Một số kết quả nghiên cứu tích hợp công nghệ điều khiển chế độ hàn và quỹ đạo xe hàn trong chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống đường kính lớn ở trạng thái không quay

Nguyễn Đình Sao PTN TĐ Hàn và Xử lý bề mặt, Viện Nghiên cứu Cơ khí Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tích hợp điều khiển chế độ công nghệ hàn I, U, V và quỹ đạo xe hàn áp dụn

1

Một số kết quả nghiên cứu tích hợp công nghệ điều khiển chế độ hàn

và quỹ đạo xe hàn trong chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống đường

kính lớn ở trạng thái không quay

TS Hoàng Văn Châu – Giám đốc, Th.S Lục Vân Thương, KS Nguyễn Đình Sao PTN TĐ Hàn và Xử lý bề mặt, Viện Nghiên cứu Cơ khí

Tóm tắt

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tích hợp điều khiển chế độ công nghệ hàn (I, U, V) và quỹ đạo xe hàn áp dụng cho hàn nối ống đường kính lớn ở trạng thái không quay theo nội dung của Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ KC.05.09/06-10: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống có đường kính lớn ở trạng thái không quay” Đã nghiên cứu tích hợp công nghệ điều khiển chế độ hàn và quỹ đạo xe hàn trong chế tạo hệ thống thiết bị hàn

tự động và thiết lập được chế độ công nghệ phù hợp bao gồm các thông số: dòng điện hàn, điện áp hàn, tốc độ hàn, theo các cung trong hệ tọa độ cực trên quỹ đạo của ống để đảm bảo chất lượng và hình dạng mối nối hàn

Ký hiệu

- I: Dòng điện hàn

- U: Điện áp hàn

- V: Tốc độ hàn

- R: Bán kính đường ống hàn

- L: Chiều dài cung hàn

- P: Công suất động cơ điện

1 Mở đầu

Trong quá trình thực hiện, bằng các nghiên cứu thử nghiệm kết hợp với lý thuyết, Đề tài đã nghiên cứu tích hợp công nghệ điều khiển chế độ hàn và quỹ đạo

xe hàn trong chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động, thiết lập và xây dựng được Bộ

cơ sở dữ liệu chế độ công nghệ hàn nối ống đường kính lớn ở trạng thái không quay để áp dụng thử nghiệm trong xây dựng các công trình thuỷ điện vừa và nhỏ phối hợp cùng với Công ty Cơ khí và Lắp máy Sông Đà 9 là cơ sở triển khai chuyển giao công nghệ của Đề tài

2 Nghiên cứu thiết lập phương trình chế độ công nghệ hàn trong hệ tọa độ cực

Từ các kết qủa nghiên cứu thực nghiệm có rất nhiều phương pháp để xác định các phương trình công nghệ cho từng thông số công nghệ hàn riêng biệt, trong đề tài giới thiệu một trong các phương pháp đó Đó là phương pháp bình phương nhỏ

nhất

Phương pháp bình phương nhỏ nhất được dùng để lập công thức thực nghiệm

Để tìm quan hệ hàm số giữa hai đại lượng x và y đã cho bởi các kết qủa đo đạc được khi tiến hành thực nghiệm dưới dạng bảng các trị số tương ứng như sau:

X x1 x2 x3 …… xi xn

Từ bảng số liệu trên tìm ra quan hệ hàm số y = f(x) cụ thể gọi là lập công thức thực nghiệm (Phương trình thực nghiệm) Nói chung không có khả năng tìm ra hàm số f(x) đúng hoàn toàn Ngay cả việc tìm hàm số xấp xỉ của f(x) bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất cũng rất phức tạp nếu không biết trước được dạng của hàm số xấp xỉ

Vì các cặp số (x1, y1), (x2, y2), (xn, yn) nhận được từ kết quả thực nghiệm chỉ

là những giá trị xấp xỉ, do vậy chúng không nghiệm đúng phương trình y = f(x), nghĩa là:

y1 – f(x1) = ξ1

y2 – f(x2) = ξ2

……

yn – f(xn) = ξn

Trong đó ξ1, ξ2, ξn Là các sai số giữa giá trị thực nghiệm và giá tri của phương trình xấp xỉ cần tìm Phương pháp bình phương nhỏ nhất là phương pháp tìm hàm số xấp xỉ f (x) sao cho tổng các bình phương của các sai số nói trên là nhỏ nhất Nghĩa là:

( )2

1

∑

=

= n

i i

S ξ (2.1)

1

f xi

n

=

= (2.2)

là nhỏ nhất

Để giải bài toán trên được thuận lợi, từ bảng số liệu thực nghiệm ta dựng đồ thị theo các số liệu đã có Từ đồ thị dựng được xác định được dạng tổng quát của phương trình cần tìm sau đó dựa vào phương pháp bình phương nhỏ nhất để xác định phương trình (phương trình thực nghiệm)

2.1 Xác định các phương trình công nghệ hàn trong hệ tọa độ cực

2.1.1 Dòng điện hàn

a Đồ thị

Theo đồ thị dòng hàn cho toàn bộ chu vi ống như kết quả hàn thực nghiệm đã cho, ta chuyển thành hệ tọa độ với trục hoành là góc tâm φ như sau

H.1 Đồ thị dòng hàn theo góc tâm φ

3

b Phương trình dòng hàn

Từ đồ thị vẽ theo các số liệu thực nghiệm ta thấy đây là đồ thị hàm số có dạng: y = ax3 + bx2 + cx + d trong đó a, b, c, d là các tham số được xác định bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất

i i=1

S=∑(y − −d cx bx− −ax ) (2.3)

Để S nhỏ nhất a, b, c, d phải thỏa mãn hệ phương trình

2 3 1

2 3 1

1

1

n

i i

n

i i

n

i i

n

i i

S

y d cx bx ax d

S

x y d cx bx ax

c

S

x y d cx bx ax

b

S

x y d cx bx ax

a

=

=

=

=

∂

∂

∂

∂

∑

∑

∑

∑

(2.4)

Sau khi rút gọn ta được

=

=

=

=

= +

+

i i n

i n

i n

i x i c x i d x i y

b

na

1 1 3

1 2

1

i n

i i n

i n

i n

i

n

a∑ ∑ ∑ ∑ ∑

=

=

=

=

=

= +

+ +

1 1 4

1 3

1

2

1

i n

i n

i n

i n

i

n

=

=

=

=

=

= + + +

1 2

1 5

1 4

1

3

1

i n

i n

i n

i n

i

n

=

=

=

=

=

= + + +

1 3

1 6

1 5

1

4

1

Đây là một hệ bốn phương trình bốn ẩn số a, b, c, d Giải hệ phương trình này

ta nhận được a, b, c, d phải tìm

Thay các giá trị xi yi từ bảng thực nghiệm ta có:

a = 6,2 10-6 b = - 632 10-6

c = 0,47 d = 155

Đổi xi yi thành góc tâm φ và dòng điện hàn I, ta có phương trình dòng hàn theo góc tâm φ cho toàn bộ quỹ đạo hàn là:

I = 6,2.10-6 φ 3 – 632.10-6 φ 2 + 0,47 φ + 155 (2.6)

Đây là phương trình công nghệ cho thông số dòng điện hàn trên toàn bộ quỹ đạo hàn (chu vi ống cần nối) đó là một phương trình bậc ba phức tạp rất khó cho việc điều khiển sau này Mặt khác, như trên đã nói đây chỉ là phương trình xấp xỉ gần đúng, do vậy để chính xác hơn và sau này dễ điều khiển hơn ta chuyển thành hệ các phương trình tuyến tính để biểu thị quan hệ giữa dòng hàn I với góc tâm φ

c Hệ phương trình dòng hàn

Từ đồ thị dòng hàn theo góc tâm φ ta nhận thấy có thể thay thế đoạn đồ thị với φ

từ 90 – 1800 bằng đoạn thẳng mà sai số vẫn đảm bảo không vượt quá mức độ cho phép (đoạn thẳng màu đen), do vậy toàn bộ đồ thị được ghép bởi 8 đoạn thẳng, viết phương trình cho đồ thị trên thực chất là viết phương trình cho các đoạn thẳng đó với góc tâm φ thuộc các miền khác nhau

I = C với C=170A và φ thuộc (00 - 300) (2.7)

I=C+0.33(φ-30) với C=170A và φ thuộc (300 - 900) (2.8)

I = I (900) - 0.44 (φ - 90) với φ thuộc (90o – 1800) (2.9)

I = I (900) - (φ -180) với φ thuộc (1800 - 2100) (2.10)

I = I (2100) + 0.33(φ–210) với φ thuộc (2100 - 2400) (2.11)

I = I (2400) + 0.67(φ–240) với φ thuộc (2400-2700) (2.12)

I = I (2700) + 0.33(φ–270) với φ thuộc (2700 – 3300) (2.13)

I = I (3300) với φ thuộc (3300 - 3600) (2.14)

Tóm lại trên toàn bộ quỹ đạo hàn, dòng hàn cần thỏa mãn hệ phương trình sau:

I = C & C = 170A, φ Є [00 - 300]

I = C + 0.33 (φ – 30) & C = 70A, φ Є [300 - 900]

I = I (900) - 0.44 (φ - 90) & φ Є [900 – 1800]

I = I (900) - (φ - 180) & φ Є [1800 – 2100] (2.15)

I = I (2100) + 0.33 (φ - 210) & φ Є [2100 – 2400]

I = I (2400) + 0.67 (φ - 240) & φ Є [2400 - 2700]

I = I (2700) + 0.33 (φ - 270) & φ Є [2700 – 3300]

I = I (3300) & φ Є [3300 - 3600]

2.1.2 Điện áp hàn

Tương tự với cách làm như đối với dòng hàn, với điện áp hàn ta có:

a Đồ thị điện áp hàn

H 2 Đồ thị điện áp hàn theo góc tâm φ

b Phương trình điện áp hàn

Theo các số liệu thực nghiệm ta vẽ được đồ thị điện áp (U) hàn theo góc tâm φ

Ta thấy đây là đồ thị hàm số có dạng y = ax3 + bx2 + cx+ d trong đó a, b, c, d, là các tham số được xác định bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất Tương tự như với dòng hàn ta xác định được:

a = 3,12 10-6 b = 315 10-6

c = 0,055 d = 19,5

Đổi xi yi thành góc tâm φ và điện áp hàn U, ta có phương trình dòng hàn theo góc tâm φ cho toàn bộ quỹ đạo hàn là:

5

U = 3,12.10-6 φ3 - 315.10-6 φ2 + 0,055 φ + 19,5 (2.16)

Đây là phương trình công nghệ cho thông số điện áp hàn trên toàn bộ quỹ đạo hàn (chu vi ống cần nối) đó là một phương trình bậc ba phức tạp rất khó cho việc điều khiển sau này Mặt khác, như trên đã trình bày đây chỉ là phương trình xấp xỉ gần đúng, do vậy để chính xác hơn và sau này dễ điều khiển hơn ta chuyển thành

hệ các phương trình tuyến tính để biểu thị quan hệ giữa điện áp hàn U với góc tâm

φ

c Hệ phương trình điện áp hàn

Từ đồ thị điện áp hàn theo góc tâm φ ta nhận thấy có thể thay thế đoạn đồ thị với

φ từ 1500 – 2100 bằng đoạn thẳng mà sai số vẫn đảm bảo không vượt quá mức độ cho phép (đoạn thẳng màu đen), do vậy toàn bộ đồ thị được ghép bởi 8 đoạn thẳng, viết phương trình cho đồ thị trên thực chất là viết phương trình cho các đoạn thẳng

đó với góc tâm φ thuộc các miền khác nhau

U = C + 0.033(φ – 30) với C = 21V và φ thuộc (300- 900)

(2.18)

U = U (900) - 0.033(φ - 90) với φ Є (900 – 1200) (2.19)

U = U (1200) - 0.05 (φ - 120) với φ Є (1200 - 1500) (2.20)

- Điện áp hàn khi φ từ 150 0 – 210 0

U = U (1500) - 0.025(φ - 150) với φ Є (1500 - 2100) (2.21)

- Điện áp hàn khi φ từ 210 0 - 270 0

U = U (2100) + 0.033(φ - 210) với φ Є (2100 - 2700) (2.22)

- Điện áp hàn khi φ từ 270 0 – 330 0

U (2700) + 0.017 (φ -270) với φ Є (300 – 3300) (2.23)

U = U (3300) với φ Є (3300 - 3600) (2.24)

Tóm lại trên toàn bộ quỹ đạo hàn, điện áp hàn cần thỏa mãn hệ phương trình sau:

U = C & C = 21V, φ Є [00 - 300]

U = C + 0.033 (φ – 30) & C = 21V, φ Є [300 - 900]

U = U(900) - 0.033(φ - 90) & φ Є [900 - 1200]

U = U(1200) - 0.05(φ - 120) & φ Є [1200 - 1500] (2.25)

U = U(1500) - 0.025(φ - 150) & φ Є [1500 - 2100]

U = U(2100) + 0.033(φ - 210) & φ Є [2100 - 2700]

U = U(2700) + 0.017(φ - 270) & φ Є [2700 - 3300]

U = U(3300) & φ Є [3300 - 3600]

2.1.3 Vận tốc hàn

Tương tự với cách làm như đối với dòng hàn Với vận tốc hàn ta có:

a Đồ thị vận tốc hàn

H 3 Đồ thị vận tốc hàn theo góc tâm φ

b Phương trình vận tốc hàn

Từ đồ thị vẽ theo các số liệu thực nghiệm ta thấy đây là đồ thị hàm số có dạng

y = ax3 + bx2 + cx + d trong đó a, b, c, d là các tham số được xác định bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất

n

2 3 2 i

i=1

S=∑(y − −d cx bx− −ax ) (2.26) Với cách giải tương tự như phần tìm phương trình dòng hàn ta có:

a = 2,28.10-6 b = - 229.10-6

c = 0,037 d = 7

Đổi xi yi thành góc tâm φ và tốc độ hàn V, ta có phương trình dòng hàn theo góc tâm φ cho toàn bộ quỹ đạo hàn là:

V = 2,28.10-6φ3 - 229.10-6φ2 + 0,037φ +7 (2.27)

Đây là phương trình công nghệ cho thông số tốc độ hàn trên toàn bộ quỹ đạo hàn (chu vi ống cần nối) đó là một phương trình bậc ba phức tạp rất khó cho việc điều khiển sau này Mặt khác, như trên đã trình bày đây chỉ là phương trình xấp xỉ gần đúng, do vậy để chính xác hơn và sau này dễ điều khiển hơn ta chuyển thành

hệ các phương trình tuyến tính để biểu thị qua hệ giữa tốc độ hàn V với góc tâm φ

c Hệ phương trình vận tốc hàn

Từ đồ thị tốc độ hàn theo góc tâm φ ta nhận thấy toàn bộ đồ thị được ghép bởi 9 đoạn thẳng, viết phương trình cho đồ thị trên thực chất là viết phương trình cho các đoạn thẳng đó với góc tâm φ thuộc các miền khác nhau

V = C với C = 8m/h và φ Є (00 - 300) (2.28)

V = C + 0.033(φ - 30) với C = 8m/h và φ Є (300 - 900) (2.29)

V = V (900) - 0.033 (φ - 90) với φ Є (900 - 1200) (2.30)

V = V (1200) - 0.067 (φ -120) với φ Є (1200 - 1500) (2.31)

- Vận tốc hàn khi φ từ 1500 – 2100

V = V (1500) - 0.033 (φ - 150) với φ Є (1500 - 2100) (2.32)

V = V (2100) với φ Є (2100 - 2400) (2.33)

V = V (2400) + 0.033(φ - 240) với φ Є (3000 - 3300) (2.34)

7

V = V (3000)với φ Є (3000 - 3300) (2.35)

V = V (2400) + 0.033(φ - 330) với φ Є (3300 - 3600) (2.36)

Tóm lại trên toàn bộ quỹ đạo hàn, vận tốc hàn cần thỏa mãn hệ phương trình sau:

V = C & C = 8m/h, φ Є [00 - 300]

V = C + 0.033 (φ – 30) & C = 8m/h, φ Є [300 - 900]

V = V (900) - 0.033 (φ - 90) & φ Є [900 - 1200]

V = V (1200) - 0.05 (φ - 120) & φ Є [1200 - 1500]

V = V (1500) - 0.025 (φ - 150) & φ Є [1500 - 2100] (2.37)

V = V (2100) & φ Є [2100 - 2400]

V = V (2400) + 0.033 (φ - 300) & φ Є [2400 - 3000]

V = V (3000) & φ Є [3000 - 3300]

V = V (3300) + 0.033 (φ - 330) & φ Є [3300- 3600]

2.2 Các thông số công nghệ khác

Từ kết quả thực nghiệm ta thấy các thông số công nghệ khác như: lưu lượng khí bảo vệ, tần số dao động đầu hàn, biên độ dao động và chiều cao điện cực không phụ thuộc vào vị trí mối hàn trên toàn bộ quỹ đạo hàn (đường trong chu vi ống cần hàn) do vậy khi đã chọn được trị số tối ưu của các thông số này, bảo đảm cho hình dáng chất lượng mối hàn, ta giữ nguyên các trị số của các thông số đó, không thay đổi trên toàn bộ đường hàn Nói cách khác các thông số này là hằng số không phụ thuộc vào góc tâm φ

3 Nghiên cứu tích hợp chế độ hàn và tính toán thiết kế điều khiển quỹ đạo xe hàn

3.1 Tính toán mạch điện điều khiển và điện động lực cho các động cơ công suất nhỏ

Từ yêu cầu về thay đổ tốc độ, cũng như độ ổn định về tốc độ động cơ trong từng đoạn hàn thì mạch điện phải phù hợp đáp ứng được các yêu cầu đưa ra

Trong mạch điện này đảm bảo được việc thay đổi tốc độ động cơ một cách vô cấp với độ thay đổi tốc độ tối đa là 1/50 và độ ổn định và độ chính xác của tốc độ động cơ là 2% Tốc độ động cơ hoàn toàn tỷ lệ tuyến tính với điện áp vào phần ứng của động cơ Để giữ cho vận tốc động cơ không đổi, theo điều kiện cân bằng thì cần bổ sung điện áp cấp cho phần ứng của động cơ để bù vào sự thay đổi đó Do vậy sự ổn định tốc độ của động cơ chính là sự ổn định của điện áp cung cấp cho phần ứng của động cơ khi tải thay đổi

Do tất cả các động cơ này đều được chọn với cùng một cấp điện áp là 24VDC, được điều khiển tốc độ vô cấp với cùng nguyên lý nên trên từng mạch chỉ cần tính đến dòng điện cho phù hợp với từng công suất của mỗi một động cơ

+ Với động cơ xe hàn:

Ta có: P = 150 W, U = 24 V

Từ đó: I = P / U = 150 / 24 = 6,25A

Từ dòng điện và điện áp được tính ở trên chọn

- Van điode và thyristor loại 5A có:

+ Iđm = 5 A,

+ Điện áp cho phép 220 V

+ Điện áp xung mở điện áp 4V, độ rộng 10 µs

Động cơ xe hàn, do đặc điểm của công nghệ hàn tự động, động cơ xe hàn thường xuyên chạy theo chiều thuận, sự đảo chiều quay của động cơ xe hàn ít xẩy

ra, do vậy trên mạch điện cung cấp cho động cơ chỉ cần bố trí các tiếp điểm cơ khí của các rơle điện từ Để thuận tiện cho công việc điều khiển và từ dòng điện định mức của động cơ chọn các rơle có thông số:

- Dòng định mức 10A

- Điện áp cuộn hút 24V DC

+ Động cơ cấp dây hàn:

- Biến áp 220 /25.5V – 150W

- Điode và thyristor loại 5A có

+ Iđm = 5 A,

+ Điện áp cho phép 220 V

+ Điện áp xung mở điện áp 4V, độ rộng 10 µs

- Cầu chì đầu vào bảo vệ toàn bộ cho đầu cấp dây hàn CC1 là 2A

- Cầu chì bảo vệ cho động cơ cấp dây hàn là 5ª

Để bảo đảm độ bền cho thiết bị do các động cơ dao động hoạt động phải đảo chiều liên tục do đó trên mạch động lực của động cơ ta bố trí các van bán dẫn để đáp ứng được tần số đảo chiều của động cơ

- Các van bán dẫn có:

+ Điện áp định mức 100V

+ Dòng điện định mức 10A

+ Tần số làm việc 1 KHz

+ Động cơ khử sai lệch đầu hàn:

- Biến áp 220/25.5V – 75W

- Điode và thyristor loại 3 A có

+ Iđm = 3 A,

+ Điện áp cho phép 220 V

+ Điện áp xung mở điện áp 4V, độ rộng 10µs

- Cầu chì đầu vào bảo vệ toàn bộ cho bộ khử sai lệch đầu hàn CC1 là 1A

- Cầu chì bảo vệ cho động cơ khử sai lệch đầu hàn là 3A

Ở mạch này do không cần thay đổi điện áp đầu ra (cố định 24V DC) do vậy không cần có mạch điện tử để mở thyristor

Ngoài ra để thuận tiện cho công việc lắp đặt và sửa chữa sau này, trong tủ điện còn bố trí đèn chiếu sáng nội bộ và ổ cắm 220V- 10A (Các thiết bị này chỉ hoạt động khi cánh cửa tủ điện đã được mở nhờ công tắc cửa tủ)

Từ các phân tích và tính toán trên ta có sơ đồ cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống thiết bị

Từ các bản vẽ thiết kế mạch cung cấp điện cho các thiết bị đã có, dựa vào kích

cỡ và kiểu dáng của các vật tư tiến hành gá lắp các bản vẽ về tủ điện và cũng như các bộ điều khiển cầm tay

9

3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển quỹ đạo xe hàn

Hàn tự động nối ống không quay là hàn nối các đoạn ống với nhau, các đoạn ống này đã được chuẩn bị từ trước và phải đạt được một số các tiêu chuẩn nhất định đảm bảo cho việc hàn tự động

Trong hàn tự động nối ống không quay Ống được hàn nối (vật hàn) là tĩnh tại, còn đầu hàn chuyển động theo chu vi của ống (quỹ đạo cần hàn) Trong khi hàn theo quỹ đạo cần hàn, các thông số công nghệ về hàn phải được tự động thay đổi liên tục theo vị trí của đầu hàn trên quỹ đạo cần hàn cho phù hợp với các phương trình công nghệ, tạo ra đường hàn xung quanh ống được nối đạt được các chỉ tiêu

về chất lượng kỹ thuật và kinh tế Nói một cách khác, các thông số công nghệ hàn thay đổi thường xuyên theo một quy luật công nghệ đã cho sẵn bởi phương trình công nghệ trên mọi điểm thuộc quỹ đạo với một hệ qui chiếu đã được chọn

Để biểu diễn được một cách bao quát nhất cho các loại đoạn ống cần hàn nối, chọn hệ quy chiếu là hệ tọa độ cực với gốc tọa độ là tâm trong của đường ống được hàn nối (tâm hình học, không có trên thực tế)

- Trị số véc tơ chính là bán kính đường ống được hàn nối

Với hệ tọa độ cực đã lựa chọn như trên, với mỗi một bán kính đường ống đã cho (một vật hàn cụ thể) vị trí đầu hàn chỉ có cần một thông số để xác định đó là góc tâm: φ Góc này có trị số từ 0 – 360 so với góc chuẩn φ = 0 mà ta có thể tự đặt

từ trước (góc chuẩn 0)

- Với đường tròn đã được xác định trước, xác định được bán kính R và góc chuẩn 0 Góc tâm φ được xác định theo công thức

trong đó:

+ L: Là độ dài cung

+ R: Bán kính đường tròn

Từ các phân tích trên, tất cả các vị trí của đầu hàn trên toàn bộ chu vi của đường ống cần hàn nối (quỹ đạo cần hàn) đã cho đều được xác định bởi một thông

số đó là góc tâm φ

Như đã biết, tỷ số giữa chu vi đường tròn với bán kính là 2π, đó là một số lẻ Để tiện cho việc tính toán các phương trình công nghệ trong hệ tọa độ cực, các sai số

do số lẻ của π gây ra được dồn vào các cung đầu và cuối (với φ = 0 và φ = 180)

Từ đó chọn góc chuẩn 0 (φ = 0)

Từ góc chuẩn 0 để thuận tiện cho công việc điều khiển một cách tự động và bảo đảm độ chính xác cho việc khép kín chu vi ống (quỹ đạo cần hàn) chọn thêm góc chuẩn thứ hai đối diện với góc chuẩn 0 (φ = 180) Tại các điểm này đặt các công tắc bắt đầu và khép kín quỹ đạo hàn để khử các sai số của phép tính do số lẻ π gây

ra như đã nêu trên

Với góc φ = 0 và φ = 180 như đã chọn ở trên Các thông số về chế độ hàn ở tư thế tại các góc này ít thay đổi do vậy các sai số về trị số các thông số công nghệ hàn theo tọa độ của đầu hàn (sai số góc tâm φ) ít ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn

3.2.1 Cơ sở thuật toán điều khiển hệ thống

Trên toàn bộ quỹ đạo cần điều khiển, trong không gian và theo thời gian được chia nhỏ thành các điểm liên tiếp nhau, trong kỹ thuật điều khiển gọi là các mẫu,

và bộ điều khiển hệ thống thực hiện các công việc theo yêu cầu công nghệ ở tại các

vị trí mẫu đó (theo không gian và thời gian)

Tần số lấy mẫu quyết định độ bám sát của hệ điều khiển với phương trình công nghệ đã định trước qua đó quyết định độ chính xác của hệ thống Thông thường tần

số lấy mẫu càng lớn, số lượng mẫu càng nhiều thì bộ điều khiển càng sát với phương trình công nghệ đã cho và hệ thống càng chính xác Thế nhưng tần số lấy mẫu lại phụ thuộc vào thời gian tính toán của bộ điều khiển và thời gian thực hiện các lệnh điều khiển của các cơ cấu chấp hành, do vậy tần số lấy mẫu là một số có giới hạn không thể tăng quá lớn

Theo tính toán về công nghệ hàn tự động nối ống không quay, và qua các số liệu thực nghiệm thực tế hàn thí nghiệm trên các mẫu ống khác nhau, tìm được các phương trình công nghệ theo hệ tọa độ cực với biến thay đổi là góc tâm φ như đã nêu trên cho các thông số công nghệ hàn như sau:

- Phương trình dòng điện hàn ở dạng tổng quát

I ( φ ) = f1 (φ) (3.2)

Từ bảng thống kê trị số dòng điện hàn trong quá trình hàn thực nghiệm trên nhiều các mẫu thí nghiệm khác nhau, bằng các phương pháp và công cụ toán học khác nhau như xấp xỉ hàm, tiệm cận … ta có được cụ thể phương trình công nghệ cho dòng điện hàn trong hệ tọa độ cực với biến là góc tâm φ

- Phương trình điện áp hàn ở dạng tổng quát

U ( φ ) = f2 (φ) (3.3)

- Phương trình vận tốc hàn (tốc độ hàn) ở dạng tổng quát

Thay vào các phương trình của các thông số công nghệ hàn đã cho ta tính được các sai số của các thông số công nghệ hàn Dựa vào các sai số cho phép của các thông số công nghệ hàn đã cho (theo tiêu chuẩn), và với đường kính các loại ống cần hàn mà nhiệm vụ đề tài đã đưa ra

3.2.2 Lưu đồ điều khiển hệ thống

Lưu đồ này cần đáp ứng được toàn bộ các yêu cầu đã đặt ra Cấu trúc bao gồm:

- Chọn chế độ điều khiển

Để phục vụ cho công việc nghiên cứu và thực hành, chế độ hoạt động của hệ thống thiết bị hàn nối ống không quay được chia thành hai chế độ độc lập nhau + Chế độ tay: Trong chế độ này các thông số công nghệ hàn được người vận hành thay đổi thường xuyên liên tục phụ thuộc vào vào vị trí hiện tại của đầu hàn trong hệ tọa độ cực bằng cách thay đổi các chiết áp điều khiển các thông số công nghệ

+ Chế độ tự động: Trong chế độ này toàn bộ mọi hoạt động của hệ thống thiết bị được điều khiển thay đổi tự động theo một quy trình công nghệ đã được đặt trước Các thông số về công nghệ hàn được trung tâm điều khiển tự động thay đổi thường xuyên phù hợp với phương trình công nghệ của các thông số công nghệ trên toàn bộ các vị trí của đầu hàn nằm trong quỹ đạo hàn

+ Chế độ tự động bao gồm các phần

* Nhập các thông số về vật hàn gồm: đường kính ống hàn, chiều dầy thép chế tạo ống