全自动电渣炉电极焊接控制系统的研究与设计

论文摘要

焊接作为先进制造技术的重要组成部分在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。焊接技术的优秀成果在航空航天、核能、船舶、电力、电子、海洋钻探、高层建筑等领域得到了广泛应用。随着科技的发展,国内外在自动焊接技术及装备的数控化与智能化方面已取得突飞猛进的发展与提高。使得焊接质量和焊接速度有了明显的改善和提升。本课题以当今世界应用广泛、发展迅速的焊接技术-气体保护焊技术为基础,结合某钢铁企业电极焊接设备研制项目,根据合理的焊接工艺参数,开发了一套以PLC控制器为核心,并且具有模糊控制功能的计算机控制系统。整个系统采用上、下位机结构：上位机硬件采用SIEMENS公司生产的人机界面,软件采用SIEMENS公司出品的SIMATIC WinCC flexible上位机组态软件,从而实现电极焊接生产过程监控,实时地监视整个运行过程的各个数据及报警信息；下位机硬件采用SIEMENS公司S7-200系列PLC,软件采用STEP7Micro WIN对控制器编程,负责电极焊接生产过程的全部控制动作。整个控制系统网络的数据传输通过MODBUS通信方式,人机界面与PLC系统利用的是PPI通信方式进行数据的传输。本文对全自动电极焊接控制系统的控制方法进行了论述,对影响焊接质量的各种因素进行了分析,采用了在焊接过程中,通过对伺服电机的位置控制来调节焊枪头与焊接工件之间的距离,保证焊接电流恒定的控制方案。同时,针对焊接过程是一个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰较强的系统,且无法确定其精确的数学模型的特点,在传统的PID控制基础上,结合焊接生产的实际情况,对具有模糊控制的PID控制算法在电极焊接控制系统的应用中进行了探讨,得到了比较好的仿真效果,为下一步运用于实际生产打下坚实基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气体保护焊技术简介
• 1.1.1 气体保护焊工作原理
• 1.1.2 气体保护焊的特点
• 1.1.3 气体保护焊的分类
• 1.2 气体保护焊的发展过程与现状
• 1.2.1 国际气体保护焊技术的发展状况
• 1.2.2 国内气体保护焊技术的发展状况
• 1.3 气体保护焊的发展趋势
• 1.3.1 气体保护焊焊接工艺的发展趋势
• 1.3.2 气体保护焊焊接自动化技术与装备的发展趋势
• 1.4 智能控制理论的应用
• 1.5 本课题的目的和研究内容
• 1.6 本文组织结构
• 第2章 电极焊接工艺与设备
• 2.1 电极焊接工艺概述
• 2.1.1 焊接准备期
• 2.1.2 焊接引弧期
• 2.1.3 正常焊接期
• 2.2 焊接系统控制目标
• 2.2.1 扰动因素的解决方案
• 2.2.2 电弧自身特性的解决方案
• 2.3 电极焊接主要设备简介
• 2.3.1 电气设备
• 2.3.2 机械设备
• 2.4 本章小结
• 第3章 电极焊接控制系统功能实现
• 3.1 控制系统基本设计
• 3.2 PLC模块化程序设计
• 3.2.1 焊枪左右行走控制
• 3.2.2 焊枪上下行走控制
• 3.2.3 焊接电流变化控制
• 3.2.4 对其他执行机构的控制
• 3.3 人机界面软件的功能设计
• 3.3.1 人机界面的主要功能
• 3.3.2 报警画面
• 3.3.3 参数设定画面
• 3.3.4 速度监控画面
• 3.3.5 焊接电流趋势图
• 3.4 本章小结
• 第4章 电极焊接控制方法的研究与实现
• 4.1 电弧和焊机外特性介绍
• 4.1.1 焊接电弧的外特性
• 4.1.2 焊机的外特性
• 4.2 电渣炉电极焊接控制策略
• 4.3 常规的PID控制方法
• 4.3.1 常规PID控制原理
• 4.3.2 数字PID控制算法
• 4.3.3 PID控制的特点
• 4.3.4 PID控制的编程实现
• 4.3.5 常规PID控制方式的局限性
• 4.4 模糊控制技术概述
• 4.4.1 模糊控制的提出
• 4.4.2 模糊控制的发展
• 4.4.3 模糊控制的特点
• 4.4.4 模糊控制器的主要类型
• 4.4.5 模糊控制系统的组成
• 4.4.6 模糊控制器的基本原理
• 4.4.7 模糊控制器的基本设计步骤
• 4.5 电渣炉电极焊接模糊PID控制器设计
• 4.5.1 建立模糊PID控制器数据库及模糊化运算处理
• 4.5.2 确定模糊控制规则
• 4.5.3 建立模糊推理制度
• 4.5.4 模糊决策
• 4.5.5 模糊PID控制的计算机系统仿真
• 4.5.6 模糊PID控制算法的实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所参与的项目