blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-5-382-388blackmet-2109Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYРазработка автоматизированного электропривода системы управления двухкоординатным станком сваркиAutomated electric drive for the control system of two-coordinate welding machineЛицинК. В.LitsinK. V.

Лицин Константин Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Мехатроника и автоматизация»

454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Litsin V. Konstantin, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Mechatronics and Automation”

76 Lenina Ave., Chelyabinsk 454080

k.litsin@rambler.ruЦукановА. В.TsukanovA. V.

Цуканов Андрей Витальевич, студент

426359, Оренбургская обл., Новотроицк, ул. Фрунзе, 8

Tsukanov V. Andrei, Student 

8 Frunze Str., Novotroitsk, Orenburg Region 426359

3-06-2000@mail.ruЮжно¬Уральский государственный университетРоссияSouth Ural State UniversityRussian FederationНовотроицкий филиал НИТУ «МИСиС»РоссияNovotroitsk Branch of the National University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202103062021645382388Copyright © Лицин К.В., Цуканов А.В., 20212021Лицин К.В., Цуканов А.В.Litsin K.V., Tsukanov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2109

В статье рассматривается двухкоординатный станок сварки. Подобное оборудование используется с целью получения сварочных швов на различных элементах металлоконструкций высокого качества. Основной недостаток имеющегося оборудования заключается в том, что работа на данном станке в настоящее время выполняется вручную. Это операция является достаточно опасной и монотонной. Кроме того, в качестве основного привода системы используется гидропривод. Обоснована замена гидропривода двухкоординатного станка сварки на электропривод с целью повышения КПД всей системы. Выполнена разработка автоматизированного электропривода двухкоординатного станка сварки закладных, управляемого на базе программируемого логического контроллера. Проведено проектирование электропривода объекта. Реализован выбор необходимых элементов разработанной системы автоматизации. На основе технологического процесса разработан алгоритм, который позволяет автоматизировать процесс сварки закладных. Данный алгоритм предусматривает необходимые меры безопасности, осуществляя самодиагностику на этапе запуска системы. С целью проверки работоспособности разработанного алгоритма выполнено моделирование автоматизированного электропривода с помощью программного обеспечения Matlab Simulink. Система содержит два внутренних и три внешних контура, осуществляющих контроль необходимых параметров: скорости, тока, момента, потокосцепления и усилия. Получены динамические характеристики представленных параметров, подтверждающие работоспособность разработанной системы автоматизированного электропривода. Проведен экономический расчет предлагаемой к внедрению системы автоматизации. Суммарные затраты на модернизацию составят порядка 55 тыс. рублей при сроке окупаемости около одного года.

Two-coordinate welding machine is used to obtain welds on various elements of high quality metal structures. The main disadvantage of the existing equipment is that the work on this machine is currently performed manually. This operation is quite dangerous and monotonous. In addition, hydraulic drive is used as the main drive of the system. Replacement of the hydraulic drive of a two-coordinate welding machine with an electric drive is substantiated in order to increase the efficiency of the entire system. The authors have developed an automated system for a two-coordinate machine for welding embeds, controlled on the basis of a programmable logic controller. A functional diagram of an automated electric drive for such machine was proposed. The design of the object’s electric drive was carried out. The necessary elements of the developed automation system were selected. On the basis of the technological process, an algorithm has been developed that allows automating the process of embeds welding. The developed algorithm provides the necessary security measures, carrying out self-diagnostics at the stage of system startup. In order to check the performance of the developed algorithm, an automated electric drive was simulated using the MATLAB Simulink software. The developed system contains two internal and three external circuits that control the required parameters: speed, current, torque, flux linkage and force. The dynamic characteristics of the presented parameters are obtained, confirming the operability of the developed automated electric drive system. An economic calculation of the automation system proposed for implementation has been carried out. The total costs for the modernization will amount about 55 thousand rubles with a payback period of about one year.

черная металлургиятрубная промышленностьдвигатель переменного токадвухкоординатный станок сваркипреобразо- ватель частотыэлектроприводгидроприводвекторное управлениеferrous metallurgypipe industryAC motortwo-coordinate welding machinefrequency converterelectric drivehydraulic drivevector controlReferencesPancrecious J.K., Ulaeto S.B., Ramya R., Rajan T.P.D., Pai B.C. Metallic composite coatings by electroless technique – A critical review // International Materials Reviews. 2018. Vol. 63. No. 8. P. 488–512. https://doi.org/10.1080/09506608.2018.1506692Pancrecious J.K., Ulaeto S.B., Ramya R., Rajan T.P.D., Pai B.C. Metallic composite coatings by electroless technique – A critical review. International Materials Reviews. 2018, vol. 63, no. 8, pp. 488–512. https://doi.org/10.1080/09506608.2018.1506692Setareh M., Parniani M., Aminifar F. An analytic methodology to determine generators redispatch for proactive damping of critical electromechanical oscillations // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2020. Vol. 123. Article 106301. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106301Setareh M., Parniani M., Aminifar F. An analytic methodology to determine generators redispatch for proactive damping of critical electromechanical oscillations. International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2020, vol. 123, article 106301. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106301Sames W.J., List F.A., Pannala S., Dehoff R.R., Babu S.S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing // International Materials Reviews. 2016. Vol. 61. No. 5. P. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Sames W.J., List F.A., Pannala S., Dehoff R.R., Babu S.S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing. International Materials Reviews. 2016, vol. 61, no. 5, pp. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Wu Q., Xu W., Zhang L. Machining of particulate-reinforced metal matrix composites: An investigation into the chip formation and subsurface damage // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 274. Article 116315. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116315Wu Q., Xu W., Zhang L. Machining of particulate-reinforced metal matrix composites: An investigation into the chip formation and subsurface damage. Journal of Materials Processing Technology. 2019, vol. 274, article 116315. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116315Li Y., Han Q., Horvath I., Zhang G. Repairing surface defects of metal parts by groove machining and wire + arc based filling // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 274. Article 116268. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116268Li Y., Han Q., Horvath I., Zhang G. Repairing surface defects of metal parts by groove machining and wire + arc based filling. Journal of Materials Processing Technology. 2019, vol. 274, article 116268. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116268Yang J., Hu A., Li Y., Chandra Saha D., Yu Z. Heat input, intermetallic compounds and mechanical properties of Al/steel cold metal transfer joints // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 272. P. 40–46. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.05.004Yang J., Hu A., Li Y., Chandra Saha D., Yu Z. Heat input, intermetallic compounds and mechanical properties of Al/steel cold metal transfer joints. Journal of Materials Processing Technology. 2019, vol. 272, pp. 40–46. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.05.004Sames W.J., List F.A., Pannala S., Dehoff R.R., Babu S.S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing // International Materials Reviews. 2016. Vol. 61. No. 5. P. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Sames W.J., List F.A., Pannala S., Dehoff R.R., Babu S.S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing. International Materials Reviews. 2016, vol. 61, no. 5, pp. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Официальный сайт АО «Рифар». Режим доступа: https://rifar.ru/Official site of JSC “Rifar”. Available at URL: https://rifar.ru/Соколов В.А., Саяпин Ю.А., Шестель Л.А. Контроль сварных соединений при сварке труб, сваренных при помощи закладных нагревателей // Техника и технологии машиностроения: Материалы VIII Международной научно-технической конференции. 2019. № 7. С. 131–133.Sokolov V.A., Sayapin Yu.A., Shestel’ L.A. Inspection of welded joints when welding pipes welded with embedded heaters. In: Materials of the VIII Int. Sci. and Tech. Conf. “Engineering and Technology of Mechanical Engineering”. 2019, no. 7, pp. 131–133. (In Russ.).Зыкина Е.А., Букреев М.В., Чепик А.А. Модернизация учебного сварочного оборудования для повышения качества подготовки специалистов сварочного производства в нефтегазовой отрасли // Вестник современных исследований. 2018. № 4.2(19). С. 233–234.Zykina E.A., Bukreev M.V., Chepik A.A. Modernization of educational welding equipment to improve the quality of training of welding specialists in the oil and gas industry. Vestnik sovremennykh issledovanii. 2018, no. 4.2 (19), pp. 233–234. (In Russ.).Buyuk M., Inci M., Tan A., Tumay M. Improved instantaneous power theory based current harmonic extraction for unbalanced electrical grid conditions // Electric Power Systems Research. 2019. Vol. 177. Article 106014. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106014Buyuk M., Inci M., Tan A., Tumay M. Improved instantaneous power theory based current harmonic extraction for unbalanced electrical grid conditions. Electric Power Systems Research. 2019, vol. 177, article 106014.https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106014Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок. М.: РАСХН, 2001. 509 с.Onishchenko G.B. Automated Electric Drive of Industrial Plants. Moscow: RAAS, 2001, 509 p. (In Russ.).Басков С.Н., Лицин К.В., Радионов А.А. Определение углового положения ротора синхронного двигателя в режиме векторноимпульсного пуска // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2014. № 4. С. 3–8.Baskov S.N., Litsin K.V., Radionov A.A. Determination of angular position of synchronous motor rotor in the mode of vector-pulse start. Vesti vysshikh uchebnykh zavedenii Chernozem’ya. 2014, no. 4, pp. 3–8. (In Russ.).Mao H., Xiao J. Real-time conflict resolution of task-constrained manipulator motion in unforeseen dynamic environments // IEEE Transactions on Robotics. 2019. Vol. 35. No. 5. P. 1276–1283. https://doi.org/10.1109/TRO.2019.2924556Mao H., Xiao J. Real-time conflict resolution of task-constrained manipulator motion in unforeseen dynamic environments. IEEE Transactions on Robotics. 2019, vol. 35, no. 5, pp. 1276–1283. https://doi.org/10.1109/TRO.2019.2924556Hong J., Wang Z., Zhang T., Zhang Y., Li Y. Research on integration simulation and balance control of a novel load isolated pure electric driving system // Energy. 2019. Vol. 189. Article 116220. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116220Hong J., Wang Z., Zhang T., Zhang Y., Li Y. Research on integration simulation and balance control of a novel load isolated pure electric driving system. Energy. 2019, vol. 189, article 116220. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116220Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the angular position of the rotor of asynchronous motor by connecting a high-frequency signal in the excitation winding // Proceedings of 2015 Int. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON). 2015. http://doi.org/10.1109/SIBCON.2015.7146993Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the angular position of the rotor of asynchronous motor by connecting a high-frequency signal in the excitation winding. Proceedings of 2015 Int. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON). 2015. http://doi.org/10.1109/SIBCON.2015.7146993Бурулько Л.К., Дементьев Ю.Н. Электрооборудование промышленности. Электроприводы промышленных механизмов и устройств: Учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. 180 с.Burul’ko L.K., Dement’ev Yu.N. Industrial Electrical Equipment. Electric Drives of Industrial Mechanisms and Devices: A tutorial. Tomsk: TPU, 2012, 180 p. (In Russ.).Zhou L., Tokekar P. Sensor assignment algorithms to improve observability while tracking targets // IEEE Transactions on Robotics. 2019. Vol. 35. No. 5. P. 1206–1219. https://doi.org/10.1109/TRO.2019.2920749Zhou L., Tokekar P. Sensor assignment algorithms to improve observability while tracking targets. IEEE Transactions on Robotics. 2019, vol. 35, no. 5, pp.1206–1219. https://doi.org/10.1109/TRO.2019.2920749Стаценко А.В. Модель асинхронного двигателя для анализа энергетических показателей в программной среде MATLAB Simulink // Colloquium-Journal. 2018. № 1–1(12). P. 27–33.Statsenko A.V. Model of an asynchronous motor for analyzing energy performance in the MATLAB Simulink software environment. Colloquium-Journal. 2018, no. 1–1(12), pp. 27–33. (In Russ.).Лицин К.В., Гусев А.А., Ковальчук Т.В. Исследование электропривода системы подачи шлакообразующей смеси в кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок // Известия вузов. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 5. С. 38–43.Litsin K.V., Gusev A.A., Koval’chuk T.V. Electric drive for the system of slag-forming mixture supply into a CCM mold. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. 2018, vol. 61, no. 5, pp. 38–43. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.