DE3202790A1 - Einrichtung zum steuern und programmieren von schweisszangen - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

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

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur adaptiven Schweissteue rung ist eine programmierbare Vorrichtung, die für sämtliche Einphasen-Widerstandsschweissvorgänge mit einer oder zwei Zan gen geeignet ist, die durch eine Gruppe statischer Schalter, im allgemeinen zwei SCR, gesteuert werden.

Das die Einrichtung kennzeichnende Hauptmerkmal ist ihre hoch entwickelte sowohl Hardware- als auch Software-Gliederbauweise, die sie äusserst anpassungsfähig und jedem gegenwärtigen und auch zukünftigen Anspruch gewachsen macht Da sie nämlich programmierbar ist, lassen sich bei ständiger Anwendung der einen und derselben Vorrichtung die Schwexsseigenschaften vollständig verändern. "

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

Nimmt nämlich die Leistungsspannung (500 V) ab, so erhöht die Schweissteuerung den SCR-Zündwinkel automatisch, um eine star kere Stromzufuhr zu erzielen, und zwar natürlich innerhalb ge wisser Grenzen.

Ausser diesem Merkmal machen aus der erfindungsgemässen Einrichtung zahlreiche weitere, nachstehend beschriebene Merkmale ein technologisch fortgeschrittenes Erzeugnis.

Wie erwähnt, ist die Einrichtung in zwei Ausführungen lieferbar: die erste, sogenannte Grundausführung ist auf nur eine
Weise programmierbar, die nachstehend als "O-Form" bezeichnet wird. Die zweite, sogenannte Ausführung mit ALU-Karte ist auch in den Formen 1,2, 3 und 4 programmierbar.

Nachstehend werden nähere Einzelheiten über die verschiedenen Programmformen und die entsprechenden Leistungen geliefert.

Die Einrichtung ist mit 16 verschiedenen, vollständig unabhän gigen und nicht am Kanal (bzw. an der Zange) gebundenen Programmen programmierbar. Diese hohe Anzahl zur Verführung stehender Programme gestattet ein Höchstmass an Anpassungsfähigkeit beim Differentieren der Schweisspunkte. Es ist zum Beispiel im Fall der Steuerung der Zange eines Schweissroboters
möglich, die Punkte je nach der Anzahl der zu schweissenden
Bleche, der Blechdicke und der Blechart (behandelt oder unbehandelt) sowie je nachdem die Punkte eine Hauptrolle (also un bedingt halten müssen) oder eine Nebenrolle (also eine kleine Anzahl nicht ganz genauer Punkte zulässig ist) spielen_;zu dif ferenzieren.

Spielt der Schweisspunkt eine Hauptrolle, so ist es zweckmässig, ihn mit einer anderen Form als 0 mit engen Schaltbereichen bei Schweissunregelmässigkeiten zu programmieren. In ein Schweisspunkt gewöhnlich, so wird er wahrscheinlich mit der O-Form pro grammiert.

Die Kombinationen und Zwischenstellungen sind dabei unzählig.

Es lässt sich somit eine Folge ungleichartig programmierter Schweisspunkte mit ungleichartigen Alarmschwellen ausführen. Ein einzelner Punkt kann sich auch einfach durch nur einen Parameter von einem anderen Punkt unterscheiden und deshalb ist eine so grosse Anzahl Schweissprogramme erforderlich. Offensichtlich ist die Grundausführung, obwohl sie die Möglichkeit von 16 Schweissprogramme hat, weniger vielseitig, weil sie nur die Funktion mit der O-Form vorsieht.

vier

Von den 16 Schweissprogrammen haben die letzten/die Möglichkeit, zur Ausführung von thermischen Vorgängen programmiert zu werden. Es ist dadurch möglich, Schweissvorgänge mit höchstens je 6 Impulsen veränderlicher Form zur Bearbeitung von besonderen Werkstoffen auszuführen, die eine solche Behandlung verlangen.

In diesem Fall ist jeder Impuls unabhängig von den anderen Im pulsen mit folgenden Parametern programmierbar: Schweissvorgänge (Stromzeit); Ruhevorgänge (Vorhaltezeit); Winkel (Verluststrom) ; Steigung aufwärts ( <., positiv) und abwärts ( >, nrgativ). Bei positiven Steigungen gleichen Durchmessers ge-

o ginnt der erste Vorgang automatisch bei 87 .

Diese und weitere sind die Eigenschaften und die Vorteile der erfxndungsgemassen Einrichtung, die nachstehend an Hand der bei liegenden Zeichnungen näher beschrieben wird. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht des Einrichtungsinneren, Fig. 2 die Ansicht ihrer Stirntafel,

Fig. 3 das allgemeine Blockschaltbild der Einrichtung, Fig. 4 bis 12 die Blockschaltbilder von elektronischen Bestand teilen der Einrichtung,

Fig. 13 das Diagramm eines Schweissvorganges, Fig. 14 den Schaltplan eines Schweisstrafos,

Fig. 15 das Quantelungsdiagramm einer Halbwelle, und Fig. 16 das Diagramm des Zündwinkels und des Verhältnisses zwi sehen Strom und Spannung.

Die Einrichtung besteht aus einem Kasten 10 als Einzelkörper, an dessen Vorderseite sich die Tafel 11 (Fig. 2)zum geführten Gespräch mit der Bedienungsperson durch Tastatur mit alphanumerischem Sichtgerät befindet.

Die in Fig. 2 nur als Beispiel dargestellte Tafel 11 umfasst folgende Elemente: eine Reihe numerischer Tasten 12, eine Rei he Programmtasten 13, eine Installationstaste 14, eine Reihe Wechselschalter 15, eine LED 16, die die Anwesenheit der Inter face-Karte der EDVA anzeigt, eine LED 17 - Anwesenheit der ALU-Karte, eine LED 18 -Installation, eine LED 19 - Programmierung oder Abänderung, eine LED 20 - Ausschluss des Schweissens und eine LED 21 - Ausschluss der Alarmsignale. Durch die Maske 22 wird die alphanumerische Abbildung-hervorgehoben. Die Funktion jeder Taste der verschiedenen LED wird nachstehend zusammen mit der Arbeitsweise der Einrichtung beschrieben.

An der rückwärticren Seite des Kastens 10 ist der Hauptverbinder zum Anschluss an der Schweissmaschine angeordnet. Dieser Verbinder wurde aufgrund seiner starken Bauweise, der hohen Anzahl zumutbarer Ein- und Ausschaltungen (> 10 000), der hohen Belastungsfähxgkeit der Kontakte (8 A), der Isolationsspan nung (1500 V) gewählt und ermöglichirden raschen Austausch von defekten Schaltgliedern.

Das mechanische Gehäuse 10, das die ganze Elektronik enthält, ist so gebildet, dass es ein Höchstmass an Wärmeableitung ermöglicht, um die elektronische Zuverlässigkeit optimal zu gestalten und grosso Widerstandsqualitäten zu gewähren.

Die Elektronik der - in der O-Form funktionierenden - Grundausführung besteht aus 6 Karten: eine MB-Mutterplatte 22 (Mother Board), an der die anderen Karten eingesetzt sind; eine CPU-Kar te 23 (Central Processor Unit), an der der Mikrorechner angeordnet ist, der sämtliche Funktionen betreibt; eine PMS-Karte 24 (Program Storage Module), an der der nicht leistungsabhängige CMOS-RAM-Arbeitsspeicher angeordnet ist; eine IOM-Karte 25 (Input/Output Module), an der sich die Optoisolatoren und die Krei se zum Betrieb der Ein- und Ausgaben von und zum Feld befinden; eine MCP-Karte (Main Control Panel) (in Fig. 1 nicht dargestellt), an der die Tastatur und die Karte des alphanumerischen Sichtgerätes angeordnet sind; eine MPS-Karte 26 (Main Power Supply).

Wie bereits erwähnt, ist.die Einrichtung ausserdem zum Einsatz von zusätzlichen Karten ausgelegt, die ihre Leistungen und ihre Auffassungsgabe erhöhen, sowie eine bessere Schweisswiederholbarkeit beim Ändern der Parameter ermöglichen. Insbesondere sind folgende Karten einsetzbar: eine ALU-Karte 27 (Arithmetic Logic Unit), die die Funktion der Formen 1,2, 3 und 4 gestattet; eine CI-Karte 28 (Computer Interface), die den serienweisen Anschluss an einen Fernrechner ermöglicht und dadurch aus der Schweissteuerung eine gegenüber einer Hauptverarbeitungsanlage dezentralisierte intelligente Einheit macht. Die Interface kann ebenfalls den Anschluss eines Druckers zum Beleg der Alarme, der ausgeführten Programme und der Programmierung im allgemeinen gestatten.

Die vorgeschlagene Einrichtung weist nachstehende besondere Eigenschaften auf:

1. 16 Schweissprogramme - 2. Möglichkeit der Ausführung von Tem peratur-Zeit-Folgen an'4 Programmen - 3. Ausgleich des Zündwin-

kels bei Änderung der Schweisspannung - 4. Programmässiges Einschalten - anstelle des ersten Schweissvorganges bei 87 - der Aufwärts-Steigung (<); Möglichkeit, die Abwärts-Steigung (>) zu programmieren - 5. Intelligenter Betrieb der Alarme, die sich auf das Schweissagregat beziehen, mit eventueller Aufhebung der Störungen (wenn möglich) - 6. Anmeldung fehlerhafter Anlagente^ Ie - 7. Selbständige Fehlersuche - 8. Speicherung eines nicht leistu.ngsabhängigen Bereiches der "Geschichte" der Alarme, der Zündungen und der Aufstellungen (Schreiber) - 9. 10 optoisolier te Eingaben (1500 V Isolierung) bei 24 V nicht gemeinsamen Gleichstroms - 10. 10 Ausgaben an spannungsfreien Kontakten 11. Geführtes Gespräch mit der Bedienungsperson durch Tastatur und alphanumerisches Sichtgerät - 12. Auslegung (Verbinder) für rasche Fehlersuche - 13. Selbsttätiges Einstellen bei der Aufstellung - 14. Hardware-Software-Gliederbauweise (bei Einsatz zusätzlicher Karten werden zusätzliche Leistungen erzielt) 15. Auslegung zum raschen Austausch ohne Neuprogrammxerung (leicht herausziehbare PSM-Karte).

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

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

Der im wesentlichen aus eine Mikroprozessor bestehende Mikrorech ner erhält am Eingang folgende Signale: die von der Tafel 11 während der Aufschreibung der Programme kommenden Daten; die vom

RAM-Speicher 31 während der Ausführung des Prograiranes kommenden Daten; die von ausserhalb durch die Eingabe-Ausgabe-Karte 25 (IOM) kommenden Signale; besondere Signale, die den Betriebszustand der Steuerung angeben; sowie selbstverständlich die erforderlichen Speisespannungen.

Seinerseits liefert der Mikrorechner die Steuersignale zum Betrieb der von den anderen Karten erfüllten Punktionen.

Zwischen der MCP-Stirnkarte 32 und der CPU-Karte 23 werden Signale zum gegenseitigen Gespräch zwischen Bedienungsperson und Einrichtung ausgetauscht. Insbesondere gelangen von der Tastatur 11 und vom entsprechenden Codiergerät die von der Bedienungsperson eingestellten Daten zur CPU-Karte 31, die die den verschiedenen Eingaben entsprechenden Signale zum alphanumerischen Sichtgerät schickt.

Die eingefügten Programme werden im RAM-Speicher 31 an der PSM-Karte 24 gespeichert und dann von der CPU-Karte 23 während der Ausführung· abgefangen. Diese zweckmässig verarbeiteten Daten werden zur IOM-Eingabe-Ausgabe-Karte 25 für die anschliessende Weiterleitung zum Feld geschickt. Auf ähnliche Weise gelangen durch dieselbe Karte die von ausserhalb kommenden und den Betriebszustand der Schweissanlage anzeigenden Signale zur CPU-Karte zur erforderlichen Verarbeitung.

Die zusätzlichen Karten ALU 27 und Computer-Interface CI 28 wenn sie eingesetzt sind - tauschen ihre Signale mit der IOM-Eingabe-Ausgabe-Karte 25 aus.

Sämtliche Karten sind schliesslich über die MB-Mutterplatte 22 miteinander verbunden, an der auch der Verbinder zum Feld angeordnet ist.

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

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

Seinerseits erhält das Sichtgerät 41 Befehle von der CPU-Karte 23 und schickt der CPU-Karte das Signal der verlangten Unterbre chung.

Bei Empfang des Steuerungswähl- bzw. Lesesignals wird der Sammelschienen-Sende-Empfanger 43 dazu befähigt, das von der Tasta tür 42/zur CPU-Karle auf Füssen des Verbinders an der MB-Mutter platte 22 zu schicken.

Ist dagegen nur das Schreibsignal vorhanden, so w-ird das von der CPU-Karte auf Füssen kommende Datum durch den Sende-Empfanger 43 der Abbildungskarte 44 geschickt.

Die zyklische Auswahl von 4 Chips der Abbildungskarte 44 ist einem Mehrweg-Dekoder 45 anvertraut, der die Adressen von der Adressensammelschiene 50 am Eingang erhält.

Die Befähigung des Mehrweg-Dekoders 45, die Befähigung zur Aufschreibung für die Abbildungskarte 44 werden durch den PROM 46 erzeugt.

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

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

Die vier Schalter 15 der Tafel 11 schicken durch die Füsse Daten über ihre Zustand.

Schliesslich wird noch darauf aufmerksam gemacht, dass sämtliche von der CPU-Karte kommenden oder ihr geschickten Signale

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auch an einem besonderen Verbinder/vorhanden sind, der an der Sitrnkarte angeordnet ist.

Dieser, an einer dazu geeigneten Einrichtung (Simulator) oder einfach an einem logischen Analysator angeschlossene Verbinder wird zur Fehlersuche benutzt.

Die CPU-Karte 2 3 ist in Fig. 5 dargestellt.

Diese Karte ist das Herz der ganzen Einrichtung und weist einen Mikroprozessor 53 zusammen mit den Steuerkreisen der Datensammel schiene 59, der Adressensammelschiene 50 und der Sammelschiene der Befehle 51 auf, die je aus dem Datenpuffer 54, dem Adressenpuffer 55 und dem Befehlepuffer 56 bestehen.

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

Diese Speicher sind mit den Bits von AO bis zu A11 adressiert und ihre Ausgänge sind an der Satensammelschiene 52 angeschlossen.

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

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

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

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

Gleichzeitig schickt ein Bit eines Gatters der integrierten Schal tung das Zündbefähigungssignal dem Kreis, der den Impulstrafo in der Aussenzündvorrichtung steuert.

Ist ausser den ErkennungsSignalendes Zündbereiches und der Zünd befähigung auch das Signal für an den SCR des Detektorkreises 63 anwesende Spannung hoch, so wird der ausserhalb angeordnete Impulstrafo 62 zum Zünden der SCR gesteuert.

Das Signal des Zeitachsenerzeugers 61, das von einer Hardware-Steuerung 64 herkommt, wird zusammen mit anderen Signalen durch die programmierte Zeitachse erzeugt. .

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

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

Die Spannung der Primärwicklung des Schweisstrafos wird durch einen an Bord der Maschine angeordneten Fühler auf Niederspannung gebracht und einem Kreis 66 zugeführt, der sie in einen Di gitalwert umwandelt, .der in einem Register 67 aufbewahrt wird.

Die Ausgabe dieses Registers an der Datensammelschiene wird von der CPU-Karte zur eventuellen Veränderung des Zündwinkels in der Form 0 verwendet.

Von der äusseron Zündvorrichtung kommen die automatischen costo-Signale zur Identifizierung durch entsprechende Kreise 63 und 68 der Anwesenheit der Spannung an den SCR und der Anwesenheit der Leistungsspannung an der Schweissanlage.

Der Feeder 69 liefert eine Wechselspannung von 20 V, die zur Er zeugung einer Vierkantwellenform zu 50 Hz bei 69' dient.

Diese Wellenform wird sowohl nach aussen zur Steuerung der Soft ware als auch nach dem Inneren derselben Karte zu einem Kreis geschickt, der bei jedem Nulldurchgang einen Impuls erzeugt.

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

Zur Speisung und zur Kontrolle der Speicherfunktion erhält die Karte Signale, die - wie in Fig. 6 kurz zusammenfassend dargestellt - zweckmässig einander zugeordnet und verwendet werden, um Befähigungen 71, den Lese- bzw. Schreibbefehl und die Speisung zu den Speicher-Chips zu geben.

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

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

Das wesentliche Element der IOM-Karte ist die programmierbare Anschluss-Interface 80, die sämtliche durch die Karte erfüllten Funktionen betreibt. Die integrierte Schaltung erhält von der CPU-Karte Steuersignale am Eingang, die vom Ausgang aus den Gat tern den beiden Steuerstufen 81 und 82 geschickt werden, die sie der Ausgabekreisen 83 weiterleiten.

Die Eingangssignale aus dem Feld gelangen zu den Eingabekreisen 84 und von diesen aus zur Interface 80.

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

An jeder Ausgabe ist ausserdem durch eine Drosselstelle an der Spur der gedruckten Schaltung eine Sicherung zu 3A vorgesehen (Fehlerortsbestimmung).

Eine Abweichung bedeutet, dass das Relais nicht richtig funktio

niort und daher wird das Signal zum Auslösen des Auftrenners ge geben. Dan ist erforderlich, um eventuelle Unfälle wegen eines unerwünschten Schliessens der Schweissmagnetventile zu vermeiden. Stimmt nämlich das Signal an den Schweissmagnetventilen nicht, so wird die Schweissarbeit sofort unterbrochen.

Jeder Eingabekreis (Fig. 9) besteht ähnlich wie die Ausgabekrei se im wesentlichen aus einem optischen Isolator 86 und aus der LED 85, die die Anwesenheit am Eingang des entsprechenden Signals auf digitalem elektronischem Niveau (+5V) anzeigt.

Ausser den Eingabe-Ausgabekreisen und ihren Steuerstufen v/eist die Karte auch den Kreis auf, der eventuelle Betriebsstörungen der Software 89 oder der Hardware 9 0 kontrolliert.

Schliesslich sind an der Karte drei weitere Kreise für folgende Kontrollen und Steuerungen vorhanden:

- Kontrolle 87 der unzulässigen Netzspannung

- Kontrolle 88 der Grenzerwärmung der Steuerung oder des Feeders

- Steuerung 91 des Impulstrafors.

In Fig. 11 ist die MPS-Karte 2 6 (Main Power Supply) dargestellt.'

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

An seinen fünf Sekundärwicklungen stehen folgende Spannungen zur Verfügung: 1.9V- 10A; 2. 20V - 4A; 3. 17V - 1A; 4. 17V- 1A;

5. 20V - 0,5 A.

Die ersten vier Spannungen werden ähnlich behandelt, um die gewünschten Werte an der Ausgabe zu erhalten. Insbesondere wird jede Spannung durch eine Diodenbrücke 100 gleichgerichtet, durch eine Kondensatorengruppe 101 filtriert, durch einen Spannungs-

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ausgleichkreis 102 geregelt, und zwar mit Ausnahme der 2QV-Span nung, die darüberhinaus durch einen kapazitiven Ausgangsfilter filtriert und schliesslich zum Verbinder der Karte geschickt wird. An jeder Ausgabe befindet sich ausserdem eine LED 104 zur Angabe der An- bzw. der Abwesenheit dor entsprechenden Spannung.

Von der fünften Sekundärwicklung wird dagegen die 2 0V-Spannung einem quadratischen Gleichrichter 103 und anschliessend dem Ver binder zur zweckmässigen Anwendung durch die CPU-Karte zugeführt .

Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass die in Fig.11 in gestri chelten Linien eingeschlossenen Teile direkt an der MPS-Karte angeordnet sind. Insbesondere sind die Ausgleichkreise am Wärme ableiter angeordnet, an dem sich der Erkennungsthermistör für zu hohe Temperatur befindet.

Die MB-Mutterplatte 22 (Mother Board) ist der sich am Ende der Einrichtung befindende Sternpunkt. Daran sind die Verbinder, in denen die anderen Karten eingesetzt sind, der Verbinder nach dem Feld hin angeordnet. Die Spuren ihrer gedruckten Schaltung bringen die Signalverbindungen mit den anderen Karten zustande.

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

- die adaptive ALU-Karte 27 zur Funktion in den Formen 1,2,3 und 4;

- die CI-Rechner-Interface-Karte 28 zur Verbindung mit einem Fernrechner oder einem Drucker.

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

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Die ALU-Karte besteht im wesentlichen aus zwei Analogkanälen 110, denen die der Schweisspannung und dem Schweisstrom entspre chenden Signale geschickt werden. Die entstörten Signale werden dem Selbsteinstellungskreis geschickt und durch geeignete Schalt kreist. 112 in numerische Daten umgeformt, die von der integrierten Schaltung 113 verarbeitet werden können, die die Funktion eines Vervielfacher/Akkumulators erfüllt. Die drei Ausgaberegister können durch den die Einrichtung betreibenden Hauptmikrorechner abgelesen werden.

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

Die CI-Karte besteht im wesentlichen aus einer programmierbaren Verbindungs-Interface 94, die durch "current loop" serienweise Linienschaltvorrichtungen das Gespräch mit dem Feld führt.

Ein programmierbarer Teilchenbeschleuniger bestimmt die Sende-Empfangsgeschwindigkeit der Linie.

Das die Aussenverbindung betreffende Programm ist in den EPROM-Speichern 95 lokalisiert.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemässen Einrichtung ist die Möglichkeit des Zündwinkelausgleichs bei Änderung der Schweissspannung (eigentliche O-Form).

Die Steuerung steuert die Leistungs-SCR am Schweisstrafo und zün det sie während des Schweissvorganges mit einem bestimmten Winkel (Fig. 13).

Der T -Trafo an der Primärwicklung des Schweisstrafos (Fig. 14) entnimmt die anwesende Spannung, senkt sie auf Sicherheitspegel von Λ"5ν und schickt sie einem Analog-Digital-Umsetzer, der sie in eine Zahl mit 8 Bits umformt; dadurch wird die Halbwelle in

in 256 Spannungspegel gequantelt. Auf ähnliche Weise wird der
Winkel um 180 der Halbwelle in 256 Teile eingeteilt, die je
~·0.703 entsprechen (Fig. 15).

Die Steuerung erkennt eine kleinste Spannungsänderung von 1/2 55 und ändert daher den Zündwinkel um ein zweckmässig berechnetes
Ausmass ab, damit die der Schweisszange zugeführte Leistung kon stant bleibt. In Fig. 16 ist der Zusammenhang zwischen Schweiss spannung und Schweisstrom dargestellt.

Es lassen sich dadurch die Übereinstimmung des Winkels in elektrischen Graden mit dem beim Programmieren eingestellten Winkel sowie ausserdem die Übereinstimmung des für die Verschiebung
zwischen i und ν gemessenen cos\|i mit dem tatsächlichen cos<p,
die elektrischen Grade und die VÜnkel tabellenmässig ermitteln, denen einige SchweisslcistungRantcile entsprochen. Ks wird darauf aufmerksam gemacht, dass die eingestellten Winkel, die höher als das sind, was 100% der Schweissleistung entspricht, kei nen weiteren Beitrag über den Höchstwert hinaus leisten.

Wahlweise hat man mit dem Zündwinkel von 87 am Anfang der
Schweissarbeit die Möglichkeit, eine gewisse Anzahl Vorgänge
mit Aufwärts-Steigung einzuschalten. Auf ähnliche Weise lassen
sich die Abwärts-Steigungen programmieren. Am Anfang zündet also die Steuerung die SCR mit einem kleinen Winkel, um dann bis
zu dem in der eingestellten Anzahl Vorgänge programmierten Winkel zu steigen. Ist zum Beispiel der programmierte. Winkel 200
mit zwei Vorgängen mit Aufwärts-Steigung, so berechnet der ange schlossene Rechner die dem eingestellten Betriebswinkel (200)
entsprechende Schweissleistung, teilt den ermittelten Wert durch drei und sucht den dieser Leistung entsprechenden Winkel, mit
dem dann die SCR im ersten Steigungsvorgang gezündet werden. Für

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den zweiten Vorgang sucht er den Winkel, dem 2/3 der Gesamtleistung entsprechen, um schliesslich im dritten Vorgang, -d.h. im Betriebsvorgang, den der Gesamtleistung entsprechenden Winkel zu erreichen.

Dadurch arbeitet die Einrichtung .- dank der Anwendung des Mikro rechners - auf zur Schweissleistung lineare Weise.

Beim Schweissen ist zu vermeiden, dass die Zündung an einem SCR während einer Halbwelle ausfällt und sich der zweite SCR re gelmässig an der entgegengesetzten Halbwelle zündet. Kommt so etwas vor, so erfolgt eine Übersteuerung des Trafos mit der Mög lichkeit einer schweren Beschädigung der statischen Schalter. Die beiden Zündwinkel an der positiven und an der negativen Halbwelle müssen daher unbedingt identisch sein. Wenn das nicht der Fall ist, versucht die Einrichtung, die ausgebliebene Zündung nachzuholen. Erfolgt zum Beispiel beim ersten Schweissvorgang keine Zündung an der einen der beiden Halbwellen, so lässt die Steuerung die nächste Halbwelle durch und versucht, eine neue Zündung an der Halbwelle zu bewirken, die derjenigen entspricht, bei der die Zündung ausgeblieben ist. Das ganze Verfah ren wird höchstens fünfmal wiederholt und danach erfolgt die Fehlermeldung. Bleibt die Zündung bei»anschliessenden Vorgang aus, so wird das oben erwähnte Verfahren höchstens zweimal wiederholt, um die thermischen Eigenschaften des Schweisspunktes nicht zu verändern.

Am Schweisstrafο sind ein Fühler für die Form ü und drei Fühler für die Formen 1,2, 3 und 4 angeordnet, die die Möglichkeit der Meldung von Störungen der Anlage gewähren. Mit drei Fühlern ist die Fehlersuche selbstverständlich sorgfältiger.

Die Einrichtung ist zur selbständigen Fehlersuche mit entspre-

ozuz i au

chendem Alarm bei Störungen ausgelegt. Die bedeutendsten Prüfungen sind:

1. Hardware blockiert: dieser Alarm wirkt direkt nach aussen mit der Ausgabe 010 und befiehlt das Auslösen des Auftrenners, der wenn er ausserhalb angeschlossen ist - die Einrichtung ausschaltet.

2. Software blockiert: gibt die Software nicht alle 40-50 msec die Meldung für ungestörten Betrieb, so wirkt sich dies ähnlich wie beim Fall der blockierten Hardware aus.

3. Stromzuführungsstörungen: die Einrichtung kontrolliert, dass die zugeführte Spannung nicht über einen Bereich von +15% des Nennwertes hinaus schwankt. Bejahendenfalls führt sie das einge stellte Programm weiter aus, meldet jedoch die Störung der AnIa ge.

4. CMOS-RAM-Programmspeicher schmutzig oder ausgefallen..

5. Übertemperatur: die Einrichtung kontrolliert, dass die Tempe ratur im Ableiter, an dem die stabilisierten Feeder angeordnet sind, nicht mehr als +100 C und im Inneren der Vorrichtung nicht mehr als +70°C beträgt.

Eine gewisse Anzahl Zellen des nicht leistungsäbhängigen RAM-Speichers ist zur Speicherung der Alarme, der Zündungen und der Einsätze bestimmt, die während des Betriebes stattfinden. Sie erfüllen die Aufgabe eines "Flugschreibers", damit sich die jüngste Geschichte der Steuerung leichter ausmachen lässt.

Die Einrichtung besitzt 10 optoisolierte Eingaben und 10 Ausgaben an spannungsfreien Kontakten, so dass sich sowohl Dauerlasten bei +24V als auch Wechsellasten bei 110V steuern lassen.

Das alphanumerische Sichtgerät mit 16 Zeichen und die Tastatur, die sich an der vorderen Tafel befinden, ermöglichen das Gespräch zwischen Bedienungsperson und Einrichtung.

Wie erwähnt, kann die Einrichtung nicht nur in der Form 0, sondern auch in den Formen 1, 2, 3 und 4 funktionieren.

Die mit der ALÜ-Karte versehene Einrichtung hat gegenüber der Grundausführung zusätzliche Leistungen, das sie in der Lage ist, den Schweisstrom, die Schweisspannung und die augenblickliche Schweissleistung abzulesen und dabei eine höhere Anzahl Schweiss parameter zu steuern.

Es sind folgende, zusätzliche Leistungen möglich:

- Schweissform 0 mit überwachung der cos(j>~ und Schweisstrombereiche während der Impulsbeharrungsvorgänge, wenn der programmierte Impuls einzeln ist, oder des letztzen Impulses, wenn er mehrfach ist.

Hier wird die Einrichtung zur Erkennung von Falsch-Schweissungen angewandt: Kurzschluss-Schweissung (kein Blech vorhanden), sekundärer Stromkreis defekt oder unterbrochen (die Flechten sind nachzuprüfen oder eventuell auszutauschen, usw.), Ferromag netika in der Nähe der Schweissanlage, die die Arbeitsbedingungen beträchtlich verändern und den Schweisseffekt beeinflussen.

- Schweissform 1 mit veränderlichem Zündwinkel in Abhängigkeit von der Beständigkeit je Vorgang der beim Schweissen in Wärme aufgebrauchten Energie und festev-Anzahl Vorgänge. Hier wird die Einrichtung für ein sehr genaues Schweissen mit hoher Wiederholbarkeit bei gleichen Randbedingungen angewandt: Blech, Elektroden, usw.: in der Regel ergibt sich dabei ein Schweissen, das nach Menge der Vorgänge um 10-20% länger als das entsprechende Schweissen in der Form 0 ist. (um die qleiche Wirkung zu erzielen).

- Schweissform 2 mit festem Zündwinkel und veränderlicher Anzahl Vorgänge mit automatischem Stop am Ende der Schweissarbeit.

Gegenüber den heute handelsüblichen Schweissteuorungen, die das Ablesen an einem einzelnen Punkt jedes Schweissvorganges vorneh men (normalerweise lesen sie Spannung und Strom ab, wobei di/dt = 0), verwendet die erfindungsgemSsse Einrichtung sowohl das Strom- als auch das Spannungsintegral und minimiert eventuelle Fehler, die auf Palschablesungen in Zusammenhang mit Störungen zurückzuführen sind.

Diese Schweissform wird dort angewandt, wo die Randbedingungen veränderlich sind (Anzahl der Bleche, Blechdicke, Elektrodenver schleiss, LeistungsspannungsSchwankungen, usw.)· Bei dieser Schweissform ist es typisch möglich, eine Veränderung der Randbedingungen im Verhältnis 1:2 (+ 50%) einzuholen.

Beispiel: man legt die genauen Parameter zum Schweissen von 2 Blechen mit 1,6 mm Dicke aus. Die Automatik wirkt korrekt für drei (1+2) Bleche mit 1,6 mm Dicke, zwei Bleche, das eine mit 1,6 mm und das andere mit 0,8-2,4 mm Dicke. Dieses Verhältnis ist nicht als höchster, sondern als typischer Wert zu verstehen. Weicht das Verhältnis nocht weiter ab, so wird das Schweissen natürlich weniger genau ausgeführt, weil sowohl die Grosse der Spitze als auch der von den Elektroden ausgeübte Druck abgeändert werden sollten: diese Parameter lassen sich jedoch nicht durch die Einrichtung steuern.

- Schweissform 3 mit veränderlichem Zündwinkel, um die Schweiss Stromstärke (STROM-Einstellung) konstant zu halten, und veränderlicher Anzahl Vorgänge mit automatischem Stop am Ende der Schweissarbeit.

Diese Schweissform wird dort angewandt, wo ein Höchstmass an An passungsfähigkeit verlangt wird: das typische Adaptivitätsverhältnis beträgt hier 1:1,5 (+ 66%). Bei schmutzigem und/oder be

handelten! Blech (Zinchrometal, usw.) wirksam.

Sind zum Beispiel die Parameter zum korrekten Schweissen von zwei Blechen mit je 1,6 mm Dicke ausgelegt, so ermöglicht die Form 3 ohne weiteres das Schweissen von zwei Blechen mit je 0,8 mm Dicke bzw. von drei Blechen mit je 1,5 mm Dicke bzw. von vier Blechen mit 1,5 + 0,8 + 0,8 + 0,8 mm Dicke. Gegenüber der Form 2 ist hier der Ausgleich des Elektrodenverschleisses weniger wirksam.

- Schweissform 4 mit in Abhängigkeit von der Beständigkeit der je Vorgang zugeführten Knergio veränderlichem Zündwinkel und mit fester Anzahl Vorgänge. Diese Schweissform wird dort angewandt, wo die Randbedingungen nicht allzu stark veränderlich sind: Adaptivitätsverhältnis 1:2,5 (+ 40%), wo eine hohe Wieder holbarkeit erforderlich ist und die Elektroden weniger verschleissanfällig sind (hier wird der Elektrodenverschleiss nicht ausgeglichen). Bei behandeltem Blech (Zinchrometal, usw.) wirksam.

Es ist immer möglich, die Steuerung unabhängig von der angewand ten Schweissform in den Strombereich und in den costfeinzuschalten. Wenn eine adaptive Form bei der Strombeständigkeit (3 bzw. 4) angewandt wird, lässt sich eine eventuelle Stromungleichförmigkeit - zum Beispiel ein Kurzschluss-Schweissen - schwer entdecken, weil die Einrichtung automatisch versucht, den normalen Wert wieder herzustellen.

Die Einrichtung mit ALU-Karte ermöglicht die rasche Zustellung Typ 1 mit automatischer Erkennung der zugestellten Bleche und Verkürzung der Zustell- und Druckzeiten bei allen Schweissformen.

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

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

Es ist ausserdem die Möglichkeit vorgesehen, die zur Verfügung stehende 11OV-Spannung auch durch direkte Anwendung der Ausgabe-Kontakte der Eingabe-Ausgabe-Karte zur Steuerung von anderen, mit denselben Spannungswerten arbeitenden Einrichtungen zu verwerten. Vor Anfang einer Wartungsarbeit, insbesondere vor Ausziehen bzw. Hinsetzen einer Karte, empfiehlt es sich, zu kontrol lieren, dass die Einrichtung nicht am Netz angeschlossen ist. Bei Nichtbeachtung dieser Regel könnte die Elektronik beschädigt werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Leistungsspannung der Primärwicklung des Schweisstrafos in keinem Fall in das Innere der Schweissteuerung eintritt.

Jedes vom Gesichtspunkt der Software aus befolgte Programm kann in zwei Teile getrennt werden: "Main" und "Dialog".

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

Der "Main"-Teil ist sowohl mit dem "Dialog"-Teil, als auch mit den dem System eigenen Unterprogrammen verbunden und besteht aus: 1. dem eigentlichen Hauptschweissprogramm, 2. dem Rinbaumodul, 3. der Sammlung aller von allen Moduln mit Ausnahme des "Dialog"-Teils anrufbaren Unterprogramme, 4. dem Modul, der die Betriebsform beschreibt.

Der "Dialog"-Teil umfasst dagegen:

1. den Modul, der sämtliche einstellbaren und nicht einstellbaren Bereiche der 16 Programme enthält und beschreibt,

2. den Modul, der die im ASCII-Code sichtbar zu machenden Meldungen enthält.

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

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

a) Die erste Gruppe besteht aus den ersten 12 Programmen, die für Schweissarbeiten mit Normalwerkstoffen verwendet werden, wobei jedenfalls alle 16 Programme normal verwendet werden können.

b) Die zweite Gruppe besteht aus den Programmen 13 bis 16, die für Schweissarbeiten mit Sonderwerkstoffen bestimmt sind. Sie können Temperatur-Zeit-Folgen mit höchstens 6 Sonderimpulsen, jeder mit veränderlicher Form, ausführen.

Die am Sichtgerät erscheinenden Meldungen lassen sich ebenfalls

in zwei Gruppen einteilen:

- die Meldungen, die während der ProgrammaufSchreibung und

während der Prograinmablesung erscheinen und sich von der Bedienungsperson einstellen lassen, und

- die Meldungen, die nur während der Prograitnnablesung erscheinen und sich auf während der Programmausführung gemessene Werte beziehen.

Leerseite

Claims (3)

I 11 · \ ι ρ=: ι 1 » !■■!!■■«!■J I IhMhU I fc—l. I PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÖNCHEN 9O BZT 25-2324 COMAU S.p.Α., Grugliasco (Turin), Italien Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen PATENTANSPRÜCHE

1.;Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweisszangen, die Mittel, die mit alphanumerischem Sichtgerät und Programmtastatur zum Aufschreiben der verschiedenen Program me und weitere Mittel umfasst, die aus einem Programmspeicher und einem Mikroprozessor bestehen, der an der Eingabe Signale empfängt, die von den erstgenannten Mitteln, von weiteren Eingabe-Ausgabe-Mitteln von ausserhalb der Einrichtung, von weiteren Mitteln zur elektrischen Stromversorgung der Einrichtung und von vreiteren Mitteln zur Meldung des Betriebszustandes der Steuerung stammen, wobei die zweitgenannten Mittel den erstgenannten Mitteln Signale schicken, die den verschiedenen, sich auf die von der

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H.PRÜFER · D-BOOO MÜNCHEN ΘΟ · WILLROIDERSTR. θ · TEL. (Ο89) «40640

Bedienungsperson an den erstgenannten Mitteln eingestellten Programme beziehenden Daten entsprechen; die zwischen den. erst- und den zweitgenannten Mitteln kompilierten Programme in weiteren Mitteln gespeichert werden, um während der Ausfüb. rung der Programme von den zweitgenannten Mitteln angerufen und den drittgenannten Mitteln zur Weiterleitung an die Schweisszange geschickt zu werden; die zweitgenannten Mittel die Signale verarbeiten, die den Betriebszustand anzeigen und von den fünftgenannten Mitteln durch die drittgenannten Einga be-Ausgabe-Mittel zur Verarbeitung während der Ausführung der Programme herkommen; und schliesslich die Kombination obenge-• nannter Mittel die Veränderung des Zündwinkels der statischen Schalter der Schweisszange in Abhängigkeit von der Spannung der Primärwicklung eines Schweisstrafos ermöglicht, um die Energie konstant zu halten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Mittel umfasst, die die Signale mit den zweitgenannten Verarbeitungsmitteln sowie mit den drittgenannten Eingabe-Ausgabe-Mitteln austauschen, wobei diese sechstgenannten Mitf tel den Schweisstrom, die Schweisspannung und die augenblickliche Schweissleistung ablesen, um nachstehend angegebene, wei tere Möglichkeiten zu gewähren:

a) Veränderung des Zündwinkels der Schalter in 'Abhängigkeit von der Beständigkeit je Vorgang der während des jeweiligen Schweissvorganges in Wärme aufgebrauchten Energie und feste Anzahl der Vorgänge,

b) Aufrechterhaltung des festen Zündwinkels und veränderliche Anzahl der Vorgänge mit automatischem Stop am Ende der Schweissarbeit,

c) Veränderlicher Zündwinkel, um die Schweisstromstärke konstant zu halten, und veränderliche Anzahl der Vorgänge mit

automatischem Stop am Ende der Schweissarbeit,

d) Veränderlicher Zündwinkel in Abhängigkeit von der Beständigkeit des je Vorgang zugeführten Stromes und feste Anzahl der Vorgänge,

e) Einschalten der Überwachung des Schweisstrombereiches und des Kreis-cos^p zur Erkennung von Störungen,

f) Automatische Erkennung bei zugestellten Zangen mit Verkürzung der Maschinenschweisszeit.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Mittel umfasst, die die Signale mit den zweitgenannten Verarbeitungsmitteln und den drittgenannten Eingabe-Ausga be-~Mitteln austauschen, wobei diese siebtgenannten Mittel den serienweisen Anschluss der Einrichtung an einen Rechner und/ oder Drucker ermöglichen, um die Einrichtung gegenüber einer Haupteinheit zu dezentralisieren und/oder die ausgeführten Programme dokumentarisch zu belegen.