микропроцессорного программно-аппаратного комплекса мониторинга и управления технологическим процессом сварки кольцевых стыков труб поясняется чертежом, на котором показана структурная схема микропроцессорного программно-аппаратного комплекса. Устройство содержит промышленный компьютер 1 с установленным проблемно-ориентированным программным обеспечением, пульт оператора 2, микропроцессорный блок управления 3, выносной датчик тока и напряжения 4, сварочный источник питания 5, датчик орбитального угла и углового положения сварочной головки относительно нормали к поверхности трубы 6, многомоторную сварочную головку 7, датчик измерения профиля стыка 8.
Микропроцессорный программно-аппаратный комплекс мониторинга и управления работает следующим образом:
- производится сканирование профиля стыка датчиком измерения профиля стыка 8, информация о профиле передается в микропроцессорный блок управления 3, где производится предварительная обработка;
- цифровая информация о геометрии разделки передается в промышленный компьютер 1, где с помощью проблемно-ориентированного программного обеспечения происходит восстановление фактических параметров разделки кромок и сборки, производится расчет числа слоев, обеспечивающих заполнение разделки в данных координатах; определяются параметры режима сварки для каждого слоя, обеспечивающие получение качественного шва. Информация записывается в командный файл установленного формата;
- информация о параметрах режима из промышленного компьютера 1 передается в микропроцессорный блок управления 3, формирующий и выдающий управляющие команды на исполнительные элементы системы: сварочный источник питания 5 и многомоторную сварочную головку 7;
- производится сварка в соответствии с циклограммами командного файла;
- реальные значения параметров процесса сварки фиксируются выносным датчиком тока и напряжения 4 в зависимости от орбитального угла, определяемого датчиком орбитального угла и углового положения сварочной головки относительно нормали к поверхности трубы 6, и записываются в базу данных (протоколируются).
Таким образом, предлагаемое техническое решение промышленно применимо и может быть использовано преимущественно для сварки кольцевых стыков труб большого диаметра магистральных трубопроводов.