Рабочая учебная программа по дисциплине «Автоматизация сварочных процессов» для специальности 120500 «Оборудование и технология сварочного производства»
| Вид материала | Рабочая учебная программа |
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Теория сварочных процессов» для специальности, 229.04kb.
- Лекции 68 часов, 381.72kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Сварочные материалы» для специальности 12. 05., 186.3kb.
- Рабочая программа По дисциплине «Оборудование и технология печатных процессов» По специальности, 546.72kb.
- Рабочая учебная программа предмета автоматизация технологических процессов по специальности, 107.25kb.
- Рабочая программа и методические указания к выполнению контрольной работы для заочной, 305.14kb.
- Рабочая программа По дисциплине «Основы производственных процессов» По специальности, 600.12kb.
- Рабочая программа по дисциплине сд. 08 Моделирование систем По специальности 220301, 246.52kb.
- Рабочая программа по дисциплине дс. 01. 06 Надежность систем управления По специальности, 269.67kb.
- Рабочая программа по дисциплине опд. В. 01 Устройства тепловой автоматики По специальности, 187.25kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное агенство по оборазованию
_______________________________________________________________________________
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский институт машиностроения (ВТУЗ – ЛМЗ)
« УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
доцент, к.т.н. А.А.Смирнов
__________________________
« »_____________2004г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Автоматизация сварочных процессов»
для специальности 120500 «Оборудование и технология сварочного производства».
Факультет – Автоматизации заготовительных технологий
Кафедра – «Оборудование и технология сварочного производства»
Для высших учебных заведений
Цикл специальных дисциплин
Квалификация специалиста – инженер.
Объем дисциплины и виды учебной работы
| Виды учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| Общая трудоемкость дисциплины | 85 | VIII | | | |
| Аудиторные занятия | 68 | 68 | | | |
| Лекции | 51 | 51 | | | |
| Практические занятия (ПЗ) | - | - | | | |
| Семинары (С) | - | - | | | |
| Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | | | |
| и /или другие виды аудиторных занятий | - | - | | | |
| Самостоятельная работа | 17 | 17 | | | |
| Курсовой проект (работа) | - | - | | | |
| Расчетно-графические работы | - | - | | | |
| Реферат | - | - | | | |
| и (или) другие виды самостоятельной работы | - | - | | | |
| Виды итогового контроля (зачет, экзамен) | экз. зач. | экз. зач. | | | |
Санкт – Петербург
2004г.
Рабочая учебная программа разработана на основе примерной программы дисциплины «Автоматизация сварочных процессов». Программа одобрена на заседании учебно-методической комиссии УМО по специальности 120500 «Оборудование и технология сварочного производства» 6 февраля 2001 г., протокол № 2.
По дисциплине изучаются основы управления в технических системах, понятия теории автоматического регулирования, элементы автоматики, системы стабилизации горения дуги, программного управления, следящие системы.
Рабочую учебную программу составил канд.техн.наук, доцент Н.Г.Кобецкой.
Рабочая учебная программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» 20.12.04. протокол №04.04.
Зав. кафедрой, канд.техн.наук, доцент К.А.Синяков
« «_____________2004г.
Рабочая учебная программа согласована
Декан факультета ФАЗТ, профессор Л.Ф.Кратович
« «______________2004г.
1. Цели и задачи дисциплины.
1.1. Целью дисциплины является ознакомление студентов с основами автоматики, особенностями, современным состоянием и перспективами автоматизации основных и вспомогательных сварочных операций, связанных со сварочным процессом и изменением пространственного положения изделия и сварочной головки, с особенностями автоматизации сварочных процессов как части комплексной механизации и автоматизации сварочного производства.
- Задачи изучения дисциплины:
- овладение основами автоматики, применимыми для технических систем типа «сварочное оборудование и сварочные технологические процессы»;
- овладение умением провести анализ и выбор известных систем регулирования или произвести их модернизацию применительно к конкретным условиям сварки;
- овладение студентами знаниями основных типов автоматизированного сварочного оборудования;
- овладение умением управлять сварочными процессами с применением средств автоматизации и вычислительной техники.
- Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Дисциплина «Автоматизация сварочных процессов» базируется на знаниях и умениях студентов, полученных ими при изучении высшей математики, электротехники с основами электроники, источников питания для сварки, теории сварочных процессов.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- основы теории автоматического регулирования;
- основные понятия и определения автоматики, ее основные элементы;
- законы и закономерности построения замкнутых и разомкнутых систем автоматического регулирования (САР), особенности их функционирования в различных режимах и для различных объектов управления в сварке;
- характеристики, описывающие статические и динамические свойства САР;
- принципы и методики построения и функционирования элементов и систем стабилизации, систем программного управления и регулирования, следящих систем, микропроцессорных систем управления, робототехнических комплексов;
- основные методики расчета всей САР, а также отдельных ее элементов,
студент должен уметь:
- сформулировать задачу для автоматизации различных сварочных процессов и оборудования на основе анализа требований к качеству сварного соединения, производительности процесса сварки и условий работы сварщика;
- правильно выбрать функциональную, структурную и принципиальную схему системы автоматического управления (САУ);
- рассчитать основные технические параметры системы управления, в том числе и микропроцессорной;
- выбрать основные элементы системы автоматического управления и, исходя из данного выбора, оценить возможность использования существующих средств автоматизации или их модернизации с целью решения поставленной задачи;
- сформулировать техническое задание на разработку новых средств автоматизации сварочных процессов;
- оценить результаты использования САР и сформулировать задачи для ее дальнейшего совершенствования.
- Объем дисциплины и виды учебной работы.
Таблица 1.
| Виды учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| Общая трудоемкость дисциплины | 85 | 8 | | | |
| Аудиторные занятия | 68 | 68 | | | |
| Лекции | 51 | 51 | | | |
| Практические занятия (ПЗ) | - | - | | | |
| Семинары (С) | - | - | | | |
| Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | | | |
| и /или другие виды аудиторных занятий | - | - | | | |
| Самостоятельная работа | 17 | 17 | | | |
| Курсовой проект (работа) | - | - | | | |
| Расчетно-графические работы | - | - | | | |
| Реферат | - | - | | | |
| и (или) другие виды самостоятельной работы | - | - | | | |
| Виды итогового контроля (зачет, экзамен) | экз. зач | экз.зач | | | |
4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Таблица 2.
| № п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ (или С) | ЛР |
| 1 | Введение | 2 | | |
| 2 | Основы управления в технических системах. Основные виды автоматизации. | 2 | | |
| 3 | Основные понятия и определения теории автоматического управления. | 4 | | |
| 4 | Элементы автоматики | 4 | | |
| 5 | Динамика и статика САР | 10 | | 5 |
| 6 | Анализ условий автоматизация сварочных процессов | 2 | | |
| 7 | Свойства объектов автоматизации | 6 | | |
| 8 | Разомкнутые САУ | 4 | | |
| 9 | Системы стабилизации | 4 | | 8 |
| 10 | Системы программного управления и регулирования | 4 | | 4 |
| 11 | Следящие системы | 4 | | |
| 12 | Кибернетические системы управления | 4 | | |
| 13 | Заключение | 1 | | |
| 14 | Домашнее задание – «Расчет автоматического регулятора параметров режима при сварке плавлением» | | 17 | |
4.2. Содержание разделов дисциплины.
4.2.1.Введение. Понятие об автоматике и автоматизации сварочных процессов. Основные направления развития сварочного производства и средств автоматизации для него в России и за рубежом. Этапы автоматизации сварочных процессов. Эффективность автоматизации и ее роль в повышении качества, повышении производительности и улучшении условий труда для различных способов сварки. Специфика и основные трудности и проблемы автоматизации сварочных процессов. Предмет, цель, основные разделы и задачи курса.
4.2.2. Основы управления в технических системах. Основные виды автоматизации. Теории автоматического регулирования и управления.
Основы управления в технических системах. Основные виды автоматизации: автоматическая защита и блокировка, автоматический контроль и мониторинг, автоматическое управление и регулирование.
4.2.3. Основные понятия и определения теории автоматического управления.
САР. Принципы построения САР. Системы компенсации. Классификация САР (на примерах из сварочной техники). Прямое, непрямое, непрерывное и прерывистое регулирование (релейное, импульсное). Системы стабилизации (статические и астатические), программное регулирование, следящие системы. Связные и многомерные системы регулирования. Понятие о кибернетических самонастраивающихся системах. Применение микропроцессорной и цифровой техники в САР.
4.2.4. Элементы автоматики.
Классификация элементов автоматики. Основные параметры датчиков. Характеристики основных типов датчиков, применяемых в сварочной технике: датчики линейных и угловых перемещений, усилий скорости, температуры, оптических и радиоактивных излучений, магнитных и электрических полей и токов. Специфические датчики сварочных процессов. Основные схемы включения датчиков – мостовая, дифференциальная, компенсационная. Элементы цифровых и микропроцессорных устройств в САР. Микропроцессорные контроллеры и однокристальные управляющие ЭВМ. Усилители – магнитные, тиристорные и транзисторные. Исполнительные устройства. Электромеханические приводы с двигателями постоянного и переменного тока. Пневматические и гидравлические привода и исполнительные устройства.
4.2.5. Динамика и статика САР.
Задачи динамики САР. Линейные дифференциальные уравнения динамики САР. Преобразования Лапласа и Фурье. Типовые воздействия. Элементарные динамические звенья и их уравнения: простое, интегрирующее, дифференцирующее, апериодическое, звено 2-го порядка. Понятие о передаточной функции звена и системы. Алгебра передаточных функций, передаточная функция системы последовательно и параллельно соединенных звеньев, а так же звеньев, охваченных обратной связью. Структурные схемы САР и их преобразование. Устойчивость САР. Критерии устойчивости. Характер переходного процесса в зависимости от корней характеристического уравнения. Методика построения переходного процесса. Использование средств вычислительной техники для построения переходных процессов в САР. Корректирующие элементы САР. Точность САР. Линейные и нелинейные системы и их линеаризация. Законы линейного управления. Анализ статики и динамики САР на примере типовой системы дуговой сварки. Статические характеристики регуляторов дуговой сварки и их использование для настройки системы на заданный режим. Надежность САР и методы ее повышения.
4.2.6. Анализ условий автоматизации сварочных процессов.
Особенности сварки как объекта управления. Наблюдаемость и управляемость различных сварочных процессов. Эффективность автоматизации процессов сварки и возможность использования типового сварочного оборудования в САУ. Требования к САУ для сварки. Особенности автоматизации сварочных процессов, как части комплексной механизации и автоматизации сварочного производства.
4.2.7. Свойства объектов автоматизации (регулирования).
Характеристики объектов регулирования (автоматизации) сварочных процессов: электрической сварочной дуги, электрического контакта, электронного луча, лазерного луча и т.д. Анализ возмущающих воздействий при различных способах сварки и роль регулятора в стабилизации процесса. Основные параметры сварочных процессов и методы их измерений. Определение критериальных параметров, характеризующих качество сварочного процесса (глубина проплавления, размер ядра, уровень шлаковой ванны и т.д.). Математические модели для регулирования сварочных процессов на основе теоретических и экспериментально-статистических исследований.
Автоматизация основных сварочных операций, вспомогательных операций, связанных со сварочным процессом и вспомогательных операций, связанных с изменением пространственного положения изделия и сварочного инструмента.
4.2.8. Разомкнутые САУ.
Системы управления источниками питания сварочной дуги. Системы управления переносом металла и термическим циклом в основном металле. Системы управления параметрами процесса контактной и электронно-лучевой сварки.
4.2.9. Системы стабилизации.
САР энергетических параметров дуги при сварке неплавящимся электродом. САР параметров дуги при сварке плавящимся электродом. САР проплавления при дуговой, плазменной и электронно-лучевой сварке. САР контактной сварки.
4.2.10. Системы программного управления и регулирования.
Аналоговые и цифровые системы программного управления. Микропроцессорные контроллеры. Системы программного управления дуговой сваркой плавящимся и неплавящимся электродом. Программное управление контактной сваркой. Программирование параметров режима при электронно-лучевой сварке.
4.2.11. Следящие системы.
Системы направления электрода по стыку при дуговой сварке. Ориентация электрода и направление его по стыку в случае криволинейных швов и расположения швов в криволинейных поверхностях. Копировальные системы, системы с ЧПУ направления инструмента при газовой, лазерной и плазменной резке. Автоматизация направления по стыку электронного луча. Автоматические оптико-телевизионные следящие системы с использованием ЭВМ.
4.2.12. Кибернетические системы управления.
Самонастраивающиеся и экстремальные системы (стыковая сварка оплавлением, дуговая сварка в углекислом газе). Системы с автоматической настройкой установок. Экспертные системы, базы данных и базы знаний. Сварочные роботы. Управляющие ЭВМ для САР сварочных процессов. Использование средств микропроцессорной техники для построения кибернетических САР. АСУ ТП сваркой различных уровней.
- Заключение.
Перспективы развития САР, САУ и автоматизации в целом для сварочных процессов.
- Лабораторный практикум.
Таблица 3.
| № п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ. |
| 1 | 5 | Изучение переходного процесса при ручной дуговой сварке от источника с отрицательной обратной связью по току. |
| 2 | 9 | Изучение динамики переходных процессов сварочного автомата с автоматическим регулятором напряжения на дуге для сварки плавящимся электродом. |
| 3 | 9 | Исследование работы автоматического регулятора тока дуги для сварки неплавящимся электродом. |
| 4 | 12 | Изучение системы программного управления машиной для контактной сварки. |
- Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
5.1. Рекомендуемая литература.
А) Основная литература
5.1.а.1. Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. – М.: Машиностроение, 1982.- 302 с.
5.1.а.2. Справочник по теории автоматического управления/под ред. Красовского А.А. – М.: Наука, 1987. – 712 с.
Б) Дополнительная литература
5.1.б.1. Гладков Э.А., Чернышов Г.Г. Математические модели в задачах расчета и проектирования сварочных процессов.– М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1989. – 170 с.
5.1.б.2. Тимченко В.А., Сухомлин А.А. Роботизация сварочного производства. К.: Техника, 1988. – 175 с.
5.1.б.3. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами.- М.: Машиностроение, 1988.- 352 с.
5.1.б.4. Куркин С.А., Ховов В.М., Рыбачук А.М. Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций: Атлас, М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.
5.1.б.5. Технология и оборудование для контактной сварки/ под ред. Орлова Б.Д. – М.: Машиностроение, 1975 г. –536 с.
5.1.б.6. Сварочное производство. Журнал. М., Машиностроение
5.1.б.7. Автоматическая сварка. Журнал. Киев
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
- Расчетная компьютерная программа SIAM.
- Расчетная компьютерная программа Math Lab.
- Расчетно-графическая компьютерная программа AutoCAD.
- Расчетно-графическая компьютерная программа Robomax.
- Материально-техническое обеспечение дисциплины.
При изучении разделов курса на лекциях для качественной подачи иллюстративного материала применяется IBM – совместимый компьютер с проектором, проецирующим на экран рисунки, схемы, чертежи, осциллограммы и т.д., созданные преподавателем и записанные в память компьютера. Распределение ТСО по разделам программы представлено в таблице.
Таблица 4.
| №п/п | Разделы программы | Применение ТСО |
| 1. | Введение | Обобщенная схема сварочного процесса |
| 2. | Основы автоматического управления. Основные виды автоматизации. | Функциональная схема системы автоматического регулирования. Системы автоматического контроля, управления регулирования. |
| 3. | Основные понятия и определения теории автоматического управления. | Функциональные схемы систем автоматического регулирования по отклонению, возмущению и комбинированные. Схема регулирования генератора по отклонению, возмущению и комбинированная. Функциональные схемы прямого и непрямого регулирования. Функциональные схемы несвязного и связного регулирования. |
| 4. | Элементы автоматики | Конструкции различных датчиков. Элементная база. |
| 5. | Динамика и статика САР | Виды частотных характеристик. Частотные характеристики типовых звеньев. Структурные схемы САР и их преобразование. Характер переходного процесса САР. Алгоритм расчета переходного процесса САР. |
| 6. | Анализ условий автоматизация сварочных процессов | Сварочный процесс как объект управления. |
| 7. | Свойства объектов автоматизации | Характеристики объектов автоматизации (электрической дуги, электрического контакта, электронного луча). |
| 8. | Разомкнутые САУ | Системы управления источниками питания. Системы управления переносом электродного металла и термическим циклом. Системы управления параметрами контактной сварки и ЭЛС. |
| 9. | Системы стабилизации | САР при сварке неплавящимся и плавящимся электродом. Саморегулирование при сварке плавящимся электродом. Системы регулирования проплавлением. |
| 10. | Системы программного управления и регулирования | Системы программного управления плавящимся и неплавящимся электродом, контактной сваркой, ЭЛС. |
| 11. | Следящие системы | Системы направления электрода по стыку. Копировальные системы. Системы ЧПУ направления инструмента. Автоматизация направления электронного луча. Оптико—телевизионные системы слежения. |
| 12. | Кибернетические системы управления | Самонастраивающиеся системы. Компоновка сварочных роботов. Структура микро-ЭВМ. |
8. Экзамены и зачеты
По дисциплине «Автоматизация сварочных процессов» проводится экзамен в конце 8-го семестра. На экзамен выносятся все разделы, составляющие содержание курса лекций. Экзаменационная документация включает в себя перечень вопросов для подготовки к экзамену, охватывающий все темы курса лекций по дисциплине; экзаменационные билеты, содержащие два вопроса каждый. В конце 8-го семестра предусмотрен зачет по лабораторным работам.