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本文以被水流磨蚀的水轮机导叶为研究对象,对其结构、磨损部位进行分析,采用不同的修复工艺分别进行堆焊修复。结合导叶上不同磨损部位的堆焊修复作业的特点,设计了一款适用于水轮机导叶的自动堆焊修复设备。系统使用模糊PID控制为导叶轴的修复提供稳定的转速;采用PLC步进电机定位控制技术,完成了导叶叶片圆弧过渡段和导叶止水面的堆焊修复。使用Simulink仿真软件对PID控制器的参数加以调整,增加系统的响应速度与稳定性。基于HMI的上位机控制界面组态,下位机PLC程序的编写,及硬件系统的设计与选型,搭建了一套稳定可靠,人机友好的操控系统。试验结果表明该控制系统能够控制焊枪在堆焊空间快速响应,精准定位,能够达到对水轮机导叶高效率,高质量修复的要求。本文主要研究内容如下:1.水轮机导叶修复自动堆焊装置控制系统的整体方案提出与整体机械结构的设计。通过分析导叶及磨损部位的结构特点,将磨损部位统分为在导叶轴上和导叶叶片上。提出了导叶轴部磨蚀螺旋堆焊修复,导叶叶片圆弧过渡段焊枪空间曲线移动修复,导叶叶片止水面及其他叶片磨损直线往复修复的自动堆焊修复工艺。2.导叶轴自动堆焊修复的PID控制器的设计与参数整定。通过学习模糊PID控制的原理,结合Simulink仿真软件设计出了模糊PID控制器并调节整定其参数,求得模糊PID控制器的三个参数最优解,通过仿真软件比较了水轮机导叶旋转时的动态特性,对比于模糊控制与PID控制,发现模糊PID控制的响应速度更快、调节时间更短。通过模糊PID调节使水轮机导叶的实际转速始终稳定在设定值,以实现导叶轴磨损部位的自动堆焊。3.系统结合PLC步进电机定位控制的特点,用PLC步进电机定位控制焊枪直线插补运动和圆弧插补运动,实现了焊枪的空间曲线移动用以完成导叶叶片圆弧过渡段的自动堆焊修复。为了实现导叶叶片磨损部位的自动堆焊,以堆焊装置上卡盘端面中心点为原点,建立笛卡尔空间坐标系,通过步进电机步距角、细分数、丝杠机构螺距等信息计算得出焊枪移动1mm,PLC输出脉冲320个。以脉冲数为计数单元,以导叶原尺寸为参考依据,将不同尺寸的导叶圆弧过渡段直线插补段、圆弧插补段起点和终点坐标写入PLC,实现对导叶圆弧过渡段的堆焊修复。导叶叶片上的止水面的堆焊修复通过焊枪往复运动即可修复,最终实现了导叶叶片磨损部位的自动堆焊修复。4.系统上位机HMI控制界面组态,下位机控制器的软件编写及关键硬件选型与设计。利用组态软件,设计了一套适用于导叶修复自动堆焊的操控界面,并设置了手动硬件按钮操控盒,与触摸屏互为备份。本着自动堆焊装置的性能要求,兼顾经济性,选出了关键部件,并设计了控制器PLC与其执行部件的电路连接图,组成了一套可靠稳定的控制系统。5.水轮机导叶修复自动堆焊装置控制系统的调试。利用离线模拟软件检测了梯形图程序的逻辑性,并通过触摸屏端和硬件按钮手动控制盒,对涉及变频电机、步进电机进行启停、正反转点动控制,验证了硬件系统电路连接。通过不同导叶的修复自动堆焊试验,确定了焊机的电压、电流、送丝速度、保护气体流量等关键参数。试验表明系统满足水轮机导叶修复自动堆焊的控制要求。本文设计的水轮机导叶修复自动堆焊装置控制系统定位精度高,运行稳定,易于实现。对水轮机导叶修复的自动化改造提供了技术支持,为企业提高了效益,具有较高的实用和推广价值。