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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Konfiguration einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage.
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Schweißanlagen für eine industrielle Anlage haben in der Regel ein Schweißwerkzeug, wie beispielsweise eine Schweißzange, die von einem Schweißtransformator mit einem elektrischen Schweißstrom versorgt wird. Der Schweißstrom wird mittels einer Schweißsteuerung in Bezug auf insbesondere Größe und Phasenanschnitt, usw. gesteuert und überwacht. Mit Hilfe des Schweißwerkzeugs wird ein Schweißvorgang ausgeführt, der zum Herstellen mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück dient.
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Damit ein Schweißvorgang das gewünschte Ergebnis erzielt, sind an der Schweißanlage eine Vielzahl von Parametern einzustellen, wie beispielsweise die zeitliche Dauer des Schweißvorgangs, die Anzahl der beim Schweißvorgang zu schweißenden Schweißverbindungen, die Koordinaten der beim Schweißvorgang zu schweißenden Schweißverbindungen, die Größe des Schweißstroms, die Größe der vom Schweißwerkzeug auf die Werkstücke aufzubringenden Kraft, die Art der Regelung des Schweißstroms zum Herstellen der jeweiligen Schweißverbindung, wie beispielsweise eine Phasenanschnitt-Regelung, eine Konstant-Strom-Regelung oder eine adaptive Schweißstrom-Regelung, eine für eine Überwachung des Schweißvorgangs auszuwählende Referenzkurve, usw.
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Für einen unerfahrenen Bediener der Schweißanlage, der sich der Vielzahl von auszuwählenden Parametern gegenüber sieht, ist die Einstellung der Schweißanlage für den Betrieb sehr schwierig. Daher ist die Konfiguration der Schweißanlage für eine Inbetriebnahme, insbesondere eine Erstinbetriebnahme, und/oder Neukonfiguration der Schweißvorgänge und/oder Wartung und/oder Schulung gemäß den Wünschen des Bedieners oft nur durch einen Experten möglich oder erfordert eine langwierige und kostenintensive Einweisung des Bedieners. Wird diese eingespart, sind bei einem Umrüsten der industriellen Anlage längere Stillstände der Schweißanlage und damit der industriellen Anlage die Folge. Hierbei können durch eine falsche Konfiguration der Schweißvorgänge Komponenten der Schweißanlage ausfallen und/oder ein höherer Verschleiß und/oder Schäden an der Anlage verursacht werden.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Konfiguration einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein System und ein Verfahren zur Konfiguration einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage bereitgestellt werden, mit welchen ein sicherer Betrieb der Schweißanlage auch für unerfahrene Bediener möglich ist, um Ausfälle von Komponenten der Schweißanlage und/oder der technischen Anlage zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein System zur Konfiguration einer Schweißanlage nach Anspruch 1 gelöst.
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Mit dem System wird für den Bediener die Konfiguration der Schweißanlage vereinfacht. Es ist eine schnelle Heranführung des Bedieners an die Funktionen der Schweißanlage möglich. Hierbei wird der Bediener so durch die Konfiguration der Schweißanlage geführt, dass auch ein unerfahrener Bediener mit der Schweißanlage selbst schweißen kann. Beispielsweise ist eine Erstinbetriebnahme, insbesondere zu Testzwecken im Labor, innerhalb weniger Minuten durchführbar. Dies wird unter anderem auch durch den Überblick über die Möglichkeiten zur Parametrierung ermöglicht, die mit dem System bereitgestellt wird.
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Im Ergebnis ist mit dem beschriebenen System keine langwierige und kostenintensive Einweisung des Bedieners mehr erforderlich, um eine falsche Konfiguration der Schweißvorgänge zu verhindern. Dadurch kann zudem für die Komponenten der Schweißanlage eine höchstmögliche Lebensdauer erzielt werden.
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Infolgedessen trägt das System mit dazu bei, Unterbrechungen eines Produktionsablaufs, in welchem die Schweißanlage eingesetzt ist und neu konfiguriert wird, zu minimieren.
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Aufgrund seiner Ausgestaltung trägt das System darüber hinaus auch zur Prozessoptimierung bei.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Schweißsteuerung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das zuvor beschriebene System kann Teil einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage sein, die zudem ein Schweißwerkzeug zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück, einen Schweißtransformator zum Versorgen des Schweißwerkzeugs mit einem Schweißstrom zur Herstellung der Schweißverbindung.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Konfiguration einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage nach Anspruch 10 gelöst.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das System genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einer Schweißanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, die eine Vorrichtung zum Führen eines Schweißwerkzeugs verwendet; und
- 2 ein Blockdiagramm eines Systems der Schweißanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine industrielle Anlage 1 mit einer Schweißanlage 2. Die industrielle Anlage 1 kann beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw. sein, in welcher metallische Werkstücke 5, 6 durch Schweißen derart verbunden werden, dass eine Schweißverbindung 7 hergestellt wird. Insbesondere kann jedoch eine Schweißverbindung 7 auch nur an einem Werkstück 5 hergestellt werden, indem zwei Ränder des Werkstücks 5 mit der Schweißverbindung 7 miteinander verbunden werden. Die Werkstücke 5, 6 können aus einem beliebigen schweißbaren Material, beispielsweise Stahl, Aluminium, Legierungen davon, usw. gefertigt sein.
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Die Schweißanlage 2 kann insbesondere eine Widerstandsschweißanlage sein. Die Schweißanlage 2 weist eine Schweißsteuerung 10, eine Vorrichtung 20 zum Führen eines Schweißwerkzeugs 21, eine Erfassungseinrichtung 30 und eine Bedienvorrichtung 40 auf. Das Schweißwerkzeug 21 ist insbesondere ein Widerstandsschweißwerkzeug.
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Die Schweißsteuerung 10 hat einen Umrichter 11, eine Steuereinheit 12, eine Parametriereinheit 13, eine Kommunikationseinheit 14 mit einer Eingangsschnittstelle 141 und einer Ausgangsschnittstelle 142, eine Konfigurationseinheit 15 sowie ein Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 kann insbesondere ein Schaltschrank sein, in welchen die Schweißsteuerung 10 eingebaut ist. Die Parametriereinheit 13, die Kommunikationseinheit 14 und die Konfigurationseinheit 15 bilden ein System für die Schweißanlage 2 für die industrielle Anlage 1 gemäß den Ansprüchen. Die nachfolgend beschriebenen Funktionen des Systems sind zumindest teilweise mit Software umsetzbar.
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Die Parametriereinheit 13 dient zur Verwaltung von Parametern der Schweißanlage 2. Derartige Parameter sind beispielsweise die zeitliche Dauer des Schweißvorgangs, die Anzahl der beim Schweißvorgang zu schweißenden Schweißverbindungen, die Größe des Schweißstroms, die Größe der vom Schweißwerkzeug auf die Werkstücke aufzubringenden Kraft, die Art der Regelung des Schweißstroms zum Herstellen der jeweiligen Schweißverbindung, wie beispielsweise eine Phasenanschnitt-Regelung, eine Konstant-Strom-Regelung oder eine adaptive Schweißstrom-Regelung, eine für eine Überwachung des Schweißvorgangs auszuwählende Referenzkurve, usw.
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Zudem können in der Parametriereinheit 13 Daten über die Schweißsteuerung 10 gespeichert sein oder werden, wie Hersteller, Herstelldatum, Hardwareversion, Softwareversion, erfolgte Wartungen, Betriebsdauer, Einschaltanzahl, usw. In der Parametriereinheit 13 sind bei Bedarf zudem interne Grundparameter bzw. Sollwerte eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 21 speicherbar, die entweder ab Werk oder später mit Hilfe der Bedienvorrichtung 40 von einem Bediener eingegeben werden können. Die internen Grundparameter oder Sollwerte können Parameter des Schweißwerkzeugs 21 sein, insbesondere die maximale beim Schweißen auszuübende Anpresskraft des Schweißwerkzeugs 21, der maximale Sekundärstrom und/oder der minimale Sekundärstrom und/oder der Nennsekundärstrom des Schweißtransformators 24, usw.
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Die Parametriereinheit 13 ist beispielsweise als Datenbank ausführbar. Die Parametriereinheit 13 kann jedoch auch nur ein Speicher sein, in welchem die Parameter gespeichert sind. Zumindest in dem letzteren Fall kann die Parametriereinheit 13 zudem zur Speicherung von Erfassungsdaten 31 der Erfassungseinrichtung 30 vorgesehen sein, die über eine Verbindungsleitung 32 an die Schweißsteuerung 10 übertragen und in der Parametriereinheit 13 gespeichert werden.
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Die Vorrichtung 20 ist insbesondere ein Roboter. Die Vorrichtung 20 stellt mit dem Schweißwerkzeug 21 als Schweißverbindung 7 beispielsweise einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht her. Das Schweißwerkzeug 21 kann beispielsweise eine Schweißzange mit mindestens einer Elektrode 22, 23 sein, die über den Umrichter 11 und einen Schweißtransformator 24 mit einem elektrischen Strom zum Schweißen, dem sogenannten Schweißstrom, versorgt werden. Die Elektroden 22, 23 sind beispielsweise mit jeweils einer Elektrodenkappe versehen, die beispielsweise aus Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCrZr) gefertigt ist, wobei jedoch andere Materialien möglich sind.
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Beim Führen des Schweißwerkzeugs 21 mit einem Arm 25 der Vorrichtung 20 wird die Vorrichtung 20 von ihrer Steuereinrichtung 26 gesteuert. Hierfür ist die Steuereinrichtung 25 mit der Schweißsteuerung 10 über eine Kommunikationseinrichtung 27 mit Hilfe einer ersten Verbindungsleitung 28 und einer zweiten Verbindungsleitung 29 verbunden. Über die Verbindungsleitungen 28, 29 können relevante Daten für die Durchführung einer Schweißung mit dem Schweißwerkzeug 21 zwischen der Schweißsteuerung 10 und der Vorrichtung 20, genauer gesagt der Steuereinrichtung 25, ausgetauscht werden. Zudem können Parameter der Steuereinrichtung 26, mit welchen das Schweißwerkzeug 21 gesteuert wird, in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte interne Grundparameter oder Sollwerte sein. Es sind beliebige andere interne Grundparameter und/oder Sollwerte denkbar.
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Die Bedienvorrichtung 40 ist beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. oder deren Kombinationen. Die mindestens eine Bedienvorrichtung 40 kommt insbesondere zur Bedienung der Schweißanlage 2 und/oder zur Parametrierung wie zuvor beschrieben und/oder der Elektrodenpflege des Schweißwerkzeugs 2 und Nachstellung zum Einsatz. Zudem können über die Bedienvorrichtung 40 Hinweise für einen Bediener in Bezug auf den Status der Schweißanlage 2 und/oder einer ihrer zuvor genannten Komponenten ausgegeben werden.
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2 zeigt den Aufbau des Systems 13, 14, 15 genauer, mit welchem der Bediener an der Bedienvorrichtung 40 bedienergeführt durch die Konfiguration der Schweißanlage 2 geleitet wird.
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Über die Kommunikationseinheit 14 wird für den Bediener an der Bedienvorrichtung 40 eine Bedienoberfläche 41 bereitgestellt. Die Konfigurationseinheit 15 dient zur Konfiguration der Schweißanlage 2 zur Durchführung eines bedienerdefinierten Schweißvorgangs. Hierbei ist die Konfigurationseinheit 15 ausgestaltet von der Parametriereinheit 13 verwaltete Parameter aufzurufen 131 bis 134, um beispielsweise die Parameter 131 bis 133 in zumindest zwei aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zuordnungen 411, 412, 413 mittels der Bedienoberfläche 41 für den Bediener anzuzeigen. In der Parametriereinheit 13 werden bei dem Beispiel von 2 noch mehr Parameter verwaltet, die jedoch der Vereinfachung halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen sind.
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Gemäß 2 werden die Parameter 131 bis 133 jeweils als vorbestimmte Zuordnungen 411, 412, 413 nacheinander angezeigt. Hierin ist eine Einstellung für mindestens einen Parameter 131 bis 133 als Grundeinstellung empfohlen. Beispielsweise kann die Zuordnung 411, 412, 413 die Grundeinstellung immer als erste Angabe oder Wert in der Zuordnung 411, 412, 413 anzeigen. Alternativ oder zusätzlich wird die Grundeinstellung in einer vorbestimmten Art der Darstellung, wie beispielsweise der Farbe, als blinkendes Objekt, durch einen dickeren Rahmen, usw. angezeigt.
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Der mindestens eine Parameter 134 wird optional von der Konfigurationseinheit 15 als fest voreingestellter Wert gewählt. Selbstverständlich können mehr als ein, in der Regel bis zu hunderte Parameter anstelle nur eines Parameters 134 optional von der Konfigurationseinheit 15 als fest voreingestellter Wert gewählt werden. Für den mindestens einen Parameter 134 werden von der Konfigurationseinheit 15 nur auf Anfrage des Bedieners mindestens zwei Werte zur Auswahl für den Bediener an der Bedienoberfläche 41 bereitgestellt.
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Das System 13, 14, 15 ist somit interaktiv und gibt verschiedene Einstellmöglichkeiten vor, wie insbesondere die Einstellmöglichkeiten 1311 bis 1313, 1321 bis 1324, 1331 bis 1332, für die Parameter 131 bis 133. In der Regel empfiehlt das System 13, 14, 15 aber immer eine der als Beispiel genannten Einstellmöglichkeiten 1311 bis 1313, 1321 bis 1324, 1331 bis 1332 oder von weniger oder mehr Einstellmöglichkeiten als Default-Einstellung oder Grundeinstellung.
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Hierbei umfasst die jeweilige vorbestimmte Zuordnung 411, 412, 413 bestimmte Möglichkeiten für die Einstellung des jeweiligen Parameters 131 bis 133.
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Bei dem Beispiel von 2 werden drei vorbestimmte Zuordnungen 411, 412, 413 von der Konfigurationseinheit 15 erzeugt und als Möglichkeiten einer Einstellung für den Schweißvorgang an der Bedienoberfläche 41 für den Bediener eine nach der anderen, oder anders ausgedrückt aufeinanderfolgend, angezeigt. Hierbei wird der Bediener gefragt, ob er Änderungen an den Parametern 131 bis 133 bzw. deren Einstellungen bzw. Einstellmöglichkeiten 1311 bis 1313, 1321 bis 1324, 1331 bis 1332 in der jeweiligen angezeigten vorbestimmten Zuordnung, beispielsweise der Zuordnung 411, durchführen möchte. Je nach Eingabe des Bedieners zeigt die Konfigurationseinheit 15 eine nächste vorbestimmte Zuordnung an, beispielsweise die Zuordnung 412. Alternativ wird die Zuordnung 413 angezeigt. Weiter alternativ ist es möglich, dass von den verschiedenen Einstellmöglichkeiten von beispielsweise der Zuordnung 412 nur die Einstellmöglichkeiten 1321, 1322, 1324 angezeigt werden, da die Einstellmöglichkeit 1323 aufgrund der Eingabe des Bedieners bei der vorausgehenden Zuordnung ausgeschlossen ist.
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Der Bediener erhält so Vorschläge, wie er die Schweißanlage 2 in Betrieb nehmen kann ohne tiefergreifende langjährige Erfahrung im Schweißen haben zu müssen und alle Fachbegriffe des Schweißens kennen zu müssen. Da sich der Bediener oft nicht über die Bedeutung der vielen Parameter bewusst ist, ist das System 13, 14, 15 für den Bediener eine große Hilfe bei der Konfiguration der Schweißanlage 2.
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Das System 13, 14, 15 dient dazu, dem Bediener die Bedieneroberfläche 41 bedienerfreundlich näher zu bringen. Der Bediener wird nicht mit beispielsweise hunderten von Parametern überfrachtet, von denen zur Vereinfachung nur die Parameter 131 bis 134 dargestellt sind, sondern wird Schritt für Schritt in die Konfiguration zur Inbetriebnahme für einen Test- und/oder Normalbetrieb oder für Schulungszwecke oder für eine Wartung der Schweißanlage 2 mit dem System 13, 14, 15 eingeführt. Hierbei kann der Bediener immer nur eine Einstellung nach der anderen vornehmen.
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Die Schritte zur Inbetriebnahme und/oder Konfiguration mit Hilfe der Zuordnungen 411, 412, 413 sind nacheinander so aufgebaut, dass automatisch eine sinnvolle Konfiguration und damit Inbetriebnahme für den jeweils gewünschten Zweck erfolgt.
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Hilfreich ist auch, dass ein zweiter Teil der Parameter, beispielsweise der Parameter 134 und/oder weitere Parameter, bereits voreingestellt sind, so dass der Bediener mit dem System 13, 14, 15 nicht alle Schritte zur erfolgreichen Konfiguration der Schweißanlage 2 durchlaufen muss.
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Mittels des Systems 13, 14, 15 ist der Bediener schließlich in der Lage, selbstständig zu schweißen.
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Im Betrieb der Schweißanlage 3 empfängt die Steuereinrichtung 12 und/oder ein Speicher der Parametriereinheit 13 von der Erfassungseinrichtung 30 die Erfassungsergebnisse in Bezug auf Schweißungen, die mit dem Schweißwerkzeug 21 durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung 12 wertet die Erfassungsergebnisse aus. Die Erfassungsergebnisse sind insbesondere Betriebsdaten des Schweißtransformators 24 oder Ist-Werte von Anpresskraft, Schweißstrom, Widerstand beim Schweißen, usw..
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Die Auswerteergebnisse werden der Steuereinrichtung 25 und/oder der Steuereinrichtung 12 für die Steuerung des Schweißwerkzeugs 21 und/oder des Umrichters 11 und/oder des Schweißtransformators 24 zur Verfügung gestellt.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in der Konfigurationseinheit 15 ein Expertenmodus mit mehr Tiefgang bereitgestellt. Damit sind schwierige Aufgabenstellungen für ein Schweißen mit der Schweißanlage 2 zu bewältigen. Beispiele für schwierige Aufgabenstellungen sind die Einstellung von Reglerparametern oder einer unteren oder oberen Reglergrenze etc., spezielle Schweißaufgaben, wie z.B. Dünnblech, Dünnblech mit Nachstellung etc., Einstellung von Transformatorenparametern usw.. Dabei können gegebenenfalls bedienerdefinierte Vorlagen in der Konfigurationseinheit 15 abgelegt sein oder werden.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Teil des Systems 13, 14, 15 extern von der Schweißsteuerung 15 angeordnet.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Systems 13, 14, 15, der Schweißanlage 2 und des bei diesen ausgeführten Verfahrens zur Konfiguration der Schweißanlage 2 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die industrielle Anlage 1 weist möglicherweise anstelle des von der Vorrichtung 20 geführten Schweißwerkzeugs 21 ein Handwerkzeug auf. Die Vorrichtung 20 kann alternativ derart ausgestaltet sein, dass das Schweißwerkzeugs 21 ein handgeführtes Werkzeug ist. Zusätzlich zu einer der genannten Ausführungsvarianten für das Schweißwerkzeug 21 ist es auch denkbar, dass die industrielle Anlage 1 mindestens ein weiteres Werkzeug aufweist, wie ein Schraub-, Bohr- oder Fräswerkzeug, oder Nietwerkzeug oder Schneidwerkzeug oder Toxwerkzeug oder Stanzwerkzeug.
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Die industrielle Anlage 1 kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sein. Die industrielle Anlage 1 kann eine CNC-Steuerung (Computerized Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung) sein. Die industrielle Anlage 1 kann eine Bewegungslogiksteuerung für beispielsweise Transportsysteme oder zur Führung von Werkzeugen, usw. sein oder aufweisen.
