DE2827794A1

DE2827794A1 - Digitale steuerungseinrichtung fuer ein punktschweissgeraet sowie verfahren zur programmierung und steuerung dafuer

Info

Publication number: DE2827794A1
Application number: DE19782827794
Authority: DE
Inventors: Michael Aslin; James Allen Dix; Marvin A Guettel
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1979-01-18
Also published as: MX144544A; US4104724A; SE430862B; IT1109657B; GB2000330A; IT7868511A0; FR2395805A1; JPS5832036B2; AU514846B2; GB2000330B; SE7807280L; FR2395805B1; JPS5445650A; ZA783675B; AU3744578A; CA1128143A; DE2827794C2

Description

Square D Company, Executive Plaza, Park Ridge, Illinois/USA

Digitale Steuerungseinrichtung für ein Punktschweißcrerät sowie Verfahren zur Programmierung und Steuerung dafür

Die Erfindung betrifft eine digitale Steuerungseinrichtung für ein Punktschweißgerät mit tragbarer Schweißzange, bei dem zur Steuerung der Taktzeiten der Schweißfolgen und der in der Schweißstelle erzeugten Wärmemenge eine Schweißtransformator-Last an eine Stromquelle angeschaltet und von dieser wieder abgeschaltet wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Programmierung einer solchen Steuerungseinrichtung für ein bei einer Montagestraße in der AutomobilIndustrie bestimmtes Punktschweißgerät mit tragbarer Schweißzange, das als Hauptsteuerelement eine Mikroprozessor aufweist, dem eine Bedienungselemente zur Vorprogrammierung der Schweißfolge in dem Mikroprozessor, einen Betrieb/Pron^amm-Schlüsselschalter sowie Adressen- und Datendrehknöpfe aufweisende Kontrollbaueinheit zugeordnet ist, durch deren Adressendrehknöpfe jeweils adressierte Speicherplätze in dem Speicher des Mikroprozessors auswählbar und durch dessen Datendrehknöpfe in die mittels der Adressendrehknöpfe ausgewählten Speicherplätze einzugebende Taktzeiten- und Schweißkonstanten-Daten wählbar sind, wobei an der Kontrollbaueinheit ein Eingabe/Rückstelldruckknopf zur Eingabe der gewählten Daten vorhanden ist.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung der Schweißung bei einer digitalen Punktschweißsteuereinrichtung, bei der eine einen bestimmten Leistungsfaktor aufweisende Last zumindest während eines Teiles der

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Ilalbperiode der Wechselspannung bei jeder Schweißung an eine Wechselspannungsquelle angelegt wird.

Tragbare Punktschweißgeräte oder -maschinen werden seit vielen Jahren in der Automobilindustrie verwendet, doch hat die Automatisierung des Schweißvorganges bei Montagestraßen eine Reihe von Problemen bei der ordnungsgemäßen Steuerung der Schweißfolge aufgeworfen. Früher wurden Schweißparameter, wie die Schweißverzögerungszeit (squeeze time), die Schweißzeit, die Wärmemenge, die Abkühlzeit etc., durch eine Bedienungsperson vorprogrammiert, welche auf einer Steuertafel zahlreiche Sätze konzentrischer Schalter und Potentiometer entsprechend einzustellen hatte. Der Einstell- oder Wählerbereich dieser Steuertafel wurde zunehnend überlastet, wodurch sich die Gefahr ergab, daß die Bedienungsperson bei der Einstellung der zahlreichen Schalter und Potentiometer einen Fehler begeht.

Eine andere, bei bekannten Steuerungseinrichtungen- vorhandene Schwierigkeit lag in der Einstellung der Schweißwärmemenge auf einen vorbestimmten Wert. Bei dem Stand der Technik wurder nämlich RC-Zeitverzögerungsglieder verwendet, die in gewissem Maße temperaturabhängig sind, so daß sich die erzielten Zeitverzögerungen mit der Betriebstemperatur beträchtlich veränderten. Außerdem verwendeten bekannte Steuerungseinrichtungen ein kontinuierlich verstellbares Potentiometer, das keine genauen,bekannten Raststellungen aufweist, die kleinen Inkrementen oder Stufen der Schweißwärme, etwa Stufen von 1 % Zu- oder Abnahme der Schweißwärme, entsprechen. Hinzu kommt, daß die Genauigkeit der mit diesen Potentiometern erzielten Wärmemengeeinstellung, abhängig von dem Alter oder der Umgebung, in der die Potentiometer arbeiten, sich oft um mehr als +10% änderte. Auch Einrichtungen, die einen stabilen Oszillator als zeitliches Bezugsglied aufweisen und unter Verwendung integrierter Schaltungen zählen, um damit genaue Zeitverzögerungen zu erzielen, unterliegen

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einer Fehlermöglichkeit, weil die Genauigkeit dieser Einrichtungen von einer stabilen und genauen Bezugsfrequenz abhängt.

Bekannte Schweißsteuerungseinrichtungen haben auch wenig oder nichts auf dem Gebiet der Feststellung von Fehlerquellen beigetragen. Einige Fehlerquellen der Steuerungseinrichtungen sind offensichtlich; sie können rasch diagnostiziert und behoben werden. In einigen Fällen ist aber nicht ohne weitere: ersichtlich, was in der Steuerungseinrichtung tatsächlich fehlerhaft ist. Bei der Produktion auf Montagestraßen kann ein solches Problem, das nicht rasch diagnostiziert werden kann, zu einem teuren Zeitausfall führen, wenn eine Anzahl der tragbaren Schweißzangen zufolge irgendwelcher der möglichen Fehlerquellen in einer Schweißsteuerungeinrichtung außer Betrieb gehen. So kann z. B. die Taktzeit in einer Schweißfolge über die Normaltaktzeit hinausgehen. Einer oder beide Thyristoren in einem Thyristorschalter können Zündaussetzer aufweisen, mit der Folge, daß der Schweißtransformator lediglich halbperiodisch arbeitet und gegebenenfalls gesättigt und beschädigt wird. Ein Anstieg der Schweißtransformatortemperatur über die normale Betriebstemperatur wäre auch wesentlich zu wissen. Auch sollte ein zu kleiner Kühlwasserzustrom zu dem Thyristorschalter, der eine Überhitzung und damit einen Ausfall dieses Schalters hervorrufen kann, zur Kenntnis gebracht werden. Schließlich bilden ein kurzgeschlossener Thyristor oder eine falsche Schweißwärmeeinstellung weitere Betriebsstörungen oder Fehlerquellen, die rasch erkannt und behoben werden müssen.

Ein anderer Fehler bei bekannten Schweißsteuerungseinrich— tungen liegt darin, da3 die Schaltung für die Schweißwärmesteuerung den Nulldurchgang der Spannung als Bezugspunkt für die Erzeugung des Zeitverzögerungssignales nimmt. Dies bedeutet, daß die Steuerungseinrichtung auf den Leistungsfaktor der Anlage abgestimmt werden muß. Die Zeitgabe wird

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bei diesen Steuerungseinrichtungen in der Weise vorgenommen, daß der Nulldurchgang der Spannung,mit einer Korrektur entsprechend 'einem speziellen Leistungsfaktor der Anlage benutzt wird. Bei jeder Installierung einer solchen Steuerung;" einrichtung wird ein Potentiometer der Steuerungseinrichtung so eingestellt, daß die Steuerungseinrichtung an die Anlage angepaßt ist. Wenngleich diese Abstimmung oder Anpassung der Steuerungseinrichtung normalerweise ausreichend ist, so ändert sich doch der Leistungsfaktor oft wegen einer speziellen Stellung der Schweißzange oder wegen einer dynamischen Änderung bei verschiedenen, in der Schweißzange eingespannten Werkstücken. Zu diesen Fällen erhält die Schweißwärmesteuerung einen bestimmten Fehler, weil die Schweißsteuerungseinrichtung nicht in der Lage ist, Änderungen des Leistungsfaktors zu berücksichtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, hier abzuhelfen und eine Steuerungseinrichtung für eine Punktschweißmaschine mit tragbarer Schweißzange, insbesondere für die Automöbilindustrie,_ zu schaffen, bei der Änderungen des Leistungsfaktors der Anlage selbsttätig derart berücksichtigt werden, daß die Wärmemenge an der Schweißstelle von der vorprogrammierten Einstellung nicht abweicht, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die zur Speicherung von Konstanten der Schweißfolge früher erforderlichen Stufen- oder RoIlschalter, Potentiometer · _una Drehschalter entfallen und die Möglichkeit besteht, in der Steuerungseinrichtung auftretende FehlerqueHen festzustellen und anzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte digitale Steuerungseinrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs gekennzeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet, daß sie aus zwei oder drei Baugruppen besteht: eine Schalterbaugruppe, eine Kontroll-

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baugruppe und einen Anschlußkasten. Die Schweißsteuerungseinrichtung verwendet dabei einen 8-Bit-Mikroprozessor als Hauptsteuerelement. Die bekannte Zykluszeit des Mikroprozessors wird dazu verwendet, eine wirkliche Zeitverzögerung zu erzeugen, die ihrerseits für eine Phasenverschiebungswärmemengeregelung benutzt wird. Der Direktzugriffsspeicher (RAM) des Mikroprozessors wird zur Speicherung von konstanten Daten der Schweißfolge verwendet, wie sie früher durch entsprechend eingestellte Rollschalter oder Drehschalter gespeichert worden sind. Die Steuerungseinrichtung kann in ihr bereits vorhandene Signale überwachen und Diagnoseinformationen erzeugen, die in der Steuerungseinrichtung auftretende Fehler anzeigen. Außerdem kann die Steuerungseinrichtung einen Wartungszeit-Zähler und -kompensator enthalten, der in Gestalt einer vierstufigen Schritt- oder Fortschaltsteuerung ausgebildet ist, die dazu verwendet wird, die Schweißwärme nach einer vorbestimmten Anzahl von Schweißungen zu erhöhen, um damit den Elektrodenspitzenverschleiß auszugleichen, der insbesondere beim Schweißen von"galvanisiertem Metall in der Automobilindustrie auftritt. Schließlich kann die Steuerungseinrichtung eine Programmüberprüfung vornehmen, die die Eingabe für die Schweißfolge ungültiger Daten verhindert. Es kann nämlich lediglich in solche Speicherplätze des RAM eingeschrieben werden, die bei der normalen Schweißfolge benützt werden. Die Steuerungseinrichtung verwendet in der Regel eine serielle Informationsübertragung zwischen der Kontrollbaueinheit und dem Mikroprozessor der Schalterbaueinheit.

Bei der Steuerungseinrichtung wird eine digitale Phasenverschiebung zur Regelung der Schweißwärme benutzt, die selbsttätig Veränderungen des Leistungsfaktors der. Anlage berücksichtigt, so daß die Wärmemenge nicht von der programmierten Einstellung abweicht. Wie bereits erwähnt, wird der RAM in dem Mikroprozessor der Steuerungseinrichtung dazu ausgenutzt, die konstanten Daten der Schweißfolge zu speichern, die früher

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durch entsprechende Einstellungen von Rollschaltern, Potentiometern oder Drehschaltern gespeichert werden mußten, welche häufig wegen ihrer bloßen großen Anzahl oder wegen des möglichen Ausfalles der Schaltverbindungen zwischen den Schaltern Schwierigkeiten hinsichtlich der Betriebssicherheit ergaben. Außerdem kann die Steuerungseinrichtung früher schwer zu diagnostizierende und behebende Fehlerquellen identifizieren und anzeigen, wodurch Ausfall und Wartungszeiten der Steuerungseinrichtung auf ein Minimum reduziert werden.

Durch die Verwendung der seriellen Informationsübertragung zwischen der Kontrollbaueinheit und dem Mikroprozessor wird die Notwendigkeit zusätzlicher Treiber und Empfängerstufen zwischen der Kontrollbaueinheit und dem Mikroprozessor wesentlich herabgesetzt, was in gleichem Maße für die dazu erforderliche Leistung gilt. Wie bereits erwähnt, kann die digitale Steuerungseinrichtung in verschiedene Baugruppen zusammengefaßt sein, von denen jede eine oder mehrere herausnehmbare Schaltungskarten aufweist, die mit der- zugeordneten Baugruppe durch Steckverbindungen verbunden sind, so daß eine fehlerhafte Baugruppe oder eine deren Schaltungskarten in der Weise einfach gewartet werden können, daß sie einfach durch eine andere Baugruppe oder eine andere Schaltungskarte ersetzt wird.

Das eingangs genannte Verfahren zur Programmierung des digitalen Teils der Steuerungseinrichtung sowie das andere Verfahren zur Steuerung der Schweißung sind gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 7 bzw. 9.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine digitale Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Blockdarstellung unter Veranschaulichung der Verbindungen zwischen den einzelne Baueinheiten,

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Fig. 2 einen Teil der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1, teilweise in schematischer Blockdarstellung unter Veranschaulichung einiger elektrischer Schaltungsteile,

Fig. 3 die Frontplatte der Kontrollbaueinheit der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1, in einer Draufsicht,

Fig. 4 ein Prograiranarbeitsblatt in Gestalt einer Karte entsprechend der Adressenprograminkarte auf der Kontrollbaueinheit nach Fig. 3 für die Steuerungseinrichtung nach Fig. 1, in der Draufsicht,

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Eingänge und Ausgänge des Mikroprozessors der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 6 ein Schaltbild des Netz-Schaltfeldes der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 7 ein Schaltbild des Thyristorschalters der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 8a Strom- bzw. Spannungs/Zeitdiagramme zur Erläuterung der automatischen Leistungsfaktor-Regelung der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 9A Diagramme zur Veranschaulichung der Spannungswellen

bis 9 C

und davon abgeleiteter Signale bei der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1

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Die in Fig. 1 dargestellte digitale Schweißsteuereinrichtung 10 kann in jeder industriellen oder kommerziellen oder sonstigen Anlage Verwendung finden. Sie ist an eine Stromquelle, etwa an eine Wechselstromquelle 12, angeschlossen, welche Netzleitungen L1, L2 aufweist, die in bekannter Weise über einen Netzschalter 14 angeschlossen sind. Die Netzleitung L2 ist mit der Primärwicklung des Schweißtransformators verbunden; die Netzleitung L1 ist an die Primärwicklung des Schweißtransformators über einen Thyristorschalter 16 angeschlossen, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Außerdem sind die Netzleitungen Ll, L2 auf der Schalterseite über ein Kabel 7PL mit einem Netzschaltfeld 18 verbunden, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht. Das Netzschaltfeld 18 steht mit dem Thyristorschalter 16 über ein Netzkabel 6PL in Verbindung. Ein Logikschaltfeld 20 weist ein Mikroprozessor-Schaltfeld 22 und ein Eingang/Ausgang-Schaltfeld 24 auf, die durch ein Kabel 8PL miteinander verbunden sind. Das Mikroprozessor-Schaltfeld 22 enthält einen Acht-Bit-Mikroprozessor bekannter Bauart, der im einzelnen nicht dargestellt ist und etwa der Type "Motorola M68OC sein kann. Der Acht-Bit-Mikroprozessor verfügt über Festwertspeicherregister, welche das organisatorische Programm enthalten, über Speicher mit direktem Zugriff (RAM), in denen die Programmkonstanten der Schweißfolge enthalten sind, über Eingangs/Ausgangs-Register sowie über verschiedene Tor- und Verstärkungsschaltungen, welche die erwähnten, integrierten Schaltungen des Mikroprozessors in an sich bekannter Weise miteinander verknüpfen. Das Mikroprozessor-Schaltfeld 22 weist außerdem eine Batterie auf, die dazu dient, die in dem Sp eicherregister (RAM) gespeicherte ten Daten aufrechtzuerhalten, wenn das Schweißsteuergerät abgeschaltet ist. Die Batterie in der Daten-Aufrechterhaltungsschaltung des RAM wird während des Normalbetriebes _f wenn das Schweißsteuergerät vom Netz aus mit Strom versorgt wird, dauernd geladen; ihre verwendbare Lebensdauer beträgt

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etwa 21 Tage, um die Daten bei abgeschaltetem Schweißsteuergerät in den Speichern aufrechtzuerhalten.

Das Eingang/Ausgang-Schaltfeld 24 (das im weiteren E/A-Schaltfeld genannt wird) dient dazu, Eingangs/Ausgangssignale an den Mikroprozessor anzupassen und zu bzw. von diesem zu übertragen. Das E/A-Schaltfeld 24 enthält außerdem Einschalt- und Fehlerrelais, welche den Schweißmagneten bei Betätigung der Stoßelektrode oder beim Auftreten eines Fehlers einschalten bzw. ausschalten. Daneben weist das E/A-Schaltfeld 24 einen Verstärker auf, der die zur Betätigung des jeweils ausgewählten Elektromagneten erforderliche Energie liefert.

Schließlich ist in dem E/A-Schaltfeld 24 noch ein Übersteuerungszeitschaltwerk vorhanden. Dieses Zeitschaltwerk ist derart eingestellt, daß es nach etwa 70 Perioden eine Ausgangsgröße abgibt. Bei dem Schweißsteuergerät sind alle gesteuerten Zeitabschnitte auf weniger als 59 Perioden begrenzt. Im Betrieb des Schweißsteuergerätes und zu Beginn jeder Taktzeit während eines Schweißvorganges wird ein Impuls erzeugt, der das Übersteuerungszeitschaltwerk auf Null zurücksetzt. Im Normalbetrieb kann das Übersteuerungszeitschaltwerk nie abschalten, weil es nach jeder Taktzeit dauernd zurückgestellt wird und diese immer kleiner ist als die Abschaltzeit des Übersteuerungszeitschaltwerkes. Wenn aber eine der Taktzeiten länger als 59 Perioden dauert, schaltet das Übersteuerungszeitschaltwerk ab. Die Ausgangsgröße des Übersteuerungszeitschaltwerkes läßt das Fehlerrelais auf dem E/A-Schaltfeld abfallen, wodurch der Schweißmagnet entregt und außerdem dem Mikroprozessor ein Abschaltsignal zugeleitet werden, welches bewirkt, daß der Mikroprozessor das Schweißsteuergerät abschaltet. Das Mikroprozessor-Schaltfeld 22 und das E/A-Schaltfeld 24 sind mit dem Netzschaltfeld 18 über Kabel 4PL bzw. 5 PL verbunden. Das Logik-Schaltfeld 20, das Netz-

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schaltfeld 18 _T der Thyristorschalter T 6 und der Netzschalter 14 sind in einer "Schalter-Baugruppe 19" untergebracht.

Mit dem Mikroprozessor-Schaltfeld 22 in der Schalterbaugruppe 19 ist eine Kontrollbaugruppe 26 über Kabel CPL und TPL verbunden. Die Kontrollbaugruppe 26 enthält Einrichtungen zur Eingabe des Schweißprogrammes sowie zur Abfragung des Mikroprozessors, was im einzelnen noch_erläutert werden wird. Außerdem verfügt sie über eine Betriebszustandsanzeige_ und Bedienungsorgane für das Schweißsteuergerät-

Mit dem E/A-Schaltfeld 24 und dem Netzschaltfeld 18 ist über, ein- Kabel JPL, das sich in ein Kabel 2PL zu dem E/A-Schaltfeld 24 und ein Kabel 3PL zu dem Netzschaltfeld 18 verzweigt,ein Anschlußkasten 28 verbunden. Der Anschlußkasten 28 dient dazu, dem entfernt aufgestellten Schweißsteuergerät Steuersignale für ein Magnetventil und Auslösesignale zuzuleiten. Der Anschlußkasten. 28 verfügt über Gebrauchsanschlüsse _t- Lichtanzeigen für den Start und für Funktionen des Elektromagneten, welche anzeigen, daß eine der drei Slchweißfolgen beginnt und das Solenoidventil geschlossen ist. Außerdem ist eine Lichtanzeige für den ordnungsgemäßen Zustand der Schweißelektrode^ zusammen mit einem Netz-Druckschalter vorhanden, der dazu dient, im Notfall den Auslösemechanismus des Netzschalters 14 auszulösen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu bemerken, daß die Netzleitungen L1, L2 abgesichert sein können, bevor sie in die Schalterbaugruppe 19 eintreten und an den Netzschalter 14 angeschlossen sind. Die Schweißtransformator-Primärwicklung 30 ist an einer Klemme an die Netzleitung L2 angeschlossen, während ihre andere Klemme mit einer Klemme H1 des Thyristorschalters 16 verbunden ist (vergleiche Fig. 7). Der Kern des Schweißtransformators ist durch Verbindung mit der Gehäusemasse geerdet; seine Sekundärwicklung 32 ist

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in an sich bekannter Weise an Schweißelektroden 34 angeschlossen. Im Betrieb ist der Schweißtransformator an einen durch ein Gegengewicht ausgeglichenen Hebel an der Decke hängend angeordnet; seine Sekundärwicklung ist ein konzentrisches Kabel, welches von dem .Schweißtransformator nach unten hängt und zu einer Schweißzange führt, die durch einen Elektromagneten betätigte Elektroden aufweist, welche sich über das Werkstück schließen, sowie ein Auslöseglied an der Schweißzange betätigt wird.

Zu dem Thyristorschalter 16 gehen Wasserleitungen 36, die zur Kühlung des Thyristorschalters dienen, wie dies an sich bekannt ist.

Die Kontrollbaueinheit 26 weist eine Frontplatte 38 auf, an der Adressen- und Datendrehknöpfe 40, 42 angeordnet sind, die im einzelnen noch beschrieben werden. Außerdem sind ein schlüsselbetätigter Betrieb/Progranm-Schalter 44 und eine LED-Datenanzeige 46 sowie eine Anzahl von Betätigungsschaltern 48 vorhanden, die ebenfalls noch erläutert werden. Daneben ist in Fig. 2 die Frontplatte 49 des Anschlußkastens veranschaulicht, die Einschalt- und Ventilausgangsanzeigen 50, 52 für die drei Schweißfolgen zusammen mit einer Anzeigeeinrichtung 54 für die Wartungsüberwachung und einen Kompensator aufweist. Am unteren Teil der Frontplatte 49 sind drei Anzeigen 56, 58, 60 vorgesehen, welche angeben, ob die Schweißfolge 1, die Schweißfolge 1 und 2 oder die Schweißfolge 3 abläuft. Unterhalb der Frontplatte 49 des Anschlußkastens 28 befindet sich eine Klemmleiste 62, die unmittelbar mit der Schalterbaugruppe 19 verdrahtet werden kann, falls der Anschlußkasten 28 weggelassen wird, wie dies gestrichelt angedeutet ist. Die Verdrahtungen der Klemmleiste 62 kann dabei wie folgt geschehen: an Klemmen A1, A2 ist ein entfernt angeordneter Schalter 64 für.einen Wartungsintervallzähler und -kompensator (im weiteren . MICC genannt)' angeschlossen. An Klemmen TS1 , TS2 liegt ein

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Schalter 66 eines übertemperaturthermostaten des Schweißtransformators. An Klemmen 1, 2 ist eine entfernt angeordnete Anzeigeeinrichtung 68 für die MICC-Ausgangsgröße angeschlossen. Mit Klemmen SV1, SV2, SV3, SV4 sind Elektroventile 1, 2, 3 verbunden und an Klemmen P01 und P02 liegt ein Netzschalter 70 (zur Betätigung der Auslöseeinrichtung des Netzschalters 14) .

In Fig. 3 ist die Frontplatte 38 der Kontrollbaueinheit 26 mit weiteren Einzelheiten veranschaulicht, anhand derer die Programmierung des Schweißsteuergerätes erläutert werden wird. Das Schweißsteuergerät kann drei Schweißfolgen oder -vorgänge mit den folgenden Taktzeiten erzeugen:

Schweißverzogerungszeit 0-59 Perioden (gleich bei allen (squeeze Time) Schweißfolgen oder

-vorgängen)

Schweißverzogerungszeit 0-59 Perioden Schweißzeit 1-0-59 Perioden Abkühlen 20-59 Perioden

Nachhalten O - 59 Perioden

AUS 3-59 Perioden.

Der prozentuale Schweißstrom für die jeweils der Wärme 1 bzw. der Wärme 2 entsprechende Schweißung 1 und Schweißung 2 kann unabhängig zwischen 50 und 99 % eingestellt werden. Der Grund für drei Schweißfolgen liegt darin, daß bei einer typischen Montagestraße der Automobilindustrie die Bedienungsperson des Schweißsteuergerätes oft sich in die Lage versetzt sieht, daß drei verschiedene Schweißpläne (Schweißfolgen) an einer speziellen Station der Montagestraße vorhanden sind. An einer Schweißzange können zwei Betätigungsorgane vorgesehen sein, die es gestatten, daß zwei der drei Schweißfolr gen ablaufen lassen werden. Bei einer anderen Schweißzange, welche mit einem eigenen Sekundärkabel an den gleichen Schwei. transformator angeschlossen ist, ist lediglich ein Bedienungs

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organ vorgesehen. Die Bedienungsperson kann dann- die Schweißen-*· gen bei zwei der drei Schweißfolgen unter Verwendung der Schweißzange mit zwei Au-slöseorganen vornehmen, diese ablegen, die zwejrte Schweißzange aufnehmen und mit dieser die dritte Schweißfblge durchführen.

Die Schweißfolgen 1 und 2 können nach Wahl der Bedienungsperson von dem vierstufigen WeiterschaltmeeHanismus gesteuert sein, der als Wartungsintervallzähler-Kompensa^tor bezeichnet und im wetteren MICC genannt wird. Der MICC ist ein vollprogrammierter ^- vierstufiger Weiterschaltmechanismus, der nach einer vorbestimmten Anzahl· von Schweißüngen selbsttätig die Schweißwärme erhöht. D-ies wird dazu benutzt, die Pilzbilduiig arr den Elektroden- auszugleichen, wie sie insbesondere beim Schweißen von galvanisiertem Metall in der Automobilindustrie auftritt. B&i eingeschaltetem MICC sind die prozentuale Wärme sowohl für die Schweißung T als auch für die Schweißung : gleich und gesteuert durch das Programm, auf das der MICC eingestellt ist. Im oberen linken Text der Frontplatte 38 ist eine Ädressenprogrammtafel für die drei Schweißfolgen mit dem MICC sowie eine Überwachungstafel und eine Datenangabe für den Jeweiligen Betriebszustand des MICC angeordnet..

Im folgenden sollen die Betriebsweise und Funktion der Steuerelemente auf der Frontplatte 38 der.Kontrollbaueinheit 26, wie sie zusammen mit einer Adressprogrammtafel 72 auf der Frontplatte .38·.verwendet werden, beschrieben werdend Die Bedienungsperson wählt zunächst eine bestimmte Speicherstelle (Adresse) auf der Adressprogrammtafel aus und stellt den Adressendrehknopf 40 auf diese Adressenzahl ein, womit die an dieser RAM-Stelle in dem Mikroprozessor gespeicherten Daten überprüft oder geändert werden. Wenn die Bedienungsperson die Daten (Taktzeit, Perioden, prozentualer Schweißstrom etc.) unter der durch den Adressendrehknopf 40 gegebenen Adresse eingeben oder verändern will, stellt sie als nächstes die Daten auf den Datendrehknöpfen ein, worauf diese

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in den RAM-Speicher dadurch eingegeben werden, daß ein Eingabe/Rückstell-Schalter 74 betätigt wird. Die LED-Datenanzeige 46 zeigt die gerade an der auf dem Adressendrehknopf 40 eingestellten Speicherstelle enthaltenen Daten an. Die Bedienungsperson kann damit überprüfen, ob tatsächlich die mit dem Datendrehknopf 42 eingestellten Daten in den Speicher eingegeben worden sind oder nicht. Wenn von der überwachungseinrichtung des Schweißsteuergerätes während dieser Zeit ein Fehler festgestellt wird, löscht die Datenanzeige 46 die Adresseneinstellung des Drehknopfes 40 und zeigt eine einen speziellen.Fehler bedeutende Zahl an, die einer der in dem Überwachungsteil der Adressenprogrammtafel aufgeführten Zahl entspricht. Der Betrieb/Programmschalter ist ein Umschalter mit zwei Schaltstellungen. In der "Betrieb"· Stellung kann das Schweißsteuergerät dadurch eingeschaltet werden, daß einer der Startschalter geschlossen wird, etwa indem ein Auslöseorgan einer tragbaren Schweißzange betätigt wird. In der Betrieb-Stellung kann der Inhalt der Speicherstellen nicht geändert werden; er kann aber unter Verwendung des Adressendrehknopfes 40 angezeigt und an der Datenanzeige 46 abgelesen werden. In der Programm-Stellung kann der Inhalt der Speicherstellen des RAM-Speichers geändert werden, doch kann das Schweißsteuergerät durch Betätigung der Schweißzange nicht in Betrieb gesetzt werden. Der Schalter 44 ist mit einem Schlüssel zu betätigen; der Schlüssel kann lediglich in der Betrieb-Stellung abgezogen werden. Wie erwähnt, wird der Eingabe/Rückstellschalter 74 dann betätigt, wenn der Betrieb/Programmschalter 44 in der Programm-Stellung steht. Durch Niederdrücken und Loslassen des Eingabe/Rückstellschalters 74 wird die Dateneinstellung des Datendrehknopfes 40 entsprechend der durch den Adressendrehknopf eingestellten Funktion in die RAM-Speicherstellen des Mikroprozessors eingegeben.

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Der Mikroprozessor überprüft die den RAM's zugeführten Daten, so daß ungültige Dateneingaben verhütet werden. Wie bereits erwähnt, sind die Taktzeiten begrenzt auf den Bereich von 0-59 Perioden, während die Erwärmung jeweils auf den Bereich von 50 - 99 % beschränkt ist. Bei einer Dateneingabe wird diese, bevor die Daten in die jeweilige Arbeitsstelle des RAM eingeschrieben oder dort gespeichert werden, überprüft, um festzustellen, ob die Daten innerhalb der erwähnten Grenzen liegen. Falls die Daten nicht innerhalb dieser Grenzen liegen, wird die Eingabe verweigert. Die Kommunikation zwischen dem Mikroprozessor und der Kontrollbaueinheit 26 bewirkt, daß die von der Kontrolleinheit 26 kommenden Daten zeitweilig an drei RAM-Stellen gespeichert werden. Diese Speicherstellen werden dann daraufhin überprüft, um festzustellen, ob diese Daten gültig oder ungültig und innerhalb der Grenzen sind, die in dem Organisationsprogramm enthalten sind, welches in den RAM's des Mikroprozessors enthalten ist. Sind die Daten gültig, dann werden sie von der zeitweiligen Speicherstelle zu der tatsächlichen aktiven Speicherstelle des RAM überführt, zu dem während der normalen Schweißfolge ein Zugang genommen wird. Sind die Daten ungültig, so findet diese Übertragung der Daten in eine aktive RAM-Stelle nicht statt. Der Vorteil dieser Überprüfung liegt darin, daß falsche Datenteile, die zu einer Betriebsstörung des Schweißsteuergerätes führen könnten, nicht eingegeben werden können. Die Möglichkeit eines menschlichen Fehlers wird damit ausgeschaltet. Bekannte Schweißsteuergeräte erfordern mechanische Anschläge bei Drehknopfschaltern oder dgl., wenn sie als Speichermittel verwendet werden sollen. Bei der vorliegenden Steuereinrichtung ist die Verwendung spezieller Drehknöpfe, die dazu dienen, die Dateneingabe innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten, unnötig. Wie erwähnt, werden die Daten mit den in dem in den RAM's des Mikroprozessors enthaltenen Organisationsprogramm vorhandenen Grenzen verglichen. Falls sie innerhalb der Grenzen liegen, sind die Daten gültig und werden

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benutzt. Fallen die Daten aber nicht zwischen die Grenzen, so wird die Dateneingabe einfach zurückgewiesen, womit die Bedienungsperson die Daten ändern oder nochmals eingeben muß, um das Schweißsteuergerät programmieren zu können.

Ein weiterer Vorteil der neuen Steuereinrichtung liegt darin, daß wesentlich mehr Informationsteile gespeichert werden können, als dies mit Hilfe von Stufenschaltern oder Drehknöpfen für jedes Informationsteil in einer Schweißfolge bei einem alten Schweißsteuergerät möglich gewesen wäre. Ein derart große Anzahl von Drehknöpfen oder Stufenschaltern würde wegen der Zahl der notwendigen Verbindungsstellen erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Betriebssicherheit ergeben, abgesehen von den Kosten, dem Raumbedarf und dem verwickelten Aufbau. Der Mikroprozessor bildet einen wesentlich wirkungsvolleren Weg zum Speichern von Informationen als mechanische Stufen- oder Drehschalter. Der einzige kleine Nachteil liegt darin, daß der RAM ein Speichermedium mit sich verflüchtigendem Inhalt ist, was bedeutet, daß er dauernd mit Energie versorgt werden muß, um die darin enthaltene Information aufrechtzuerhalten. Dies wird jedoch durch die bereits erwähnte Batterie bewirkt, welche während der Zeit, während der das Schweißsteuergerät von dem Netz versorgt wird, dauernd geladen wird. Die Batterie liefert die Energie, die notwendig ist, um die Daten in dem RAM des Mikroprozessors während wenigstens 21 Tage aufrechtzuerhalten, was einen mehr als ausreichenden Sicherheitsbereich ergibt.

Wenn einer der auf der Adressprogrammtafel der Frontplatte 38 aufgeführten sechs Diagnosefehler auftreten sollte, wird das Schweißsteuergerät nicht in Gang gesetzt, wenn die Bedienungsperson die Schweißzange auslöst. Nachdem die zur Behebung des Fehlers notwendigen Wartungsarbeiten durchgeführt sind, wird das Schweißsteuergerät durch Niederdrücken des Eingabe/Rückstellschalters 74 zurückgestellt. Die Datenan-

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zeige 46 zeigt sodann wiederum die Daten für die auf dem Adressendrehknopf 40 eingestellte Adresse, worauf das Schweißsteuergerät, falls gewünscht, wieder in Betrieb genommen werden kann.

Ein an der Frontplatte 38 vorgesehener MICC-EIN-AUS-Schalter 76 ist ein Schalter mit zwei Schaltstellungen. Wenn dieser Schalter in der AUS-Stellung steht, ist der MICC unwirksam. Damit kann der MICC keine Schweißungen zählen. Das Lichtzeichen an dem Verbindungskasten 28, welches anzeigt, daß eine Wartung der Elektrodenspitze notwendig ist, erlischt, wenn es vorher eingeschaltet war oder blinkte und sowohl der entfernt angeordnete (falls verwendet) und der an dem Gerät vorhandene MICC-Schrittschalter sind unwirksam. In der EIN-Stellung ist der MICC wirksam; es werden die Schweißungen gezählt, die Lichtanzeige, die angibt, daß eine Wartung der Elektrodenspitzen notwendig ist, ist in Betrieb und der MICC kann von Hand weitergeschaltet werden.

Ein MICC-Schrittschalter 78 auf der Frontplatte 38 bewirkt, daß der MICC um den nächsten Schritt in seinem Weiterschaltprogramm dadurch fortgeschaltet wird, daß der Schalter niedergedrückt wird, wenn der MICC-EIN-AUS-Schalter 76 eingeschaltet ist. Wenn das Schweißsteuergerät sich gerade in der Stufe 4 befindet, bringt es der MICC-Schrittschalter 78 wieder auf die Stufe 1 zurück. Der entfernt angeordnete MICC-Schrittschalter 64 (Fig. 2) entspricht dem Schrittschalter 78. Er kann an die Gebrauchsklemme angeschlossen werden, wie dies bereits erwähnt wurde und führt die selbe Funktion aus.

An der Frontplatte 38 ist außerdem ein Wiederholungs/Nichtwiederholungs-Schalter 80 angeordnet, der ebenfalls zwei -Schaltstellung aufweist. In der Wiederholungs-Stellung wiederholt das' Schweißkoritrollgerät die Schweißfolge so lange, wie der Startschalter geschlossen gehalten wird. In der

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Nichtwiederholungs-Stellung bewirkt das Schließen eines der Startschalter, daß lediglich eine Schweißfolge durchgeführt wird. Der Startschalter muß losgelassen und sodann wieder geschlossen werden, um die nächste Schweißfolge durchzuführen.

Ein Schweißen/Nichtschweißen-Schalter 82 auf der Frontplatte 38 ist ebenfalls als Schalter mit zwei Schaltstellungen ausgebildet» Wenn dieser Schalter in der Schweißstellung steht, fließt Schweißstrom während der Taktzeiten für die Schweißung 1 und die Schweißung 2. In der Nichtschweißen-Stellung kann das Schweißsteuergerät zwar die Schweißfolge ablaufen lassen, doch fließt dabei kein Schweißstrom.

Im folgenden soll anhand der Fig. 3 die Programmierung des Wartungsintervallzählers und-!Compensators beschrieben werden. Der MICC ist im Prinzip ein vierstufiger Schrittschaltmechanismus, der Folgen von 1 oder 2 Schritten ausführt. Der MICC wird dazu verwendet, automatisch die Schweißwärme nach einer vorprogrammierten Anzahl von Schweißungen zu erhöhen, um damit die an den Elektroden auftretende Pilzbildung auszugleichen. Bei einem typischen kommerziellen Einsatz verschleißen nämlich beim Schweißen gewisser beschichteter Metalle die Elektrodenspitzen sehr schnell, so daß die Bedienungsperson während einer Schicht die Elektroden fortlaufend mehrfach austauschen muß. Für jeden dieser Elektrodenaustauschvorgänge besteht naturgemäß ein Interesse darin, die größtmögliche Lebensdauer aus den Elektroden herauszuholen, was dadurch bewirkt wird, daß während der Schweißvorgänge mit zunehmendem Verschleiß der Elektroden und damit abnehmender Stromdichte an den Schweißpunkten die Schweißwärme periodisch wieder erhöht wird. Wenn nun der MICC die vierte Stufe " erreicht, beginnt die Lichtanzeige 54 des Anschlußkastens 28 und/oder die entfernt angeordnete MICC-Äusgangsanzeige 68 zu blinken, was anzeigt, daß nunmehr das Ende der vierten Stufe . gekommen und eine Wartung der Elektroden erforderlich ist.

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Wenn der MICC-EIN-AUS-Schalter 76 in der EIN-Stellung steht, kennt das Schweißsteuergerät nicht die für die Schweißung 1 und die Schweißung 2 der Schweißfolge 1 und 2 eingegebenen Daten für den prozentualen Strom (Adressen 12, 15, 22, 25 der Programmtafel). Der prozentuale Strom wird durch das in die MICC-Adressen eingegebene Programm gesteuert. Die Adresse 50 ist die Schweißungszählung χ 10 für die erste Stufe In die Adresse 50 gibt die Bedienungsperson die Zahl der in der ersten Stufe auszuführenden Schweißungen : 10_yein. Wenn z. B. 80 Schweißungen durchgeführt werden sollen, stellt die Bedienungsperson den Adressendrehknopf auf 50 und den Datendrehknopf auf 08 ein, worauf sie den Eingabe-Schalter 74 niederdrückt, um 08 unter der Adresse 50 in den RAM einzugeben.' Das Schweißsteuergerät führt nunmehr 80 Schweißfolgen mit der der Stufe 1 entsprechenden prozentualen Schweißwärme aus, worauf es automatisch auf die Stufe 2 weiterschaltet. Eine 'Doppelimpuls-Schweißung wird im Zusammenhang mit dem MICC als eine Schweißung betrachtet.

Die Programmierung des MICC erfolgt normalerweise experimentell durch die Bedienungsperson. Das sich ergebende Programm hängt von dem ausgewählten Schweißfolgeplan und von den unterschiedlichen Materialarten ab, die verschweißt werden sollen. Nach einigem Probieren kann die Bedienungsperson ein optimales Programm festlegen, welches den Verschleiß der Schweißelektroden auf die Zahl der Schweißungen und die Größe des bei jedem Schritt erforderlichen Schweißstromes abstimmt und außerdem festlegt, wann die Schweißelektroden ausgetauscht werden müssen.

Für die Programmfolge 1 gibt die Bedienungsperson so unter der Adresse 60 den prozentualen Strom ein, mit dem diese 80 Schweißungen durchgeführt werden sollen. Dieser prozentuale Strom gilt für die Taktzeiten, sowohl der Schweißung 1 als auch der Schweißung 2, d.h. eine MICC-gesteuerte Doppel-

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impulsschweißung hat den gleichen prozentualen Strom für beide Impulse. Die Taktzeiten für die Schweißung 1 und die Schweißung 2 können aber auch unterschiedlich eingestellt werden. Unter der Adresse 70 gibt die Bedienungsperson den prozentualen Schweißstrom für die Schweißfolge 2 ein. Die Stufen 2, 3, 4 werden in ähnlicher Weise programmiert, mit der Ausnahme jedoch, daß die Programmschweißzählung für diese Stufen χ 100 ist.

Wenn die Adressen 88, 89 eingestellt werden, wird der Zustand des MICC angezeigt. Falls die Bedienungsperson die Adresse 89 einstellt, zeigt die LED-Datenanzeige 46 die Nummer der Stufen (1 bis 4) an, in der sich der MICC zu diesem Augenblick befindet. Wählt die Bedienungsperson die Adresse 88, so zeigt die LED-Datenanzeige die Zahl der in dieser Stufe bereits abgeschlossenen Schweißungen an (da eine zweiziffrige Anzeige verwendet wird, muß die angezeigte Zahl für die Stufe . 1 mit 10 und für stufe 2 bis 4 mit 100 multipliziert werden). Jedesmal, wenn der MICC in.eine neue Stufe eintritt, wird der Schweißungszähler auf Null zurückgestellt.

Wenn der MICC in die Stufe 4 eintritt, leuchtet das rote Licht 54, welches mit "Elektrodenwartung erforderlich" bezeichnet ist, auf. Dies zeigt dem Wartungspersonal an, daß der MICC sich nunmehr in seiner letzten Stufe befindet und daß die Elektroden bald gewartet werden müssen. Falls eine zusatz liehe ,.entfernte Anzeige erwünscht ist, kann eine der Anzeigelampe 68 in Fig. 2 entsprechende Lampe mit maximal 40 Watt an Klemmen 1, 2 der Klemmleiste 62 des Anschlußkastens 28 oder an entsprechende Kontakte in der Schalter-Baueinheit 19 angeschlossen werden. Nachdem in der Stufe . 4 die entsprechende Zahl von Schweißungen abgeschlossen ist, beginnt die Lampe 54 "Elektrodenwartung erforderlich ein- und auszublinken. Falls nach dem Beginn des Blinkens der "Elektrodenwartung erforderlich"-Lampe 54 noch weitere

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Schweißungen durchgeführt werden, so werden diese mit dem prozentualen Strom der 4. Stufe ausgeführt.

Betriebsweise

Wie bereits erwähnt, verwendet das Schweißsteuergerät einen 8-Bit-Mikroprozessor als Hauptsteuerelement. Das Software-Programm für den Betriebsablauf des Schweißsteuergerätes ist in dem programmierbaren Festwertspeicher (PROM) enthalten. Dieser Speicher ist fest, d.h. unveränderlich, was bedeutet, daß das Organisationsprogramm dauernd erhalten bleibt, auch wenn der Speicher nicht mit Energie versorgt ist. Die Konstanten für den Schweißplan (Schließzeit für die Zange - Schweißzeit - Haltezeit - Zwischenzeit, prozentuale Wärme, MICC-Zählungen etc.) sind in dem programmierbaren Speicherregister (RAM) gespeichert. Dieses RAM ist /i'' ein nichtpermanenter Speicher und braucht deshalb dauernd Hilfsenergie in Gestalt der erwähnten Batterie, um die Daten bei abgeschaltetem Schweißsteuergerät aufrechtzuerhalten. Alle Steuersignale werden dem Mikroprozessor über das Eingangs, Ausgangs-Schaltfeld 24 zugeführt. Fig. 5 veranschaulicht die Eingangs- und Ausgangssignale des Mikroprozessors. Sowie das Schweißsteuergerät an das Netz gelegt wird, bringt der Mikroprozessor sich selbst und die zugehörigen Schaltungsteile in den Betriebszustand* Sowie das Schweißsteuergerät betriebsbereit ist, besteht eine Kommunikationsverbindung zwischen der Kontrollbaueinheit 26 und dem Mikroprozessor. Der Mikroprozessor sendet 24 Taktimpulse aus, wartet so dann etwa eine Millisekunde und wiederholt dann die Folge von 24 Taktimpulsen. Während des 1-Millisekunden-Zwischenraums befinden' sich in der Kontrollbaueinheit 26 vorgesehene Schieberegister in Eingabebereitschaft. Das bedeutet, daß Informationen, die von dem Eingabe/Rückstellschalter 74 dem MICC-EIN/AUS-Schalter 76,dem MICC-Schrittschalter 78, dem Wiederholungs/ Nichtwiederholungs-Schalter 80 und dem Schweißen/Nichtschweißer Schalter 82 sowie dem Betrieb/Programmschalter 44 kommen, in

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ein als Schaltregister bezeichnetes Register eingegeben werden. Außerdem werden die Einstellungen des Adressen- und Datendrehknopfes 40 bzw. 42 ebenfalls eingegeben und in den jeweils zugeordneten Schieberegistern festgehalten. Die 24 Taktimpulse verschieben jeweils aufeinanderfolgend ein Bit der über den Schalter gefüllten Schieberegister des Adressen- und Datenregisters zu dem Mikroprozessor. Diese Information wird in den RAMS an zeitweiligen Speicherplätzen zurückgehalten. Während der Übertragung der Dateninformation von der Kontrollbaueinheit 26 auf den Mikroprozessor erzeugt der Mikroprozessor auch Anzexgeinformation für die LED-Datenanzeige 46 der Kontrollbaueinheit 26, wobei diese Information von einem anderen Schieberegister aufgenommen wird. Dieses Schieberegister speist die binär verschlüsselte Dezimalinformation (im weiteren BCD genannt), einem Paar siebensegmentiger Decoder-Treiber ein. Diese treiben die Schieberegister der siebensegmentigen LED-Anzeige 46. Während eines Fehlerzustandes wird die normale Anzeige des Inhalts der auf dem Adressendrehknopf eingestellten Speicherstellen unterbrochen; die Anzeige 46 wird dazu verwendet, die Fehlerzahlen anzuzeigen. Diese Informationsübertragung geschieht durch den Mikroprozessor, der einen eine Sekunde lang anzuzeigenden Fehlercode aussendet und dann die Anzeige 46 für eine Sekunde löscht und anschließend den Fehlercode wiederholen läßt. Dieses abwechselnde Anzeigen und Auslöschen der Fehlercodezahl verleiht der Anzeige eine Blinkwirkung.

Die Verschiebung einer Bit-Information bei jedem Taktimpuls aus der Kontrollbaueinheit 26 zu dem Mikroprozessor ist eine serielle Datenübertragung. Die Vorteile der seriellen Datenübertragung im Vergleich zu einer parallelen Datenübertragung liegen darin, daß die parallele Datenübertragung mehr Leitungen und zusätzliche Treiber sowie Empfänger zwischen der Kontrollbaueinheit 26 und dem Mikroprozessor erfordern würde. Die vorliegende Anordnung ergibt eine Einsparung an

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Verdrahtung, Verbindungsstellen, Treibern und Empfängern sowie an Energie. Die Anwendung einer seriellen Datenübertragung ist nicht durch zeitliche Zwangsbedingungen ausgeschlossen, d.h. es steht genügend Zeit zur Verfügung, um die Datenübertragung aufeinanderfolgend vorzunehmen und immer ein Bit zwischen der Kontrollbaueinheit 26 und dem Mikroprozessor zu übertragen.

Nach der Ingangsetzung und der Datenübertragung zwischen der Kontrollbaueinheit 26 und dem Mikroprozessor verbleibt das Schweißsteuergerät im Bereitschaftszustand, bis ein Betriebsbeginn-oder Startschalter geschlossen wird, der etwa in Gestalt des Auslöseorgans auf der tragbaren Schweißzange ausgebildet sein kann. Im Bereitschaftszustand steht der Mikroprozessor dauernd in Datenverbindung mit der Kontrollbaueinheit, wie dies oben erläutert worden ist.

Bei der Auslösung der tragbaren Schweißzange verläßt das Schweißsteuergerät den Ruhezustand; es beginnt eine. Schweißfolge .Mit der Auslösung der Schweißverzögerungszeit wird das tibersteuerungszeitschaltwerk in Gang gesetzt. Die Ingangsetzung des übersteuerungszeitschaltwerkes erfolgt im übrigen in einer Schweißfolge zu Beginn jeder Taktzeit. Wenn eine Taktzeit 59 Sekunden übersteigt, schaltet das Übersteuerungszeitschaltwerk ab. Dies hat zur Folge, daß der Elektromagnet abgeschaltet wird und der Mikroprozessor eine Übersteuerungsabschaltung feststellt, die eine der sechs Fehlerzustände jedes Schweißsteuergerätes darstellt. Wenn nach Erzeugung eines Fehlersignales zum Anzeigen einer blinkenden Zahl 99 auf der LED-Datenanzeige 46 und damit zum Hinweis auf eine Übersteuerungsabschaltung ein Bedienungseingriff nicht erforderlich ist, überprüft der Mikroprozessor die drei in Fig. 5 dargestellten Eingangssignale, die dazu verwendet werden, Fehleranzeigen zu erzeugen, wenn ein Betriebsfehler auftritt. Diese Eingangssignale sind der automatische Leistungsfaktor (im weiteren APF genannt), die Thyristor-Übertemperatur und

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die Schweißtransformator-übertemperatursignale. Zu allen Zeiten mit Ausnahme d.er Schweißzeiten muß an den Thyristoren des Thyristorschalters eine Spannung liegen. Wenn keine solche Spannung vorhanden ist, wird durch eine in der Datenanzeige 46 aufblinkende Zahl 95 ein kurzgeschlossener Thyristor angezeigt. Wenn eine der beiden genannten Thermostaten geöffnet ist, wird ein entsprechender Fehler dadurch angezeigt, daß in der LED-Datenanzeige 46 die Zahl 96 oder die Zahl 97 zum Aufblinken gebracht wird.

Falls keine Fehlerbedingung vorliegt, erzeugt der Mikroprozessor ein Ausgangssignal, um das Luftventil des Schweißmagneten zu erregen. Das Schweißsteuergerät verbleibt während einer Anzahl Perioden, die gleich dem Inhalt des Speichers an der durch den Drehknopf 40 in dem RAM eingestellten Adresse ist, bei dem der Schweißverzögerungszeit zugeordneten Funktionsablauf. Der Wechselspannungs-Netzbezugseingang wird überprüft, um die Netzperioden zu zählen.

Als nächstes wird der Anpreßdruckzustand (der Elektroden) überprüft, was das gleiche ist, wie eine überprüfung der Schweißverzögerungszeit, mit dem Unterschied aber, daß der Elektromagnet erregt ist, wenn der Anpreßvorgang wegen einer Schweißungswiederholung vorgenommen wird. Im Falle einer Schweißungswiederholung wird keine Schweißverzögerungszeit erzeugt.

Nach Ablauf der Schweißverzögerungszeit oder Anpreßzeit beginnt eine erste Schweißzeit. Bei Beginn des entsprechenden Funktionsablaufs stellt der Mikroprozessor das Übersteuerungszeitschaltwerk wieder zurück. Er erzeugt dann eine Zeitver- · zögerung, die derart beschaffen ist, daß die erste Halbperiode der Schweißung bei einem verzögerten Zündwinkel von 85° gezündet wird, weil dies dem natürlichen Leistungsfaktor—Winkel für den Magnesierungsstrom des Schweißtransformators entspricht. Die Zündung für die nachfolgende halbe Periode erfolgt

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entsprechend einer neuartigen automatischen Leistungsfaktorkompensation, die im einzelnen noch beschrieben werden soll. Wenn das Steuergerät gemäß "Schweißen" arbeitet, sind die Thyristoren gezündet. Nach dem Zünden der Thyristoren wird die an ihnen liegende Spannung überprüft, um festzustellen, ob tatsächlich eine Zündung der Thyristoren stattgefunden hatt. Falls eine Spannung vorhanden ist, zeigt diese eine Fehlzündung an, worauf der Fehlercode 98 "halbperiodische Arbeit" auf der Datenanzeige 46 angezeigt wird. Die an den Thyristoren liegende Spannung wird wieder überprüft, um festzustellen, ob die Leitfähigkeit aufgehört hat. Falls die Spannung an den Thyristoren nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne nicht wiederkehrt, wird auf der Datenanzeige 46 der Fehlercode 95 "kurzgeschlossener Thyristor" angezeigt. Wenn das Schweißkontrollgerät sich in dem Nichtschweißen-Zustand befindet, wird der Zündteil dieses PrüfVorganges übersprungen. Das Netzbezugssignal wird wiederum dazu benutzt, die Schweißperioden zu zählen. Falls die Schweißung nicht vollständig ist, erzeugt der Mikroprozessor den durch die in die Speicherplätze eingeschriebenen prozentualen Wärmewerte bestimmten richtigen Wärme-Regelungswinkel. Dabei ist zu bemerken, daß, wenn der MlCC-Schalter 7 6 eingeschaltet ist, der Wärme-Regelungswinkel durch die in die Speicherplätze des MICC-RAM-Speichers eingeschriebenen prozentualen Wärmewerte gegeben ist. Als nächste Funktionen liefert der Mikroprozessor eine Abkühlzeit, eine zweite Schweißzeit und eine Nachhaltezeit. Bei den "Kühlen"-, "Nachhalten"- und"zweites Schweißen"-Schritten erfolgen sinngemäß die gleichen Überprüfungen wie während der Schweißverzögerungszeit und der ersten Schweißzeit. Die Nachhaltezeit ist,kurz gesagt,die Zeitspanne, während der die Punkteleketroden noch einen Druck auf die Schweißstelle ausüben, aber kein Schweißstrom mehr fließt. Diese Druckkraft wird solange ausgeübt, bis das zwischen dem Punktelektroden befindliche, geschmolzene Material sich etwas verfestigt hat. Sodann wird eine Pausen- oder Ausschaltzeit erzeugt, während der der Elektromagnet entregt

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wird und die Punktelektroden sich auseinanderbewegen. Wenn der Schweißsteuerschalter 80 in seiner "Nichtwiederholen"-Stellung steht, wird keine Pausenzeit erzeugt. Der Elektromagnet wird entregt und die Steuerungseinrichtung bleibt an einer Stelle des Steuerungsprogrammes solange stehen, bis festgesqellt ist, daß alle Einschalt- oder Start-Schalter offen sind. Wenn dies der Fall ist, geht das Schweißregelgerät wieder in den Bereitschaftszustand über, wobei es wiederum dauernd mit der Kontrollbaueinheit 26 im Datenaustausch steht.

Wenn das Schweißsteuergerät im "Wiederholen"-Betrieb arbeitet, wird eine Pausenzeit erzeugt. Wegen der in der durch Relais entkoppelten Start- oder Anfahrschaltung vorhandenen Zeitverzögerung muß die Pausenzeit wenigstens drei Perioden betragen;'andernfalls wird die Steuerungseinrichtung kontinuierlich ihre Arbeitsspiele ablaufen lassen. Dies rührt daher, daß die Steuerungseinrichtung die Start- oder Anfahrschalter überprüft, bevor diese Gelegenheit hatten,- abzuschalten, worauf sie deshalb das Arbeitsspiel von neuem beginnen läßt. Falls deshalb die Pausenzeit in dem Speicherplatz des RAM auf etwas weniger als 3 Perioden programmiert ist, wird der Mikroprozessor automatisch 3 Perioden Pausenzeit ausführen. Die Pausenzeit gibt der Betriebsperson ausserdem die Zeit, die notwendig ist, um die Schweißzange beispielsweise an der Karrosserie eines Kraftfahrzeuges an einen neuen Ort zu bringen und damit bei der Bedienung der Schweißzange eine rythmische Bewegung zu erzielen. Nach Ablauf der Pausenzeit werden die Anfahr- oder Startschalter wieder überprüft. Falls einer der Anfahr- oder Startschalter (Auslöser), der das Arbeitsspiel in Gang setzte, noch geschlossen ist, . führt das Schweißsteuergerät ein weiteres vollständiges Funktionsspiel während der Schweißverzögerungszeit durch. Dies v/ird solange fortgesetzt, wie der Anfahr- oder Startschalter geschlossen gehalten ist. Wenn der Anfahr- oder Startschalter (Auslöser) geöffnet wird, kehrt das Schweißsteuergerät in seinen Bereitschaftszustand zurück.

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Nach Abschluß der zweiten Schweißzeit wird der MICC-Zähler aufs Laufende gebracht. Dieser Zähler wird nur dann weitergezählt, wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind:

1. Der MICC ist eingeschaltet;

2. der Schweißen/Nichtschweißen-Schalter ist in der Stellung "Schweißen"; und

3. das Schweißsteuergerät führt nicht die Stufe . 3 aus.

Aus dem Fehlerdiagnoseteil der Adressprogrammtafel nach Fig.3 und dem Fehlerdiagnoseteil des Programmarbeitsblattes nach Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Schaltung des Schweißsteuergerätes dazu ausgelegt, 6 der folgenden Fehler zu überwachen:

1. Übersteueru-ngsabschaltung,

2. halbperiodisches Arbeiten,

3. Schweißtransformatortemperatur,

4. geringer Wasserzustrom,

5. kurzgeschlossener Thyristor und

6. Wärmeeinstellung überprüfen.

Falls einer dieser Fehler festgestellt wird, unterbricht das Schweißsteuergerät augenblicklich die Schweißfolge; es entregt den Elektromagneten und kehrt in einen Bereitschaftszustand zurück. Die Datenanzeige 46 der Kontrollbaueinheit 26 zeigt dann die Zahl an, welche dem speziellen Fehler entspricht. Das Schweißsteuergerät kann nicht wieder in Gang gesetzt werden, bevor der Eingabe/Rückstelldruckknopf 74 der Kontrollbaueinheit 26 niedergedrückt und wieder losgelassen oder das Schweißsteuergerät von dem Netz abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet worden ist.

Bekannte Einrichtungen dieser Art hatten geringe oder keine Vorkehrungen zur Feststellung von Fehlern getroffen. Einige Fehler von Schweißsteuergeräten oder -einrichtungen sind

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augenfällig; sie können schnell festgestellt und behoben werden. In gewissen Fällen ist aber nicht ohne weiteres ersichtlich, was an dem Schweißsteuergerät fehlerhaft ist. Es wurden deshalb 6 bekannte Probleme, die bei Schweißsteuergeräten auftreten und oft schwierig zu diagnostizieren sind, ausgewählt, und es wurde eine Schaltungsanordnung geschaffen, die jede dieser Fehlerquellen aufgreift und der Bedienungsperson oder dem Elektriker identifiziert. Das Schweißsteuergerät spricht auf die in der Steuereinrichtung vorhandenen Signale an, um die Diagnose-Information zu erzeugen. Die Fehlerdiagnose beruht deshalb auf einer Überwachung bereits vorhandener Signale für bekannte Zustände zu speziellen Zeitpunkten während der Schweißfolge. Wenn diese Signale in dem erwartungsgemäßen Zustand sind, wird keine Fehlerdiagnose angezeigt. Falls jedoch irgendwo eine Abweichung von dem erwarteten Zustand auftritt, wird eine Fehlerdiagnose-Anzeige erzeugt. Die auf diese Weise gelösten Probleme verhüten oder verringern wesentlich den Zeitaufwand, der sonst notwendig ist, um einen Fehler zu finden und diesem abzuhelfen, wozu früher eine erhebliche Zeit und erfahrenes Bedienungspersonal erforderlich waren, um die Montagestraße am Laufen zu halten. Eine Erläuterung der einzelnen Diagnose-Informationen folgt noch.

Außerhalb des Mikroprozessors in dem E/A-Schaltfeld 24 ist eine RC-Zeitschaltung vorgesehen, die eine Überwachungsfunktion hat. Von dieser Schaltung werden die einzelnen Taktzeitfolgen überwacht. Die Schaltung führt eine von dem Mikroprozessor unabhängige Zeitbestimmung durch. Wenn ein Fehler auftritt und eine der Taktzeiten 59 Perioden übersteigt, löst die überwachungsschaltung aus, wobei sie dem Mikroprozessor mitteilt, daß die ÜberSteuerungsbedingung eingetreten ist. Der Mikroprozessor erzeugt dann ein Ausgangssignal·, welches die Schweißfoige unterbricht und das Schweißsteuergerät in den Bereitschaftszustand zurückversetzt; außerdem erzeugt er ein Fehlersignal, welches die Löschung der auf der LED-Datenanzeige 46 gerade angezeigten Daten bewirkt und dafür eine

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blinkende Zahl 99 zur Anzeige bringt, die "Übersteuerung" anzeigt.

Wenn ein Halbperiodenbetrieb des Schweißsteuergerätes auftritt, wird auf der LED-Datenanzeige 46 eine blinkende Zahl 98 angezeigt, wobei die bisher angezeigten Daten, wie auch im Falle der übrigen diagnostizierten Fehler, gelöscht werden. Bei diesem Fehler stellt der Mikroprozessor fest, ob nach der Abgabe eines Zündsignales von dem Mikroprozessor an einen . oder beide Thyristoren des Thyristorschalters 16 die Thyristoren tatsächlich gezündet haben. Falls die Thyristoren nicht gezündet haben, wird der Halbperioden-Fehlerbetrieb durch die aufblinkende Zahl 98 auf der Datenanzeige 46 der Kontrollbaugruppe 26 angezeigt.

Ein Fehlerzustand bezüglich der Temperatur des Schweißtransformators wird durch eine aufblinkende Zahl 97 der Datenanzeige 46 angezeigt. Einige Schweißtransformatoren verfügen über einen eingebauten Übertemperaturschalter. Fall's gewünscht, .kann dieser Thermostat an die Klemmen TS1 und TS2 der Fig. 2 in der bereits beschriebenen Weise angeschlossen werden. Der Thermostat schützt den Schweißtransformator gegen eine Fehlbedienung, bei der der Transformator möglicherweise zu warm werden könnte. Dieser Thermostat wird von dem Mikroprozessor überwacht; wenn er öffnet und anzeigt, daß der Transformator zu heiß wird, antwortet der Mikroprozessor darauf mit der aufblinkenden Fehlerzahl 97-.

Wenn dem Thyristorschalter 16 (Fig. 2) zu wenig Wasser zuströmt, wird auf der Datenanzeige 46 eine blinkende Fehlerzahl 96 angezeigt. Auf der Wärmeabfuhreinrichtung, auf der · die beiden Thyristorpakete des Thyristorschalters 16 angeordnet sind, sitzt ein Thermostat. Wenn aus irgendeinem Grunde der Wasserzustrom zu dem Thyristorschalter 16 zu klein wird oder ausfällt, steigt die Temperatur der Wärmeabfuhr-

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einrichtung an, womit diese u. U. zu heiß wird. Der Thermostat löst aus, wenn die Temperatur einen bestimmten Grenzwert übersteigt. Der Mikroprozessor stellt diese Auslösung fest und schaltet das Schweißsteuergerät ab, das in den Bereitschaftszustand versetzt wird, während andererseits ein Signal erzeugt wird, das auf der LED-Datenanzeige 46 eine aufblinkende Zahl 9 6 anzeigt.

Im Falle des Auftretens eines kurzgeschlossenen Thyristors wird auf der Datenanzeige 46 der Kontrollbaueinheit 26 eine Fehlerzahl 95 zum Aufblinken gebracht. Der Mikroprozessor überwacht das APF-Signal,um einen kurzgeschlossenen Thyristor festzustellen. Die Thyristoren des Thyristorschalters 16 werden in jeder Taktzeit auf die Kurzschlußbedingung hin überprüft. Während der Zeitabschnitte, während der die Thyristoren nichtleitend sein müssen, muß das APF-Signal Null sein. Dies zeigt nämlich an, daß an den Thyristoren eine Spannung liegt. Wenn einer der Thyristoren kurzgeschlossen ist, geht das APF-Signal nicht auf Null zurück, wie- dies in Fig. 9C dargestellt ist. Falls dies auftritt, erzeugt der Mikroprozessor ein Fehlersignal entsprechend der Fehlerzahl 95, die anzeigt, daß ein kurzgeschlossener Thyristor vorhanden ist.

Der Mikroprozessor überwacht alle Wärmeeinstellungen in dem RAM. Dies entspricht den Speicherplätzen 12, 15, 22, 25 etc. Wenn der Mikroprozessor feststellt, daß an einem der dem prozentualen Strom zugeordneten Speicherplätze eine von 50 bis 99 verschiedene Zahl vorhanden ist, wird auf der Datenanzeige 46 der Kontrollbaueinheit 26 die Fehlerzahl 93 zum Aufblinken gebracht. Falls eine Bedienungsperson versucht, eine Schweißzange auszulösen, deren zugeordnete Schweißfolge einem von 50 bis 99 % verschiedenen prozentualen Strom aufweist, so werden die Schweißfolge abgebrochen und die Fehlerzahl auf der Anzeige 46 zum Aufblinken gebracht. Diese überprüfung erstreckt sich auch auf die dem MICC zugeordneten Adressen

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des prozentualen Stromes. Obwohl die Steuerungseinrichtung die Eingabe einer von 50 bis 99 verschiedenen Zahl verhindert, ist es doch möglich, daß eine bestimmte Adresse nie programmiert worden ist. In diesem Falle würde diese Adressenstelle eine willkürliche Zahl aufweisen, die nicht notwendigerweise zwischen 50 und 9 9 liegen muß. Das Aufblinken der Fehlerzahl 93 ist für die Bedienungsperson ein Hinweis darauf, daß irgendwo in einem der RAM-Speicherplätze eine falsche Wärmeeinstellung vorhanden ist. Die Bedienungsperson kann dann dadurch abhelfen, daß sie die Wärme-Speicherplätze überprüft und die richtige Wärmeeinstellung auf den Platz eingibt, v/elcher den falschen Wärmewert enthielt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8C sollen im folgenden die selbsttätige Leistungsfaktor- (APF-)Regelung und die neuartige digitale Phasenverschiebungs-Wärmeregelung des Schweißsteuergerätes beschrieben werden. Fig. 8A zeigt die Netzwechselspannung V und den Netzstrom I für eine 100%-Schweißwärmeeinstellung, wobei zwischen den Zü-ndzeitpunkten der Thyristoren in der aus Fig. 8A ersichtlichen Weise keine Zeitverzögerungspausen vorhanden sind. Der natürliche Leistungsfaktorwinkel für eine typische Punktschweißtransformatorbelastung liegt bei etwa 35 bis 60°, wie dies ebenfalls aus Fig. 8A zu entnehmen ist. Fig. 6B zeigt eine von Hand erfolgte Leistungsfaktoreinstellung, bei der ein Potentiometer oder dgl. auf den Leistungsfaktor der Anlage abgestimmt ist. Bei der von Hand erfolgenden Leistungsfaktoreinstellung, wie auch bei der unten beschriebenen automatischen Leistungsfaktoreinstellung wird die erste Halbperiode jeder Schweißperiode immer bei dem natürlichen Leistungsfaktorwinkel von 85 des Magnetisierungsstroms eines Schweißtransforr mators gezündet. Die nachfolgenden Halbperioden des Schweißstromes werden bei verschiedenen phasenverschobenen Winkeln derart gezündet, um den jeweils optimalen Schweißstrom für das Werkstück auszuwählen. Bei der von Hand erfolgenden Einstellung des Leistungsfaktors erfolgt die Zeitbemessung für die

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Wärmeregelung von dem Nulldurchgang der Spannungswelle aus, wie dies durch die Bezugszahl 84 angedeutet ist. Der Nulldurchgang der Spannungswelle ist somit der zeitliche Ausgangspunkt für die Wärmeregelung bei einer Schweißsteuerungseinrichtung mit Handeinstellung des Leistungsfaktors, bei der ein Potentiometer oder dgl. dazu verwendet wird, die Schweißsteuereinrichtung auf den Leistungsfaktor der Anlage abzustimmen. Da die Zeitmessung somit fest an einem festen Bezugspunkt hängt, nämlich dem Nulldurchgang der Spannungswelle/ verändert sich auch die Wärmeeinstellung, wenn sich der Leistungsfaktor mit einem Zeitverzögerungsabstand zwischen den Stromlasten ändert. Eine solche Anordnung arbeitet ordnungsgemäß solange der Leistungsfaktor der Anlage konstant bleibt. Dies ist in der Praxis jedoch in der Regel nicht der Fall, weil eine Veränderung des in die Schweißzange eingespannten Werkstückes auch den Gesamtleistungsfaktor der Anlage verändert. Normalerweise beeinflußt der Wechsel der Werkstücke in der Schweißzange den Leistungsfaktor nicht wesentlich, doch treten deswegen meßbare Veränderungen des die "Schweißwärme erzeugenden Stromes auf.

Da die Phasenverschiebungs-Wärmeregelung im wesentlichen eine Frage von Zeitbedingungen ist, ist das neue Schweißsteuergerät hervorragend dazu geeignet, eine selbsttätige Leistungsfaktorkorrektur vorzunehmen. Die zeitliche Abstimmung für die digitale Phasenverschiebungs-Wärmeregelung des Schweißsteuergerätes geht vom Ende des Stromflusses bei der vorhergehenden Halbperiode des Schweißstromes bis zu dem Zündpunkt für die nächste Halbperiode des Stromes, wie dies in Fig. 8C dargestellt ist. Die erste Halbperiode der Schweissung wird immer bei 85 nach dem Nulldurchgang der Spannungswelle gezündet. Nach der ersten Halbperiode werden alle nachfolgenden Halbperioden auf das Ende der Stromleitung, d.h. des Stromflusses der vorhergehenden Halbperiode bezogen. Bei dieser Ausführungsform ist der Mikroprozessor ein digitaler

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Zeitgeber. Die digitale Phasenverschiebungs-Wärmeregelung bei dem Schweißsteuergerät geschieht dadurch, daß von dem Umstand Gebrauch gemacht wird, daß die Zeit, die der Mikroprozessor benötigt, um einen bestimmten Befehl auszuführen, sowohl fest als auch bekannt ist. Die Zeitverzögerung wird dadurch erzeugt, daß der Mikroprozessor in einerProgrammschleif e, unmittelbar nach dem Ende der Stromleitung der vorhergehenden Halbperiode,angeordnet wird. Die Zahl, wie oft der Mikroprozessor diese Schleife durchläuft, bestimmt dann die tatsächliche Zeitverzögerung, bevor die nächste Halbperiode Schweißstrom ausgelöst wird. Die Anzahl, wie oft der Mikroprozessor in die Schleife eintritt, ist an einer Speicherstelle in dem Speicher des Mikroprozessors gespeichert.

Beim Aufstellen der Schweißfolge gibt die Bedienungsperson den jeweils gewünschten prozentualen Strom in eine Speicherstelle des RAM des Mikroprozessors ein. Der prozentuale Strom kann, wie oben erläutert, in einem Bereich zwischen 50 und 9 9 % liegen. Wenn die Bedienungsperson eine niedrige Wärmeeinstellung wünscht und beispielsweise 50 % eingibt, ist die Zeitverzögerung zwischen dem Ende der Stromleitung einer Halbperiode und dem Beginn der Stromleitung der nächsten Halbperiode verhältnismäßig lang. Der Mikroprozessor durchläuft deshalb die Verzögerungsschleife die maximale Zahl von Malen. Je höher die gewünschte Wärmeeinstellung ist, umso kleiner ist die Zahl, wie oft die Verzögerungsschleife durchlaufen wird. Bei der Erfindung beträgt die maximal erforderliche Verzögerungszeit 3,24 Millisekunden. Dies entspricht 70° bei einer 60 Hz-Netzspannung. Bei der Erfindung kann die Bedienungsperson den prozentualen Strom zwischen 50 und 99 % in Stufen von 1 % einstellen. Eine Stufe von 1 % bedeutet: - - ₁■ _ _.

Z_-I % = 3,24 MS = 66.1 us.

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In dem RAM^-Speicher wird deshalb eine feste Programmverzögerungsschleife von etwa 66.1 Mikrosekunden vorgesehen. Die

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Zahl, wie oft diese Schleife durchlaufen wird, hängt von der von der Bedienungsperson vorgenommenen Wärmeeinstellung ab. So bewirkt z. B. eine Einstellung auf 64 %, daß die Schleife 36 χ (100 - 64 = 36) durchlaufen wird. Dabei ist zu bedenken, daß je höher die Wärmeeinstellung, umso kleiner die notwendige Verzögerung ist, weshalb eine Subtraktion von 100 stattfindet.

Der Vorteil der Verwendung einer digitalen Phasenverschiebungs-Wärmeregelung liegt darin, daß die erzeugten tatsächlichen Zeitverzögerungen sehr genau sind. Wie aus Fig. 8C zu ersehen, wird die erste Halbperiode der Schweißtaktzeit bei dem natürlichen Lexstungsfaktorwrnkel von 85° gezündet. Jede nachfolgende Zextverzogerungspause wird vom Ende der Stromleitung in der jeweils vorhergehenden Halbperiode angerechnet, wie dies durch die Bezugszeichen 86, 88 angedeutet ist. Der Zeitmeßpunkt ist deshalb nicht fest; er ändert sich mit Veränderungen des Leistungsfaktors, so daß die Stromwärmeeinstellungen immer genau sind. Die Perioden- oder Zykluszeit des Mikroprozessors beruht auf einem Kristall-Bezugtaktgeber, der sehr stabil ist. Bei dem Stand der Technik werden RC-Zeitverzögerungen verwendet, die bis zu einem gewissen Grad temperaturabhängig sind, so daß die Zeitverzögerungen sich etwas mit der Temperatur ändern. Die digitale Phasenverschiebungswärmeregelung erlaubt auch eine genauere Einstellbarkeit des prozentualen Stromes. So ist beispielsweise für jede 1 %-Stufe der Stromwärme bei jeder Stellung des Datendrehknopfes 42 eine definierte Raste vorgesehen. Beim Stand der Technik wird ein kontinuierlich veränderliches Potentiometer verwendet, welches keine genau bekannten/ausgezeichneten Stellungen aufweist, die jeweils einer Stufe oder einem Inkrement von 1 % der von dem Benutzer gewünschten Wärme entsprechen. Ein weiterer Vorteil der digital erzeugten Verzögerung liegt darin, daß bei Ersatz eines Logik-Schaltfeldes und einer Reproduktion der Einstellung die dem prozentualen Strom entsprechende Wärme genau die gleicheist, wie bei dem alten Logik-Schaltfeld. Bei bekannten Schweißsteuergeräten, die eine RC-Zeitmessung verwenden, können die Eigentoleranzen des Potentio-

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meters dazu führen, daß bei der gleichen Einstellung des Drehknopfes ein Fehler von bis zu + 10 % der tatsächlich auftretenden Stromwärme eintritt.

Der Mikroprozessor erzeugt die Pausen- oder Verzögerungswinkel zwischen den stromführenden Kurventeilen digital und gibt ein Schweißsignal ab, welches von dem Mikroprozesspr-Schaltfeld 22 auf einer Leitung 4PL7 dem Netz-Schaltfeld zugeführt wird, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Das Schweißsignal wird von einer Verstärkerschaltung 90 verstärkt, welche das Schweißsignal von dem Mikroprozessor empfängt und eine Impulsspannung für die Steuerelektroden der Leistungsthyristoren abgibt. Diese Impulsspannung wird durch Impulstransformatoren 4T, 5T von der Logik getrennt. Die Spannung weist einen 20 Mikrosekunden breiten Impuls auf, der auf die Steuerelektroden der Thyristoren des Thyristorschalters 19,wie aus Fig. 7 ersichtlich, über Steckverbindungen 6PL3, 6PL4 oder 6PL5 und 6PL6 gegeben wird, abhängig davon, welche Halbperiode leitend ist, wobei ein Impuls bei jeder Halbperiode des Schweißstromes auftritt. Der während der Zeitspanne von 20 Mikrosekunden in die Steuerelektrode der Thyristoren fließende Strom steigt auf etwa 1 Amp. an, sowie ein Thyristor angesteuert ist, bleibt er für den Rest der Halbperiode eingeschaltet. Ein Thyristor leitet in der einen Richtung, während der andere Thyristor in der anderen leitend ist und jeder derart gezündet wird, daß sich eine vollständige Schweißperiode ergibt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9A bis 9C sei erwähnt, daß der Mikroprozessor die an den Thyristoren liegende Spannung mißt und als Angabe des Endes der Stromleitung verwendet. Wenn der Stromfluß endet, sperren die Thyristoren wieder, womit die an ihnen liegende Spannung augenblicklich auf den Wert der Netzspannung zurückkehrt, wie dies in Fig. 9B dargestellt ist. Wenn die Thyristoren leitend sind und Schweißwärme erzeugt wird, fällt die an den Thyristoren liegende Spannung auf Null.

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Der Übergang von der an den Thyristoren liegenden Null-Spannung zurück zur Netzspannung wird in dem Thyristorschalter 19 an der Klemme H1 über eine Kabelverbindung 6PL8 nach Fig. 7 abgegriffen und auf einen Vollwellen-Brückengleichrichter 92 des Netzschaltfeldes 18 der Fig. 6 gegeben. Das zwischen der Leitung 1 und der H1-Klemme des Thyristorschalters 19 liegende Signal dient als Eingangsgröße für eine auf dem Netzschaltfeld 18 vorgesehene Opto-Isolatorschaltung 92. Der Opto-Isolator ist gesättigt, wenn an den Thyristoren eine Spannung liegt. Die Ausgangsgröße der Opto-Isolatorschaltung 92 wird auf das E/A-Schaltfeld gegeben, welches seinerseits den Mikroprozessor einspeist. Bei Empfang des Signales beginnt der Mikroprozessor die digital erzeugte Verzögerungszeit in der Steuerungseinrichtung laufen zu lassen, an deren Ende die nächste Halbperiode des Stromes gezündet wird. Diese Folge setzt sich für alle Halbperioden bei der Speisung fort, wobei jede Halbperiode jeweils auf das Ende der Stromleitung der jeweils vorhergehenden Halbperiode bezogen ist. Dieses Verfahren ist sehr genau und gestattet eine vollkommene Austauschbarkeit der Schaltfelder, ohne daß Einstellungen durch einen Fachmann erfoi derlich wären. Der oben erwähnte Leistungsfaktor bezieht sich auf den Leistungsfaktor, der der Steuereinrichtung durch deren Sekundärschaltung gegeben ist. Die Sekundärschaltung umfaßt das sekundäre Schweißkabel, die Schweißzange und das zwischen die Backen der Schweißzange eingespannte Werkstück. Unter Bezugnahme auf Fig. 9C ist zu bemerken, daß wenn die Opto-Isolatorschaltung bei einer an den Thyristoren anliegenden Spannung gesättigt ist, das dem Mikroprozessor für den automatischen Leistungsfaktor zugeführte logische Signal eine logische Null ist. Umgekehrt ist, wenn die Thyristoren gezündet und leitend sind, sowie der Opto-Isolator unwirksam ist, das auf dem Kabel 5PL14 der Fig. 6 dem Mikroprozessor zugeleitete Signal eine logische Eins, womit sich die in Fig. 8C dargestellte Wellenform ergibt.

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In Fig, 4 ist ein Programmarbeitsblatt dargestellt. Die Bedienungsperson kann dieses in Gestalt einer Karte vorliegende Ärbeitsprogramm als Anleitung zur Programmierung des Schweißsteuergerätes benutzen. Das Programmarbeitsblatt mit den für die Schweißfolgen zu verwendenden, jeweils notwendigen Zeiten und Wärmemengen kann von einer Bedienungsperson, einer Aufsichtsperson oder dgl. ausgefüllt werden. Die zur Eingabe der Arbeitsblatt-Informationen in das Schweißsteuergerät erforderlichen Schritte sind wie folgt:

1. Betrieb/Programm-Schlüsselschalter 44 auf die "Programm"-Stellung einstellen,

2. die Adressendrehknöpfe 40 auf die Adressenzahl einstellen, ' zu der Daten eingegeben werden sollen (in Fig. 4 aitspricht die Adresse 10 der Schweißverzogerungszeit für die Folge T),

3. die Datendrehknöpfe 42 auf die Zahl einstellen, die auf den Speicherplatz eingegeben werden soll, der durch die Adressendrehknöpfe 40 angewählt ist und

4. den Eingabe/Rückstelldruckknopf 74 drücken und dann loslassen.

Die Datenanzeige 46 ändert sich derart, daß sie der auf den Datendrehknöpfen 42 eingestellten Zahl entspricht. Dies zeigt an, daß die Daten ordnungsgemäß in den RAM-Speicher des Mikroprozessors eingegeben worden sind. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Eingaben gemacht worden sind. Wenn eine Doppelschweißfolge nicht notwendig ist, programmiert die Bedienungsperson die Taktzeiten für "Kühlen" und "2. Schweißung" auf 0 Perioden. Das Schweißsteuergerät ist derart ausgelegt, daß bestimmte Dateneingaben, die nicht zulässig sind, zurückgewiesen werden, wie dies bereits erläutert wurde. Falls eine solche Dateneingabe versucht werden sollte, verändert sich die Datenanzeige 46 nicht im Sinne der Übereinstimmung mit der Einstellung der Datendrehknöpfe 42. Die zurückgewiesenen Dateneingaben sind nochmals zusammengefaßt folgende:

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1. Eine Zahl größer als 59 in einer der Taktzeiten;

2. Eine Zahl kleiner als 50 bei einem der Werte der prozentualen Wärme und

3. Jede Adressenänderung, die nicht in dem Programmarbeitsblatt enthalten ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

.)Digitale Steuerungseinrichtung für ein Punktschweißgerät mit tragbarer Schweißzange, bei dem zur Steuerung der Taktzeiten der Schweißfolgen und der in der Schweißstelle erzeugten Wärmemenge eine Schweißtransformator-Last an eine Stromquelle angeschaltet und von dieser wieder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine handbetätigbare Einrichtung (26) zur Erzeugung einer Anzahl;für konstante Daten der Taktzeiten und der jeweiligen Schweißwärmemengen kennzeichnender Ausgangssignale und eine auf das Ende der Stromleitung in jeder Halbperiode während einer Schweißzeit ansprechende Fühleinrichtung .(92, 18 24) aufweist, durch die ein automatisches Leistungsfaktorsignal (APF) mit einem zeitlichen Bezugspunkt erzeugbar ist, der sich bei Änderungen des Leistungs faktors der Schweißeinrichtung entsprechend ändert und daß eine eine feste, bekannte Taktzeit aufweisende, auf die Wärme,-Taktzeit-_f und automatische Leistungsfaktor-Signale ansprechende digitale Steuereinrichtung (22) vorgesehen ist, die nach dem Empfang des automatischen Leistungsfaktor-Signales (APF) in eine eine bestimmte Verzögerungszeit ergebende Programmschleife einfügbar ist und durch die ein durch entsprechende Phasenverschiebung des Zündzeitpunktes die Schweißwärme steuerndes Zündsignal für die Schweißung sowie die einzelnen Taktzeiten der Schweißfolge erzeugbar sind.
2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die digitale Steuereinrichtung (22) einen

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Speicher (RAM) zur Speicherung der konstanten Daten der Taktzeiten und der jeweiligen Schweißwärmemengen für jede Schweißfolge, sowie einen programmierten Speicher (PROM) aufweist, der Bereichsgrenzwerte für die konstanten Daten der Taktzeiten und der Schweißwärmekonstanten enthält und in dem die konstanten Daten der Taktzeiten und der Schweißwärmemengen mit diesen Bereichsgrenzen verglichen werden, bevor diese Daten auf Speicherplätze des Speichers eingegeben werden, auf denen sie durch die Steuereinrichtung (22) während einer Schweißfolge zugänglich sind.
3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die handbetätigbare Einrichtung (26), die Fülleinrichtung (92, 18, 24) und die Steuereinrichtung (22) jeweils in Gestalt eigener,einsteckbarer Baueinheiten ausgebildet sind, die über schnell lösbare Steckverbindungen (5PL7 etc.) an ein elektrisches Verbindungsnetzwerk derart anschließbar sind, daß jede der Baueinheiten einfach austauschbar ist.
4. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) in der Steuerungseinrichtung vorhandene Signale überwachende Mittel zur Feststellung von Fehlern in der Steuerungseinrichtung und zur Erzeugung von diesen festgestellten Fehlern entsprechenden Fehlerdiagnosesignalen aufweist und daß eine auf ein derartiges Fehlerdiagnosesignal ansprechende Sicherheitseinrichtung (22) vorgesehen ist, durch die bei Empfang eines Fehlerdiagnosesignales die Schweißfolge augenblicklich abbrechbar,der Elektromagnet der tragbaren Schweißzange entregbar und die Steuerungseinrichtung in einen Bereitschaftszustand rückversetzbar sind.

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5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die handbetätigbare Einrichtung zur Erzeugung der Ausgangssignale eine Kontrollbaugruppe (26) und die digitale Steuerungseinrichtung (22) ein Mikroprozessor sind, der einen Direktzugriffspeicher (RAM) zur Speicherung der festen Daten der Taktzeiten und der Schweißwärmemengen der Schweißfolge sowie einen Festwertspeicher (PROM) zur Speicherung des die von der Kontrollbaugruppe (26) kommenden Ausgangssignale mit dem Inhalt des Direktzugriff Speichers (RAM) vergleichenden Organisationsprogrammes aufweist und daß in der Kontrollbaueinheit (26) Adressen-Drehknöpfe (40) zur Adressierung von für die Datenaufnahme bereitgestellter Speicherplätze in dem Direktzugriff speicher (RAM) und Daten-Drehknöpfe (42) zur wählbaren Einstellung von auf die von den Adressen-Drehknöpfen (40) in dem Direktzugriffspeicher (RAM) ausgewählten Speicherplätze einzugebenden Daten vorgesehen sind und die auf den von den Adressen-Drehknöpfen (40) ausgewählten Speicherplätzen in dem Direktzugriffspeicher. (RAM) gespeicherten Daten auf einer LED-Datenanzeige (46) der Kontrollbaueinheit (26) anzeigbar sind und diese einen , Betrieb/Programm-Schalter (44) aufweist, der für die Programmierung des Mikroprozessors in seine "Programm-Stellung' und für die Durchführung einer Schweißfolge in seine "Betrieb"-Stellung umschaltbar ist und daß außerdem der Kontrollbaueinheit (26) eine die Speicherplätze für die Einstellung der Adressen-Drehknöpfe (40) bei der Programmierung des Mikroprozessors sowie Informationen zur Feststellung von Fehlerquellen enthaltende Adressenprogrammkarte oder -tafel (Fig. 4) zugeordnet und bei der Kontrollbaueinheit (26) ein Schaltersatz (48) zur Eingabe der Da^ ten in den Mikroprozessor und zur Steuerung der Steuerungseinrichtung sowie Schaltungseinrichtungen vorgesehen sind, durch die, abhängig von empfangenen Fehlerdiagnosesignalen _f auf der LED-Datenanzeige (46) numerische Anzeigewerte anzeigbar sind.

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6. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wartungszeit-Zähler und -kompensator (MICC) mit einer vierstufigen Schrittschaltfunktion aufweist, durch den jeweils nach Durchführung einer vorbestimmten Anzahl von Schweißungen in jeder Stufe die Schweißwärme unter Kompensation des Elektrodenverschleisses selbsttätig vergrößerbar ist.
7. Verfahren zur Programmierung des digitalen Teiles einer Steuerungseinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, für ein bei einer Montagestraße in der Automobilindustrie bestimmtes Punktschweißgerät mit tragbarer Schweißzange, das als Hauptsteuerelement einen Mikroprozessor aufweist, dem eine Bedienungselemente zur Vorprogrammierung der Schweißfolge in dem Mikroprozessor; einen Betrieb/Programm-Schlüsselschalter sowie Adressen- und Datendrehknöpfe aufweisende Kontrollbaueinheit zugeordnet ist, durch deren Adressendrehknöpfe jeweils adressierte Speicherplätze in dem Speicher des Mikroprozessors auswählbar und durch dessen Datendrehknöpfe in die mittels der Adressendrehknöpfe ausgewählten Speicherplätze einzugebende Taktzeiten- und Schweißkonstanten-Daten wählbar sind, wobei an der Kontrollbaueinheit ein Eingabe/Rückstelldruckknopf zur Eingabe der gewählten Daten vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung eines die in einer Schweißfolge zu verwendenden Taktzeiten~und Schweißwärmekonstanten enthaltenden Programmarbeitsblattes der Betrieb/Programm-Schlüsselschalter auf die jeweilige Programmstellung, die Adressendrehknöpfe auf die auf dem Programmarbeitsblatt für die einzugegebenden Daten angegebenen Speicherplätze und die Datendrehknöpfe, auf die Zahl eingestellt werden, die entsprechend dem auf dem Programmarbeitsblatt angegebenen Schweißplan in die mittels der Adressendrehknöpfe ausgewählten Speicherplätze eingegeben werden soll und daß schließlich durch Niederdrücken und Wiederloslassen des Einstell/Rückstell-Druckknopfes die Daten zur Steuerung

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der Schweißfolge in den Mikroprozessor eingegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Mikroprozessor einen Wartungszeit-Zähler und -kompensator mit einer vierstufigen Schrittschalteinrichtung aufweist, durch den in jeder Stufe die Schweißwärme nach einer vorbestimmten Anzahl von Schweißungen zur Kompensation des Elektrodenverschleisses automatisch erhöht wird und die Kontrollbaueinheit einen Schalter zum Ein- und Ausschalten des Wartungszeit-Zählers und -kompensators sowie einen weiteren Schalter zum Weiterschalten des Wartungszeit-Zählers und -kompensators aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wartungszeit-Zähler und -kompensator ein- und ausschaltende Schalter in seine EIN-Stellung umgeschaltet wird, in welcher die Schweißungen gezählt und die früher eingegebenen Schweißwärmedaten durch Daten ersetzt werden, die in einen dem Wartungszeit-Zähler und -kompensator zugeordneten Teil des Speichers des Mikroprozessors eingegeben sind und daß der Weiterschaltschalter des Wartungszeit-Zählers und -kompensators zur Weiterschaltung des Wartungszeit-Zählers und -kompensators auf die nächste Stufe in dem Schrittschaltprogramm bei abnormal großem Elektrodenspitzenverschließ niedergedrückt wird.
9. Verfahren zur Steuerung der Schweißung bei einer digitalen Punktschweißsteuereinrichtung, bei der eine einen bestimmten Leistungsfaktor aufweisende Last.zumindest während eines Teiles der Halbperiode der Wechselspannung bei jeder Schweißung an eine Wechselspannungsquelle angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung der Beendi- · gung der Stromleitung in der jeweils vorhergehenden Halbperiode ein automatisches Leistungsfaktorsignal erzeugt wird und der Mikroprozessor zur Erzeugung einer Zeitverzögerung bei Auftreten eines Leistungsfaktorsignales in eine Programmschleife gelegt wird, zu deren Durchlaufen

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eine bekannte und feste Zeitspanne erforderlich ist, daß die Verbindung der Last mit der Stromquelle durch ein von dem Mikroprozessor abgegebenes Zündsignal gesteuert wird und schließlich damit begonnen wird, den Mikroprozessor eine vorbestimmte Zahl von Malen durch die Programmschleife laufen zu lassen, um die tatsächliche Zeitverzögerung zu bestimmen, bevor die nächste Halbperiode des Schweißstromes durch das Schweißzündsignal für den Mikroprozessor in Gang gesetzt wird.

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