DE3202790C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen.

Eine solche Einrichtung ist z. B. aus US 40 63 075 bekannt, wo ein rechnergestütztes Schweißsteuersystem zur Steuerung einer großen Anzahl von Schweißköpfen mittels einer einzigen Verarbeitungseinheit beschrieben wird. Die Verarbeitungseinheit liefert insbesondere die Zeitsteuerung für die verschiedenen Abschnitte des Schweißzyklus, wozu eine Eingabeeinheit zur Adressierung und Änderung der verschiedenen Zeitabschnitte vorgesehen ist. Durch Vorsehen verschiedener Sensorfunktionen ist das System auch zum automatisierten Betrieb innerhalb einer Schweißlinie vorgesehen. Bei dieser Vorrichtung weist die Steuerung für die Schweißwerkzeuge insbesondere eine Wärmesteuerschaltung auf, die die Schweißtemperatur steuert und das Auftreten bestimmter Fehler begrenzt, sowie ein außerplanmäßiges Außerbetriebsetzen der Schweißwerkzeuge erlaubt.

Aus der DE 28 27 794 A1 ist eine digitale Phasenabschnittsteuerung für Punktschweißgeräte bekannt, die den Schweißstrom über elektronische Schalter (Thyristoren) ein- und ausschaltet. Diese Phasenanschnittsteuerung weist eine programmierbare digitale Steuereinrichtung auf. Ferner ist eine Fühlereinrichtung vorgesehen, die beim Stromnulldurchgang am Ende einer jeden Halbperiode ein Signal abgibt, durch das die Steuereinrichtung gestartet wird und das den Zeitabschnitt vom Stromnulldurchgang in jeder Halbperiode bis zur Erzeugung des nächsten Zündsignales bestimmt. Die Steuereinrichtung weist hierzu ein Mikroprozessorschaltfeld, ein Eingang/Ausgang-Schaltfeld, einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen zu schaffen, die eine hochentwickelte, gegliederte Bauweise aufweist, um sie äußerst anpassungsfähig und jedem gegenwärtigen und auch zukünftigen Anspruch gewachsen zu machen. Da sie nämlich programmierbar sein soll, lassen sich die Schweißeigenschaften der Schweißvorrichtungen vollständig verändern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen nach Patentanspruch 1.

In ihrer Grundausführung, d. h. ohne Einsatz von zusätzlichen Karten, ist die vorgeschlagene Einrichtung funktionsmäßig mit der gegenwärtigen Generation der INDIMO-Schweißsteuerungen vergleichbar, obwohl ihre Leistungen wegen der durch die Anwendung eines Mikrorechners entstehenden Möglichkeiten höher sind. Mit dieser Einrichtung kann der Zündwinkel der SCR in Abhängigkeit von der Primärspannung des Schweißtrafos abgeändert werden, um die Energie gleichbleibend zu halten und die Wiederholbarkeit zu garantieren.

Nimmt nämlich die Schweißspannung (500 V) ab, so vergrößert die Schweißsteuerung den SCR-Zündwinkel automatisch, um eine stärkere Stromzufuhr zu erzielen, und zwar natürlich innerhalb gewisser Grenzen.

Eine erste Ausführungsform ist auf nur eine Weise programmierbar, die nachstehend als "0-Modus" bezeichnet wird. Eine zweite Ausführungsform mit ALU-Karte ist auch in den Modi 1, 2, 3 und 4 programmierbar.

Im weiteren werden Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Einrichtung;

Fig. 2 die Schalttafel der Einrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtung;

Fig. 4 bis 12 Blockschaltbilder von elektronischen Bestandteilen der Einrichtung;

Fig. 13 ein Diagramm eines Schweißvorganges;

Fig. 14 eine Schaltung eines Schweißtrafos;

Fig. 15 ein Quantelungsdiagramm einer Halbwelle; und

Fig. 16 ein Diagramm des Zündwinkels und des Verhältnisses zwischen Strom und Spannung.

Nachstehend werden nähere Einzelheiten über die verschiedenen Programm-Modi und die entsprechenden Leistungen geliefert.

Die Einrichtung ist mit 16 verschiedenen, vollständig unabhängigen und nicht an einen Schweißkanal (bzw. an eine besondere Zange) gebundenen Programmen programmierbar. Diese hohe Anzahl zur Verfügung stehender Programme gestattet ein Höchstmaß an Anpassungsfähigkeit beim Unterscheiden der Schweißpunkte. Es ist zum Beispiel im Fall der Steuerung der Zange eines Schweißroboters möglich, die Punkte je nach der Anzahl der zu schweißenden Bleche, der Blechdicke und der Blechart (behandelt oder unbehandelt) sowie je nachdem die Punkte für die Stabilität des Produktes entscheidend (also unbedingt halten müssen) oder weniger wichtig (also eine kleine Anzahl nicht ganz exakt geschweißter Punkte zulässig ist) sind, zu differenzieren.

Ist der Schweißpunkt wesentlich, so ist es zweckmäßig, ihn mit einem anderen Modus als 0 mit engen Toleranzbereichen bei Schweißunregelmäßigkeiten zu programmieren. Ist ein Schweißpunkt weniger entscheidend, so kann er auch mit dem 0-Modus programmiert werden.

Die Kombinationen und Zwischenstellungen sind dabei unzählig. Es läßt sich somit eine Folge unterschiedlich programmierter Schweißpunkte mit verschiedenen Schwellen für die Ausgabe einer Fehlermeldung ausführen. Ein einzelner Punkt kann sich auch einfach durch nur einen Parameter von einem anderen Punkt unterscheiden, und deshalb ist eine so große Anzahl Schweißprogramme erforderlich. Offensichtlich ist die Grundausführung, obwohl sie die Möglichkeit von 16 Schweißprogrammen hat, weniger vielseitig, weil sie nur die Funktion mit dem 0-Modus vorsieht.

Von den 16 Schweißprogrammen haben die letzten vier die Möglichkeit, zur Ausführung von Temperatur-Zeit-Folgen programmiert zu werden. Es ist dadurch möglich, Schweißvorgänge mit höchstens je 6 Impulsen veränderlicher Form zur Bearbeitung von besonderen Werkstoffen auszuführen, die eine solche Behandlung verlangen.

In diesem Fall ist jeder Stromimpuls unabhängig von den anderen Stromimpulsen mit folgenden Parametern programmierbar: Schweißvorgänge (Stromzeit); Ruhevorgänge (Vorhaltezeit); Winkel (Verluststrom); zeitlich zunehmende Spannung (<, positiv) und zeitlich abnehmende Spannung (<, negativ). Bei positiven Steigungen gleichen Durchmessers beginnt der erste Vorgang automatisch bei 87°.

Die Einrichtung besteht aus einem Kasten 10 als Einzelkörper, an dessen Vorderseite sich die Schalttafel 11 (Fig. 2) zum interaktiven Dialog mit der Bedienungsperson über eine Tastatur und eine Anzeigeeinrichtung befindet.

Die in Fig. 2 nur als Beispiel dargestellte Tafel 11 umfaßt folgende Elemente: eine Reihe numerischer Tasten 12, eine Reihe Programmtasten 13, eine Installationstaste 14, eine Reihe Wechselschalter 15, eine LED 16, die das Vorhandensein der Interface-Karte eines Zentralrechners anzeigt, eine LED 17 - Vorhandensein der ALU-Karte (siehe unten), eine LED 18 - Installation, einen LED 19 - Programmiermodus, eine LED 20 - kein Schweißen möglich und eine LED 21 - keine Fehlermeldung möglich. Durch die Maske 22 wird die alphanumerische Abbildung hervorgehoben. Die Funktion jeder Taste der verschiedenen LED wird nachstehend zusammen mit der Arbeitsweise der Einrichtung beschrieben.

An der rückwärtigen Seite des Kastens 10 ist der Hauptverbinder zum Anschluß an der Schweißmaschine angeordnet. Dieser Verbinder wurde aufgrund seiner starken Bauweise, der hohen Anzahl zumutbarer Ein- und Ausschaltungen (<10 000), der hohen Belastungsfähigkeit der Kontakte (8 A), der Isolationsspannung (1500 V) gewählt und ermöglicht den raschen Austausch von defekten Schaltgliedern.

Das mechanische Gehäuse 10, das die ganze Elektronik enthält, ist so gebildet, daß es ein Höchstmaß an Wärmeableitung ermöglicht, um die elektronische Zuverlässigkeit optimal zu gestalten und große Widerstandsqualität zu gewähren.

Die Elektronik der - im 0-Modus arbeitenden - Grundausführung besteht aus 6 Karten: eine MB-Mutterplatte 22 (Mother Board), an der die anderen Karten eingesetzt sind; eine CPU-Karte 23 (Central Processor Unit), an der der Mikrorechner angeordnet ist, der sämtliche Funktionen ausführt; eine PMS-Karte 24 (Program Storage Module), an der der nicht leistungsabhängige CMOS-RAM-Arbeitsspeicher angeordnet ist; eine IOM-Karte 25 (Input/Output Module), an der sich die Optokoppler und die Schaltkreise zum Betrieb der Ein- und Ausgaben von und zum Feld befinden; eine MCP-Karte (Main Control Panel) (in Fig. 1 nicht dargestellt), an der die Tastatur und die Karte der alphanumerischen Anzeigeeinrichtung angeordnet sind; eine MPS-Karte 26 (Main Power Supply).

Wie bereits erwähnt, ist die Einrichtung außerdem zum Einsatz von zusätzlichen Karten ausgelegt, die ihre Verarbeitungsmöglichkeiten und ihre "Intelligenz" erhöhen, sowie eine bessere Schweißwiederholbarkeit beim Ändern der Parameter ermöglichen. Insbesondere sind folgende Karten einsetzbar: eine ALU-Karte 27 (Arithmetic Logic Unit), die die Funktion der Modi 1, 2, 3 und 4 gestattet; eine CI-Karte 28 (Computer Interface), die den Anschluß an einen Zentralrechner ermöglicht und dadurch aus der Schweißsteuerung eine gegenüber einer Hauptverarbeitungsanlage dezentralisierte intelligente Einheit macht. Das Interface kann derart ausgebildet sein, daß z. B. der Anschluß eines Druckers zum Ausdrucken der Fehlermeldungen, der ausgeführten Programme und der Programmierung im allgemeinen möglich ist.

Die vorgeschlagene Einrichtung weist nachstehende besondere Eigenschaften auf:

• 1. 16 Schweißprogramme,
• 2. Möglichkeit der Ausführung von Temperatur-Zeit-Folgen an 4 Programmen,
• 3. Ausgleich des Zündwinkels bei Änderung der Schweißspannung,
• 4. Programmäßiges Einschalten - anstelle des ersten Schweißvorganges bei 87° - der zeitlichen Zunahme der Spannung (im weiteren auch als Aufwärtssteigung bezeichnet) (<); Möglichkeit, die zeitliche Abnahme der Spannung (im weiteren auch als Abwärtssteigung bezeichnet) (<) zu programmieren,
• 5. intelligente Behandlung der Fehlermeldungen, die sich auf das Schweißaggregat beziehen, mit eventueller Aufhebung der Störungen (wenn möglich),
• 6. Meldung fehlerhafter Anlagenteile,
• 7. selbständige Fehlersuche,
• 8. Speicherung eines nicht leistungsabhängigen Bereiches der "Geschichte" der Fehler, d. h., der Zustände des Systems vor dem Auftreten des Fehlers, der Zündungen und der Aufstellungen (Schreiber),
• 9. Dateneingabe über Optokoppler,
• 10. 10 Ausgaben an spannungsfreien Kontakten,
• 11. interaktiver Dialog mit der Bedienungsperson über Tastatur und alphanumerische Anzeigeeinrichtung,
• 12. Schnittstelle für rasche Fehlersuche,
• 13. Selbsttätiges Einstellen bei der Aufstellung, der Schweißeinrichtung,
• 14. gegliederte Bauweise (bei Einsatz zusätzlicher Karten werden zusätzliche Leistungen erzielt),
• 15. Auslegung zum raschen Austausch ohne Neuprogrammierung (leicht herausziehbare PSM-Karte).

Nachstehend werden die Funktionsgrundsätze der Schweißsteuerung beschrieben, und zwar ausgehend von dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild.

Sämtliche Funktionen werden von der CPU-Karte 13 durch den Mikrorechner gesteuert, der dazu einen Arbeitsspeicher mit 256 Bytes, einen C-MOS-RAM-Programmspeicher 31 mit 1 K bzw. 2 K Leistung, je nachdem, ob der vorgesehene Betrieb normal (Modus 0) oder mehrfach (Modi 0, 1, 2, 3, 4) ist, sowie die Betriebs-Software des im EPROM 30 gespeicherten Systems benutzt.

Der im wesentlichen aus einem Mikroprozessor bestehende Mikrorechner erhält am Eingang folgende Signale: die von der Tafel 11 während der Einschreibung der Programme kommenden Daten; die vom RAM-Speicher 31 während der Ausführung des Programmes kommenden Daten; die von außerhalb durch die Eingabe-Ausgabe-Karte 25 (IOM) kommenden Signale; besondere Signale, die den Betriebszustand der Steuerung angeben; sowie selbstverständlich die erforderlichen Speisespannungen.

Seinerseits liefert der Mikrorechner die Steuersignale zum Betrieb der von den anderen Karten zu erfüllenden Funktionen.

Zwischen der MCP-Stirnkarte 32 und der CPU-Karte 23 werden Signale zum interaktiven Dialog zwischen Bedienungsperson und Einrichtung ausgetauscht. Insbesondere gelangen von der Tastatur 11 und vom entsprechenden Codiergerät die von der Bedienungsperson eingegebenen Daten zur CPU-Karte 23, die die den verschiedenen Eingaben entsprechenden Signale zur alphanumerischen Anzeigeeinrichtung schickt.

Die eingegebenen Programme werden im RAM-Speicher 31 an der PSM-Karte 24 gespeichert und dann von der CPU-Karte 23 während der Ausführung abgefragt. Diese zweckmäßig verarbeiteten Daten werden zur IOM-Eingabe-Ausgabe-Karte 25 für die anschließende Weiterleitung zum Kennfeld geschickt. Auf ähnliche Weise gelangen durch dieselbe Karte die von außerhalb kommenden und den Betriebszustand der Schweißanlage anzeigenden Signale zur CPU-Karte zur erforderlichen Verarbeitung.

Die zusätzlichen Karten ALU 27 und Computer-Interface CI 28 tauschen - falls vorhanden - ihre Signale mit der IOM-Eingabe-Ausgabe-Karte 25 aus.

Sämtliche Karten sind schließlich über die MB-Mutterplatte 22 miteinander verbunden, an der auch die Schnittstelle zum Kennfeld angeordnet ist.

Nun wird jede Karte mit ihren Funktionen an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben, die die jeweiligen Blockschaltbilder darstellen.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild der MCP-Stirnkarte 32. Die Tastatur an der Stirnkarte ist in Form einer Matrize mit 4 Zeilen und 8 Spalten gestaltet. Die Abtastung der Zeilen ist durch den Dekodierer 40 gesteuert, der die Zeilenwählsignale von der Tastatur und von der Anzeigeeinrichtung 41 erhält. Sobald ein Zustand mit niedergedrückter Taste 42 eintritt, wird auf einer der Zeilen ein dieser Taste entsprechendes Wort mit 8 Bits zur Anzeigeeinrichtung 41 geschickt.

Seinerseits erhält die Anzeigeeinrichtung 41 Befehle von der CPU-Karte 23 und schickt der CPU-Karte das Signal der verlangten Unterbrechung.

Bei Empfang des Steuerungswähl- bzw. Lesesignals wird die Bussteuerung 43 dazu befähigt, das von der Tastatur 42 kommende Signal zur CPU-Karte zu schicken.

Ist dagegen nur das Schreibsignal vorhanden, so wird das von der CPU-Karte kommende Datum durch den Sende-Empfänger 43 der Abbildungskarte 44 geschickt.

Die zyklische Auswahl von 4 Chips der Abbildungskarte 44 erfolgt durch einen Mehrweg-Dekoder 45, der die Adressen vom Adreßbus 50 am Eingang erhält.

Die Steuersignale des Mehrweg-Dekoders 45 für die Speicherung in der Abbildungskarte 44 werden durch den PROM 46 erzeugt.

Stets an der Stirnkarte nach Fig. 4 befindet sich eine integrierte Schaltung 47 mit 8 Flipflops des D-Types zur Zündung der LED 48 an der Tafel 11.

Die integrierte Schaltung 47 empfängt am Eingang das Steuerwort, und ihr Inhalt wird bei jeder Ausgabe eines speziell dafür vorgesehenen Speicherbefehls entsprechend abgeändert.

Die vier Schalter 15 der Tafel 11 geben Daten über ihren Zustand ab.

Schließlich wird noch darauf aufmerksam gemacht, daß sämtliche von der CPU-Karte kommenden oder zu ihr geschickten Signale auch an einer besonderen Schnittstelle 49 vorhanden sind, die an der Stirnkarte angeordnet ist.

Diese an eine dazu geeignete Einrichtung (Simulator) oder einfach an einen logischen Analysator angeschlossene Schnittstelle wird zur Fehlersuche benutzt.

Die CPU-Karte 23 ist in Fig. 5 dargestellt.

Diese Karte ist das Herz der ganzen Einrichtung und weist einen Mikroprozessor 53 zusammen mit den Steuerkreisen des Datenbus 50, des Adreßbus 50 und des Befehlsbus 51 auf, die je aus dem Datenpuffer 54, dem Adressenpuffer 55 und dem Befehlspuffer 56 bestehen.

Die von der CPU-Karte verwendete Software ist für insgesamt 10 K Bytes in EPROM-Speichern 57 gespeichert.

Diese Speicher sind mit den Bits von A0 bis zu A11 adressiert und ihre Ausgänge sind an den Datenbus 52 angeschlossen.

Als Arbeitsspeicher benutzt die CPU-Karte die 256 Bytes der integrierten Schaltung 58.

An dieser integrierten Schaltung sind ein Zähler 59 und ein Komparator 60 zur Bestimmung des Zündbereiches angeschlossen.

Beim Übergang der Netzspannung zu Null wird der Zähler 59 auf Null gestellt, um dann mit dem von der Zeitachse 61 gegebenen Takt wieder zu zählen anzufangen.

Sobald der Inhalt des Zählers dem von der integrierten Schaltung 58 kommenden und dem von der Bedienungsperson eingestellten Zündwinkel entsprechenden Datum gleich ist, schickt der Komparator 60 dem Mikroprozessor 53 ein Bit zur Erkennung des Zündbereiches.

Gleichzeitig schickt ein Gatter der integrierten Schaltung das Zündbefähigungssignal demjenigen Schaltkreis, der den Impulstrafo 62 in der Außenzündvorrichtung steuert.

Ist außer den Erkennungssignalen des Zündbereiches und der Zündbefähigung auch das Signal für die an den SCR des Detektorschaltkreises 63 anliegende Spannung hoch, so wird der außerhalb angeordnete Impulstrafo 62 zum Zünden der SCR angesteuert.

Das Signal des Zeitachsengenerators 61, das eine Hardware-Steuerung 64 liefert, wird zusammen mit anderen Signalen durch die programmierte Zeitachse erzeugt.

Dieser Kreis ist von zwei stufengeschalteten Zählern gebildet, deren Takt von der integrierten Schaltung 53 bestimmt wird.

Die Ausgänge der Zähler sind die Adresseneingänge eines PROM-Speichers 65, der so programmiert ist, daß er an Flipflops Signale liefert, die denjenigen der Zeitachse entsprechen.

Die Spannung der Primärwicklung des Schweißtrafos wird durch einen an der Maschine angeordneten Fühler auf Niederspannung gebracht und einem Schaltkreis 66 zugeführt, der sie in einen Digitalwert umwandelt, der in einem Register 67 gespeichert wird.

Die Ausgabe dieses Registers an den Datenbus wird von der CPU-Karte zur eventuellen Veränderung des Zündwinkels im Modus 0 verwendet.

Von der äußeren Zündvorrichtung kommen die automatischen cos ϕ-Signale zur Bestimmung durch entsprechende Schaltkreise 63 und 68, ob die Spannung am SCR und die Leistungsspannung an der Schweißanlage anliegen.

Der Feeder 69 liefert eine Wechselspannung von 20 V, die zur Erzeugung einer Vierkantwellenform von 50 Hz bei 69′ dient.

Diese Wellenform wird sowohl nach außen zur Steuerung der Software als auch nach dem Inneren derselben Karte zu einem Schaltkreis geschickt, der bei jedem Nulldurchgang einen Impuls erzeugt.

Die PSM-Programmspeicherkarte ist in Fig. 6 dargestellt. Der RAM-Speicher 70, der zur Speicherung der von der Bedienungsperson eingestellten Programme und als Speicher zur Speicherung der Fehlermeldungen dient, besteht aus 2 Chips zu 1 K 4-Bit-Wörtern, so daß man 1 K 8-Bit-Wörter hat. Bei der Ausdehnung auf die Modi 1, 2, 3, 4 mit der ALU-Karte ist der Einbau eines weiteren 1 K×8 Bits erforderlich.

Zur Speisung und zur Kontrolle der Speicherfunktion empfängt die Karte Signale, die - wie in Fig. 6 kurz zusammenfassend dargestellt - zweckmäßig einander zugeordnet und verwendet werden, um den Lese- bzw. Schreibbefehl und die Speisung zu den Speicher-Chips zu geben.

An der Speicherkarte 70 sind außerdem drei Nachladebatterien mit einer Kapazität von ∼150 mA/h als Pufferbatterien angeordnet. Sie werden während des Betriebes automatisch nachgeladen und haben bei Volladung eine Kapazität für mindestens 2 Monate. Sie erfüllen die Aufgabe, die Speicher während der Zeit zu speisen, in der die Einrichtung ausgeschaltet ist, um zu vermeiden, daß die gespeicherte Information verloren geht. Soll die PSM-Karte für längere Zeit in Stillstand gesetzt werden, so ist es unbedingt notwendig, die Batterien durch den entsprechenden Mikroschalter auszuschalten.

Die IOM-Eingabe-Ausgabe-Karte 25 (Input/Output Module) ist in Fig. 7 dargestellt.

Das wesentliche Element der IOM-Karte ist die programmierbare Anschluß-Schnittstelle 80, die sämtliche durch die Karte zu erfüllenden Funktionen ausführt. Die integrierte Schaltung erhält von der CPU-Karte Steuersignale am Eingang, die vom Ausgang aus den Gattern den beiden Steuerstufen 81 und 82 geschickt werden, die sie an die Ausgabekreise 83 weiterleiten.

Die Eingangssignale aus dem Kennfeld gelangen zu den Eingabeschaltkreisen 84 und von diesen aus zum Interface 80.

Jeder Ausgabeschaltkreis (Fig. 8) besteht aus einer LED 85 auf digitalem elektronischem Niveau (+5 V), die bei Anwesenheit des entsprechenden Signals durch einen Optokoppler 86 und ein Relais 87 gezündet wird.

An jedem Ausgang ist außerdem durch eine Drosselstelle in der Leiterbahn der gedruckten Schaltung eine Sicherung zu 3A vorgesehen (Fehlerortsbestimmung).

Eine Abweichung bedeutet, daß das Relais nicht richtig funktioniert, und daher wird das Signal zum Auslösen des Auftrenners gegeben. Das ist erforderlich, um eventuelle Unfälle wegen eines unerwünschten Schließens der Schweißmagnetventile zu vermeiden. Stimmt nämlich das Signal an den Schweißmagnetventilen nicht, so wird die Schweißarbeit sofort unterbrochen.

Jeder Eingangskreis (Fig. 9) besteht ähnlich wie die Ausgangskreise im wesentlichen aus einem Optokoppler 86 und aus der LED 85, die das Anliegen des entsprechenden Signals auf digitalem elektronischem Niveau (+5 V) am Eingang anzeigt.

Außer den Eingabe-Ausgabekreisen und ihren Steuerstufen weist die Karte auch einen Schaltkreis auf, der eventuelle Betriebsstörungen der Software 89 oder der Hardware 90 kontrolliert.

Schließlich sind an der Karte drei weitere Schaltkreise für folgende Kontrollen und Steuerungen vorhanden:

• - Kontrolle 87 der unzulässigen Netzspannung,
• - Kontrolle 88 der Grenzerwärmung der Steuerung oder des Feeders,
• - Steuerung 91 des Impulstrafos.

In Fig. 11 ist die MPS-Karte 26 (Main Power Supply) dargestellt.

Die Netzspannung wird durch den Netzfilter 96 den beiden Primärwicklungen 97 des Spannungstrafos 98 zugeführt.

An seinen fünf Sekundärwicklungen stehen folgende Spannungen zur Verfügung:

• 1. 9 V-10 A;
• 2. 20 V-4 A;
• 3. 17 V-1 A;
• 4. 17 V-1 A;
• 5. 20 V-0,5 A.

Die ersten vier Spannungen werden ähnlich behandelt, um die gewünschten Werte am Ausgang zu erhalten. Insbesondere wird jede Spannung durch eine Diodenbrücke 100 gleichgerichtet, durch eine Kondensatorengruppe 101 geglättet, durch einen Spannungsausgleichkreis 102 geregelt, und zwar mit Ausnahme der 20-V-Spannung, die darüber hinaus durch einen kapazitiven Ausgangsfilter geglättet und schließlich zur Schnittstelle der Karte geschickt wird. An jedem Ausgang befindet sich außerdem eine LED 104 zur Angabe der An- bzw. der Abwesenheit der entsprechenden Spannung.

Von der fünften Sekundärwicklung wird dagegen die 20-V-Spannung einem quadratischen Gleichrichter 103 und anschließend der Schnittstelle zur zweckmäßigen Anwendung durch die CPU-Karte zugeführt.

Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die in Fig. 11 in gestrichelten Linien eingeschlossenen Teile direkt an der MPS-Karte angeordnet sind. Insbesondere sind die Ausgleichskreise am Wärmeableiter angeordnet, an dem sich der Erkennungsthermistor für zu hohe Temperatur befindet.

Die MB-Hauptplatine 22 (Mother Board) ist der sich am Ende der Einrichtung befindende Sternpunkt. Daran sind die Fassungen, in die die anderen Karten eingesetzt sind, und die Schnittstelle zum Kennfeld hin angeordnet. Die Leiterbahnen ihrer gedruckten Schaltung bewirken die Signalverbindungen mit den anderen Karten.

Die Einrichtung ist zur Aufnahme von zusätzlichen Karten ausgelegt, die ihre Leistungen bezüglich Hardware und Software vermehren. Es handelt sich dabei um zwei Karten:

• - die adaptive ALU-Karte 27 zur Funktion in den Modi 1, 2, 3 und 4;
• - die CI-Rechner-Interface-Karte 28 zur Verbindung mit einem Zentralrechner oder einem Drucker.

Die ALU-Karte (Arithmetic Logic Unit) ist in Fig. 12 dargestellt.

Die ALU-Karte besteht im wesentlichen aus zwei Analogkanälen 110, an die die der Schweißspannung und dem Schweißstrom entsprechenden Signale angelegt werden. Die entstörten Signale werden dem Selbsteinstellungsschaltkreis geschickt und durch geeignete Schaltkreise 112 in numerische Daten umgeformt, die von der integrierten Schaltung 113 verarbeitet werden können, die die Funktion eines Vervielfacher/Akkumulators erfüllt. Die drei Ausgaberegister können durch den die Einrichtung betreibenden Hauptmikrorechner ausgelesen werden.

Die CI-Karte 28 (Computer Interface) ist in Fig. 10 dargestellt.

Die CI-Karte besteht im wesentlichen aus einer programmierbaren Schnittstelle 94, die durch Leitungsschaltvorrichtungen auf das Kennfeld zugreift.

Eine programmierbare Schnittstelle bestimmt die Sende-Empfangsgeschwindigkeit der Leitung.

Das die Außenverbindung betreffende Programm ist in den EPROM-Speichern 95 abgelegt.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Möglichkeit des Zündwinkelausgleichs bei Änderung der Schweißspannung (eigentlicher 0-Modus).

Die Steuerung steuert die Leistungs-SCR am Schweißtrafo und zündet sie während des Schweißvorganges mit einem bestimmten Winkel (Fig. 13).

Der T_VP-Trafo an der Primärwicklung des Schweißtrafos (Fig. 14) nimmt die anliegende Spannung auf, senkt sie auf einem Sicherheitspegel von ∼5 V und schickt sie einem Analog-Digital-Wandler, der sie in eine Zahl mit 8 Bits umformt; dadurch wird die Halbwelle in 256 Spannungspegel gequantelt. Auf ähnliche Weise wird der Winkel von 180° der Halbwelle in 256 Teile eingeteilt, die je ∼0,703° entsprechen (Fig. 15).

Die Steuerung erkennt eine kleinste Spannungsänderung von 1/255 und ändert daher den Zündwinkel um ein zweckmäßig berechnetes Ausmaß ab, damit die der Schweißzange zugeführte Leistung konstant bleibt. In Fig. 16 ist der Zusammenhang zwischen Schweißspannung und Schweißstrom dargestellt.

Es lassen sich dadurch die Übereinstimmung des Winkels in elektrischen Graden mit dem beim Programmieren eingestellten Winkel sowie außerdem die Übereinstimmung des für die Verschiebung zwischen i und v gemessenen cos ϕ mit dem tatsächlichen cos ϕ, die elektrischen Grade und die Winkel tabellarisch ermitteln, denen einige Schweißleistungsanteile entsprechen. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die eingestellten Winkel, die höher als das sind, was 100% der Schweißleistung entspricht, keinen weiteren Beitrag über den Höchstwert hinaus leisten.

Wahlweise hat man mit dem Zündwinkel von 87° am Anfang der Schweißarbeit die Möglichkeit, eine gewisse Anzahl Vorgänge mit Aufwärts-Steigung einzuschalten. Auf ähnliche Weise lassen sich die Abwärts-Steigungen programmieren. Am Anfang zündet also die Steuerung die SCR mit einem kleinen Winkel, um dann bis zu dem in der eingestellten Anzahl Vorgänge programmierten Winkel anzusteigen. Ist zum Beispiel der programmierte Winkel 200 mit zwei Vorgängen mit Aufwärts-Steigung, so berechnet der angeschlossene Rechner die dem eingestellten Betriebswinkel (200) entsprechende Schweißleistung, teilt den ermittelten Wert durch drei und sucht den dieser Leistung entsprechenden Winkel, mit dem dann die SCR im ersten Steigungsvorgang gezündet werden. Für den zweiten Vorgang sucht er den Winkel, dem 2/3 der Gesamtleistung entsprechen, um schließlich im dritten Vorgang, d. h. im Betriebsvorgang, den der Gesamtleistung entsprechenden Winkel zu erreichen.

Dadurch arbeitet die Einrichtung - dank der Anwendung des Mikrorechners - auf bezüglich der Schweißleistung lineare Weise.

Beim Schweißen ist zu vermeiden, daß die Zündung an einem SCR während einer Halbwelle ausfällt und der zweite SCR regelmäßig bei der entgegengesetzten Halbwelle zündet. Kommt so etwas vor, so erfolgt eine Übersteuerung des Trafos mit der Möglichkeit einer schweren Beschädigung der Halbleiterschalter. Die beiden Zündwinkel an der positiven und an der negativen Halbwelle müssen daher unbedingt identisch sein. Wenn das nicht der Fall ist, versucht die Einrichtung, die ausgebliebene Zündung nachzuholen. Erfolgt zum Beispiel beim ersten Schweißvorgang keine Zündung an der einen der beiden Halbwellen, so läßt die Steuerung die nächste Halbwelle durch und versucht, eine neue Zündung an der Halbwelle zu bewirken, die derjenigen entspricht, bei der die Zündung ausgeblieben ist. Das ganze Verfahren wird höchstens fünfmal wiederholt, und danach erfolgt die Fehlermeldung. Bleibt die Zündung beim anschließenden Vorgang aus, so wird das oben erwähnte Verfahren höchstens zweimal wiederholt, um die thermischen Eigenschaften des Schweißpunktes nicht zu verändern.

Am Schweißtrafo sind ein Fühler für den Modus 0 und drei Fühler für die Modi 1, 2, 3 und 4 angeordnet, die die Möglichkeit der Meldung von Störungen der Anlage gewähren. Mit drei Fühlern ist die Fehlersuche selbstverständlich sorgfältiger.

Die Einrichtung ist zur selbständigen Fehlersuche mit entsprechendem Alarm bei Störungen ausgelegt. Die bedeutendsten Prüfungen sind:

• 1. Hardware blockiert: Dieser Alarm wirkt direkt nach außen mit der Ausgabe 010 und befiehlt das Auslösen des Auftrenners, der - wenn er außerhalb angeschlossen ist - die Einrichtung ausschaltet.
• 2. Software blockiert: Gibt die Software nicht alle 40-50 msec die Meldung für ungestörten Betrieb, so wirkt sich dies ähnlich wie beim Fall der blockierten Hardware aus.
• 3. Stromzuführungsstörungen: Die Einrichtung kontrolliert, daß die zugeführte Spannung nicht über einen Bereich von ±15% des Nennwertes hinaus schwankt. Trifft dies zu, so führt sie das eingestellte Programm weiter aus, meldet jedoch die Störung der Anlage.
• 4. CMOS-RAM-Programmspeicher fehlerhaft oder ausgefallen.
• 5. Übertemperatur: Die Einrichtung kontrolliert, daß die Temperatur im Ableiter, an dem die stabilisierten Feeder angeordnet sind, nicht mehr als +100°C und im Inneren der Vorrichtung nicht mehr als +70°C beträgt.

Eine gewisse Anzahl Zellen des nicht leistungsabhängigen RAM-Speichers ist zur Speicherung der Fehlermeldungen, der Zündungen und der Einsätze bestimmt, die während des Betriebes stattfinden. Sie erfüllen die Aufgabe einer Protokolliereinrichtung ähnlich einem "Flugschreiber", damit sich die Zustände der Steuerung vor Auslösung einer Fehlermeldung leichter ausmachen läßt.

Die Einrichtung besitzt 10 Eingangsoptokoppler und 10 Ausgangsoptokoppler an spannungsfreien Kontakten, so daß sich sowohl Dauerlasten bei +24 V als auch Wechsellasten bei 110 V steuern lassen.

Die alphanumerische Anzeigeeinrichtung mit 16 Zeichen und die Tastatur, die sich an der vorderen Tafel befinden, ermöglichen einen interaktiven Dialog zwischen Bedienungsperson und Einrichtung.

Wie erwähnt, kann die Einrichtung nicht nur im Modus 0, sondern auch in den Modi 1, 2, 3 und 4 arbeiten.

Die mit der ALU-Karte versehene Einrichtung weist gegenüber der Grundausführung zusätzliche Möglichkeiten auf, da sie in der Lage ist, den Schweißstrom, die Schweißspannung und die augenblickliche Schweißleistung abzulesen und dabei eine höhere Anzahl Schweißparameter zu steuern.

Es sind folgende, zusätzliche Leistungen möglich:

• - Schweißmodus 0 mit Überwachung der cos ϕ- und Schweißstrombereiche während der Impulsbeharrungsvorgänge, wenn der programmierte Impuls einzeln ist, oder des letzten Impulses, wenn er mehrfach ist.
  Hier wird die Einrichtung zur Erkennung von Falsch-Schweißungen angewandt: Kurzschluß-Schweißung (kein Blech vorhanden), sekundärer Stromkreis defekt oder unterbrochen (die Flechten sind nachzuprüfen oder eventuell auszutauschen, usw.), Ferromagnetika in der Nähe der Schweißanlage, die die Arbeitsbedingungen beträchtlich verändern und den Schweißeffekt beeinflussen.
• - Schweißmodus 1 mit veränderlichem Zündwinkel in Abhängigkeit von der Beständigkeit je Vorgang der beim Schweißen in Wärme aufgebrauchten Energie und fester Anzahl Vorgänge.
  Hier wird die Einrichtung für ein sehr genaues Schweißen mit hoher Wiederholbarkeit bei gleichen Randbedingungen angewandt:
  Blech, Elektroden, usw. In der Regel ergibt sich dabei ein Schweißen, das nach Menge der Vorgänge um 10-20% länger als das entsprechende Schweißen im Modus 0 ist (um die gleiche Wirkung zu erzielen).
• - Schweißmodus 2 mit festem Zündwinkel und veränderlicher Anzahl Vorgänge mit automatischem Stop am Ende der Schweißarbeit.
  Gegenüber den heute handelsüblichen Schweißsteuerungen, die das Ablesen an einem einzelnen Punkt jedes Schweißvorganges vornehmen (normalerweise lesen sie Spannung und Strom ab, wobei di/dt=0), verwendet die erfindungsgemäße Einrichtung sowohl das Strom- als auch das Spannungsintegral und minimiert eventuelle Fehler, die auf Falschablesungen in Zusammenhang mit Störungen zurückzuführen sind.
  Dieser Schweißmodus wird dort angewandt, wo die Randbedingungen veränderlich sind (Anzahl der Bleche, Blechdicke, Elektrodenverschleiß, Leistungsspannungsschwankungen usw.). Bei dieser Schweißform ist es typischerweise möglich, eine Veränderung der Randbedingungen im Verhältnis 1 : 2 (±50%) auszugleichen.
  Beispiel: Man legt die genauen Parameter zum Schweißen von 2 Blechen mit 1,6 mm Dicke aus. Die Automatik wirkt korrekt für drei (1+2) Bleche mit 1,6 mm Dicke, zwei Bleche, das eine mit 1,6 mm und das andere mit 0,8-2,4 mm Dicke. Dieses Verhältnis ist nicht als höchster, sondern als typischer Wert zu verstehen. Weicht das Verhältnis noch weiter ab, so wird das Schweißen natürlich weniger genau ausgeführt, weil sowohl die Größe der Spitze als auch der von den Elektroden ausgeübte Druck abgeändert werden sollten: Diese Parameter lassen sich jedoch nicht durch die Einrichtung steuern.
• - Schweißmodus 3 mit veränderlichem Zündwinkel, um die Schweißstromstärke (STROM-Einstellung) konstant zu halten, und veränderlicher Anzahl Vorgänge mit automatischem Stop am Ende der Schweißarbeit.
  Dieser Schweißmodus wird dort angewandt, wo ein Höchstmaß an Anpassungsfähigkeit verlangt wird: Das typische Anpassungsverhältnis beträgt hier 1 : 1,5 (±66%). Bei schmutzigem und/oder behandeltem Blech (Zinchrometal usw.) wirksam.
  Sind zum Beispiel die Parameter zum korrekten Schweißen von zwei Blechen mit je 1,6 mm Dicke ausgelegt, so ermöglicht der Modus 3 ohne weiteres das Schweißen von zwei Blechen mit je 0,8 mm Dicke bzw. von drei Blechen mit je 1,5 mm Dicke bzw. von vier Blechen mit 1,5+0,8+0,8+0,8 mm Dicke. Gegenüber dem Modus 2 ist hier der Ausgleich des Elektrodenverschleiß weniger wirksam.
• - Schweißmodus 4 mit in Abhängigkeit von der Konstanz der je Vorgang zugeführten Energie veränderlichem Zündwinkel und mit fester Anzahl Vorgänge.
  Dieser Schweißmodus wird dort angewandt, wo die Randbedingungen nicht allzu stark veränderlich sind: Anpassungsverhältnis 1 : 2,5 (±40%), wo eine hohe Wiederholbarkeit erforderlich ist und die Elektroden weniger verschleißanfällig sind (hier wird der Elektrodenverschleiß nicht ausgeglichen). Bei behandeltem Blech (Zinchrometal usw.) wirksam.

Es ist immer möglich, die Steuerung unabhängig von der angewandten Schweißform in den Strombereich und in den cos ϕ einzubauen. Wenn ein angepaßter Modus bei der Strombeständigkeit (3 bzw. 4) angewandt wird, läßt sich eine eventuelle Stromungleichförmigkeit - zum Beispiel ein Kurzschluß-Schweißen - schwer entdecken, weil die Einrichtung automatisch versucht, den normalen Wert wieder herzustellen.

Die Einrichtung mit ALU-Karte ermöglicht die rasche Einstellung bei Typ 1 mit automatischer Erkennung der zugeführten Bleche und Verkürzung der Zuführ- und Druckzeiten bei allen Schweißformen.

Die vorgeschlagene Schweißsteuerung ist eine Einrichtung, die für eine Anschlußleistung von 110 V/50 Hz vorgesehen, jedoch auch in der Ausführung für 115 V/60 Hz lieferbar ist.

Im Inneren der Einrichtung kann für die damit in Berührung kommende Bedienungsperson nur die Speisespannung der Mutterplatte, der MPS-Karte und des Spannungstrafos gefährlich sein.

Jedes von der Software ausgeführte Programm kann in zwei Teile getrennt werden: "Main" und "Dialog".

Diese Einteilung ist aus folgenden Gründen konsequent: Arbeitet nämlich der eine Teil, so kann der andere nicht arbeiten, und umgekehrt. Jeder dieser beiden Teile umfaßt seinerseits Moduln und "Interrupts" mit "Restart", d. h. asynchrone Ereignisse, die in der Lage sind, den Ablauf des ausgeführten Programmteils zu unterbrechen, um eine gewisse Funktion zu erfüllen, und dann das unterbrochene Programm wieder aufzunehmen, ohne den Zustand abzuändern, in dem es sich im Augenblick der Unterbrechung befand.

Der "Main"-Teil ist sowohl mit dem "Dialog"-Teil, als auch mit den dem System eigenen Unterprogrammen verbunden und besteht aus:

• 1. dem eigentlichen Hauptschweißprogramm,
• 2. dem Einbaumodul,
• 3. der Sammlung aller von allen Moduln mit Ausnahme des "Dialog"-Teils aufrufbaren Unterprogrammen,
• 4. dem Modul, das die Betriebsform beschreibt.

Der "Dialog"-Teil umfaßt dagegen:

• 1. dasjenige Modul, das sämtliche einstellbaren und nicht einstellbaren Bereiche der 16 Programme enthält und beschreibt,
• 2. dasjenige Modul, das die im ASCII-Code darzustellenden Meldungen enthält.

In der Grundausführung sind die Software-Anschlüsse zum Einsatz des Software-Moduls, das die sich auf die Modi 1, 2, 3, 4 beziehenden und in der ALU-Karte gespeicherten adaptiven Programme enthält, und zum Einsatz des Software-Moduls vorgesehen, das sich auf den in der CI-Karte enthaltenen interaktiven Dialog mit dem Rechner oder mit dem Drucker bezieht.

Die 16 zur Verfügung stehenden Programme lassen sich je nach dem auszuführenden Schweißverfahren in zwei Gruppen einteilen.

• a) Die erste Gruppe besteht aus den ersten 12 Programmen, die für Schweißarbeiten mit Normalwerkstoffen verwendet werden, wobei jedenfalls alle 16 Programme normal verwendet werden können.
• b) Die zweite Gruppe besteht aus den Programmen 13 bis 16, die für Schweißarbeiten mit Sonderwerkstoffen bestimmt sind. Sie können Temperatur-Zeit-Folgen mit höchstens 6 Sonderimpulsen, jeder mit veränderlicher Form, ausführen.

Die auf der Anzeigeeinrichtung erscheinenden Meldungen lassen sich ebenfalls in zwei Gruppen einteilen:

• - die Meldungen, die während der Programmeinschreibung und während der Programmauslesung erscheinen und sich von der Bedienungsperson einstellen lassen, und
• - die Meldungen, die nur während der Programmauslesung erscheinen und sich auf während der Programmausführung gemessene Werte beziehen.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen mit

• - einer alphanumerischen Anzeigeeinrichtung (41) und einer Tastatur (11, 12, 13, 14, 42) zur Eingabe verschiedener Schweißprogramme,
• - einem Programmspeicher (31) und einem Mikroprozessor (53), wobei der Mikroprozessor (53) von der alphanumerischen Anzeigeeinrichtung (41), der Tastatur (11, 12, 13, 14, 44), einer Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25), einer Stromversorgungseinrichtung und einer den Betriebszustand der Steuerung angebenden Signaleinrichtung, Signale empfängt, wobei ferner vom Mikroprozessor (53) Signale an die alphanumerische Anzeigeeinrichtung (41) angelegt werden, die den Daten der über die Tastatur (11, 12, 13, 14, 44) eingestellten Programme entsprechen, die über die Tastatur (11, 12, 13, 14, 44) eingegebenen Programme in einer Speichereinrichtung (31) gespeichert und während der Ausführung der Programme vom Mikroprozessor gelesen und an die Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25) zum Übertragen an die Schweißzangen übergeben werden, der Mikroprozessor (53) die von der Signaleinrichtung über die Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25) während der Programmausführung angelegten Signale verarbeitet, die den Betriebszustand anzeigen, und der Mikroprozessor (53) im Zusammenwirken mit der Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25), der Stromversorgungseinrichtung und der Signaleinrichtung den Zündwinkel einer Halbleiterschalteinrichtung der Schweißzangen in Abhängigkeit von der Spannung der Primärwicklung (97) eines Schweißtrafos (98) zur Konstanthaltung der von den Schweißzangen abgegebenen Energie verändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Erfassungseinrichtung (27) umfaßt, die mit dem Mikroprozessor (53), dem Programmspeicher (31) und der Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25) verbunden ist, wobei diese Erfassungseinrichtung (27) den Schweißstrom, die Schweißspannung und die augenblickliche Schweißleistung erfaßt, um den Zündwinkel der Halbleiterschalteinrichtung in Abhängigkeit von der Konstanz der während des Schweißvorgangs verbrauchten Energie für eine feste Anzahl von Schweißvorgängen zu verändern, bzw. einen festen Zündwinkel aufrechtzuerhalten und eine veränderliche Zahl der Schweißvorgänge mit einem automatischen Abschalten nach Beendigung der Schweißarbeit zu bewirken, bzw. den Zündwinkel zu verändern, um die Schweißstromstärke konstant zu halten und die Anzahl der Schweißvorgänge zu verändern mit einem automatischen Abschalten nach Beendigung der Schweißarbeit, bzw. den Zündwinkel in Abhängigkeit von der Konstanz des je Schweißvorgang zugeführten Stromes mit einer festen Anzahl von Schweißvorgängen zu bewirken, den Schweißstrombereich und die Schweißstromphase zur Erkennung von Störungen zu überwachen, und zugestellte Zangen automatisch zu erkennen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Schnittstelleneinrichtung (CI) umfaßt, die mit dem Mikroprozessor (53), dem Programmspeicher (31) und der Eingabe-Ausgabe-Einrichtung (25) verbunden ist und die Einrichtung mit einem Zentralrechner und/oder einem Drucker zur Dezentralisierung und/oder Protokollierung der ausgeführten Programme verbindbar ist.