DE2827794C2 - Digitale Phasenanschnittsteuerung für Punktschweißgeräte - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einer digitalen Phasenschnittsteuerung für Punktschweißgeräte, mit den Schweißstrom periodisch ein- und ausschaltenden elektronischen Schaltern sowie einer die Zündung der elektronischen Schalter steuernden programmierbaren digitalen Steuereinrichtung, wobei die in den Schweißstellen erzeugte Wärmemenge von der Einstellung des Phasenanschnittwinkels für die elektronischen Schalter abhängt.

In »American Machinist« vom 1. Februar 1975, Seiten 33 bis 35, ist eine derartige numerisch gesteuerte Widerstandsschweißeinrichtung beschrieben, bei der die Schweißparameter wie Vorpressen, Schweißwärme, Nahhaltezeit usw. zunächst auf Lochkarten gestanzt werden, die dann über einen Lochkartanleser, der an die digitale Steuerung der Widerstandsschweißmaschine angeschlossen ist, gelesen werden. Die Steuerung der Schweißmaschine erfolgt auf diese Weise digital numerisch, wobei die Schweißwärme über eine Phasenanschnittregelung gesteuert wird.

Aus W. Martin »Mikrocomputer in der Prozeßdatenverarbeitung« Hanser-Verlag, München-Wien, 1977, Seite 106, ist es bekannt, den Systemtakt eines Mikroprozessors zur Ableitung einer Zeitbasis zu verwenden, die dann über einen Interrupt die Software-Uhr anstößt. Hierbei ist es allerdings so, daß mit einer zusätzlichen Hardware aus dem Systemtakt die Zeitbasis gebildet wird. Die zusätzliche Hardware steuert dann durch periodische Eingriffe die in dem Mikroprozessor programmierte Uhr.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerung der eingangs genannter. Art zu schaffen, die Änderungen des Leistungsfaktors der Anlage selbsttätig derart berücksichtigt, daß die Wärmemenge an den Schweißstellen entsprechend der vorgegebenen Einstellung im wesentliehen konstant bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße digitale Steuerung durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des <,5 Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine digitale Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung in schemaiischer Blockd:irstellung unter Veranschaulichung der Verbindungen zwischen den einzelnen Baueinheiten,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Eingänge und Ausgänge des Mikroprozessors der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1,

Fi g. 3 ein Schaltbild des Thyristorschalters der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4A bis 4C Strom- bzw. Spannungs/Zeitdiagramme zur Erläuterung der automatischen Leistungsfaktor-Regelung der Steuerungseinrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 5A bis 5C Diagramme zur Veranschaulichung der Spannungswellen und davon abgeleiteter Signale bei der Steuerungseinrichtung nach Fig. 1.

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 Ll, Ll aufweist, die in bekannter Weise über einen Netzschalter 14 angeschlossen sind. Die Netzleitung Ll ist mit der Primärwicklung des Schweißtransformators verbunden; die Netzleistung LX ist an die Primärwicklung des Schweißtransformators über einen Thyristorschalter 16 angeschlossen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Außerdem sind die Netzleitungen Ll, Ll auf der Schalterseite über ein Kabel IPL mit einem Netzschaltfeld 18 verbunden. 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 von dem Typ »Motorola M6800« sein kann. Der Acht-Bit-Mikroprozessor verfügt über Festwertspeicher (ROM), welcher das organisatorische Programm enthält, über einen 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 Schreib-Lese-Speicher (RAM) gespeicherten Daten aufrechtzuerhalten, wenn das Schweißsteuergerät abgeschaltet ist. Die Batterie in der Daten-Aufrechterhaltungsschaltung des RAM wird während des Normalbetriebes, wenn das Schweißsteuergerät vom Netz aus mit Strom versorgt wird, dauernd geladen; ihre verwendbare Lebensdauer beträgt etwa 21 Tage, um die Daten bei abgeschaltetem Schweißsteuergerät in dem Speicher aufrechtzuerhalten.

Das Eingang/Ausgang-Schaltfeld 24 (das im weiteren E/A-Schah feld 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 l'i^ktromagneten erforderliche Energie liefert.

Schließlich ist in dem E/A-Schaltfeld 24 noch ein Übersteuerungszeitschaltwerk vorhanden. Dieses Zeitschaltwerk isi 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 al? die Abschaltzeit des Übersteuerungszeit-Schaltwerkes. Wenn aber eine der Taktzeiten langer als 59 Perioden dauert, schaltet das Übersteuern ngszeitschiltwerk ab. Die Ausgangsgröße des Übersteuerungszeitschaltwerkes läßt das Fehlerrelais auf dem E/A-Schaltfeld 24 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-Sthahfeld 24 sind mit dem Netzschaltfeld 18 über Kabel 4PL bzw. 5PL verbunden. Das Logik-Schaitfeld 20, das Netzschallfeld 18, der Thyristorschalter 16 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 IPL 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 IPL zu dem E/A-Schaltfeld 24 und ein Kabel WL 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 Gebrauchsan-Schlüsse, Lichtanzeigen für den Start und für Funktionen des Elektromagneten, welche anzeigen, daß eine der drei Schweißfolgen 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 Netzschaliers 14 auszulösen.

Die Schweißiransformator-Primärwicklung 30 ist an einer Klemme an die Netzleitung 12 angeschlossen, während ihre andere Klemme mit einer Klemme HX des Thyristorschalters 16 verbunden ist (vergleiche Fig. 3). Der Kern des Schweißtransformators iU durch Verbindung mit der Gehäusemasse geerdet; seine Sekunaärwicklung 32 ist in an sich bekannter Weise an Schweißelektroden 34 angeschlossen.

Betriebsweise

Wie bereits erwähnt, verwendet das Schweißsteuergerät einen 8-Blt-Mikroprozcssor als Hauptsteuerelement. Das Software-Programm tu: den Betriebsablauf des Schweißsteuergerates isi in dem programmierbaren Festwertspeicher (PROM) enthalten. Dieser Speicher ist fest, d. h. unveränderlich, was bedeutet, daß das Orga- (.5 nisaiionsprogramm dauernd erhalten bleibt, auch wenn der Speicher nicht mit Energie versorgt ist. Die Konstanten für den Schweißplan (Schließkeil für die Zange - Schweißzeit - Haltezeit - Zwischenzeit, prozentuale Wärme, MICC-Zählungen etc.) sind in dem programmierbaren Speicherregister (RAM) gespeichert. Dieser RAM ist ein nichtpermanenter Süeicher und braucht deshalb dauernd Hilfsenergie in Gestalt der erwähnten Batterie, um die Daten bei abgeschaltetem Schweißsteuergerät zu erhalten. Alle Steuersignale werden dem Mikroprozessor über das Eingangs/Ausgcngs-Schaltfeld 24 zugeführt. Fig. 2 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 Anfangszustand. 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 Kontrollbaueinheü 26 vorgesehene Schieberegister in Eingabebereitschaft. Das bedeutet, daß Informationen, die von dem Eingabe/Rückstellschalter, d. h. der Peripherie kommen in ein als Schallerregister bezeichnetes Register sowie in zugeordnete Schieberegister eingegeben werden. Die 24 Taktimpulse schieben jeweils aufeinanderfolgend ein Bit der über den Schalter gefüllten Schieberegister des Adressen- und Datenregisters in den Mikroprozessor. Diese Information wird in dem RAM an zeitweiligen Speicherplätzen zurückgehalten. Während der Übertragung der Information von der Kontrollbaueinheit 26 zu dem Mikroprozessor erzeugt der Mikroprozessor auch Anzeigeinformaiion für die LED-Datenanzeige der Kontrollbaueinheit 26, wobei diese Information von einem anderen Schieberegister aufgenommen wird. Dieses Schieberegister speist die binär verschlüsselte Dezimalinformation (im weiteren BCD genannt), in ein Paar 7-Segment Decoder/Treiber ein. Diese treiben die Schieberegister der 7-Segment LED-Anzeige.

Die Verschiebung einer Ein-Bit-Information bei jedem Taklimpuls 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 Verdrahtung. Verbindungsstellen, Treibern und Empfängern sowie an Energie. Die Anwendung der 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 Kontrollbaueinheü 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 mil der Kontrollbaueinheit, wie dies oben erläutert worden ist.

Bei der Auslösung der tragbaren Schweißzange verläßt das Schweißsteuergerät den Ruhestand: es beginnt eine Schweißfolge. Mit der Auslösung der Schwtißver-

zögerungszeii wird das Übersteuerungszeitschaltwerk in Gang gesetzt. Die Ingangsetzung des Übersteuerungszeitschaltwerkes erfolgt im übrigen in einer Schweißfolge zu Beginn jeder Taktzeit. Wenn eine Taktzeit 59 Perioden übersteigt, schaltet das Übersteuerungszeitschaltwerk ab. Dies hat zur Folge, daß der Elektromagnet abgeschaltet 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 RAM-Speichers bei der Adresse 40 sind, bei dem der Schweißverzögerungszeit zugeordneten Funktionsablauf. Der Netzwechselspannungs-Bezugseingang wird überprüft, um die Netzperioden zu zählen.

Als nächstes wird der Anpreßdruckztistand (der Elektroden) überprüft, was das gleiche ist, wie ein 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 Schweißverzögerungszelt oder Anpreßzeit beginnt eine erste Schweißzeit. Bei Beginn des entsprechenden Funklionsablaufs stellt der Mikroprozessor das Übersteuerungszeitschaltwerk wieder zurück. Er erzeugt dann eine Zeitverzögerung, 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 entsprechend einer neuartigen automatischen Leistungsfaktorkompensation, die im einzelnen noch beschrieben werden soll. Wenn das Steuergerät gemäß »Schweißen« arbeitet, sind die Thyristoren (Fig. 3) gezündet. Nach dem Zünden der Thyristoren wird die an ihnen liegende Spannung überprüft, um festzustellen, ob tatsächlich eine Zündung der Thyristoren stattgefunden hat. 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. 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, die Zciispaniic, während der die Punkt -

elektroden 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 Pausenoder Ausschaltzeit erzeugt, während der der Elektromagnet entregt wird und die Punktelektroden sich auseinanderbewegen. Wenn der Schweißsteuerschalter in seiner »Nichtwiederholen«-Stellung steht, wird keine Pausenzeit erzeugt. Der Elektromagnet wird entregt und die Steuerungseinrichtung bleibt an einer Stelle des Steuerungsprogramms solange stehen, bis festgestellt 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 Schwelßsteuergerät Im »Wlederholen«- Betrieb arbeitet, wird eine Pausenzelt erzeugt. Wegen der in der durch Relais entkoppelten Start- oder Anfahrschaltung vorhandenen Zeitverzögerung muß die Pausenzelt wenigstens drei Perloden betragen; andernfalls läßt die Steuerungseinrichtung kontinuierlich ihre Arbeitsspiele ablaufen. Dies rührt daher, daß die Steuerungseinrichtung die Start- oder Anfahrschalter überprüft, bevor diese Gelegenheit hatten, abzuschalten, worauf sie deshalb das Arbeltsspiel 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 Karosserie eines Kraftfahrzeuges an einen neuen Ort zu bringen und damit bei der Bedienung der Schweißzange eine rhythmische Bewegung zu erzielen. Nach Ablauf der Pausenzelt 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 beginnend mit der Schweißverzögerungszeit durch. Dies wird 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.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C sollen im folgenden die selbsttätige Leistungfaktor-(APF-)Regelung und die neuartige digitale Phasenverschiebungs-Wärmeregelung des Schweißsteuergerätes beschrieben werden. Flg. 4A zeigt die Netzwechselspannung V und den Netzstrom / für eine 10096-Schweißwärmeeinsteilung, wobei zwischen den Zündzeitpunkten der Thyristoren in der aus Fig. 4A ersichtlichen Weise keine Zeitverzögerungspausen vorhanden sind. Der natürliche Leistungsfaktorwinkel für eine typische Punktschweißtransformatorbelastung liegt bei etwa 35° bis 60°, wie dies ebenfalls aus Fig. 4A zu entnehmen ist. Flg. 4B zeigt eine von Hand erfolgte Leistungsfaktoreinstellung, bei der ein Potentiometer oder dergleichen 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 Schweißstransformators 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 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 dergleichen 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 Zeitverzögerungsahstand zwischen den Siromlasten 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 Gesamileisiungsfakior der Anlage verändert. Normalerweise beeinfußt 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 Zeilbedingungen ist, ist das neue Schweißsteuergerät hervorragend dazu geeignet, eine selbsttätige I eismngsfaktorkorrekiur 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. 4C 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 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 einer Programmschleife, unmittelbar nach dem Ende der Stromleitung der vorhergehenden Halbperiode, gestartet wird. Die Zahl, wie oft der Mikroprozessor diese Schleife durchläuft, bestimmt dann die tatsächliche Zeitverzögerung, bevor die nächste Halbperiode des Schweißstroms 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 zwiscnen 50 und 9996 liegen. Wenn die Bedienungsperson eine niedrige Wärmeeinstellung wünscht und beispielsweise 50% eingibt. Ist die Zeitverzögerung zwischen dem Ende der Stromleitung einer Kalbperiüde 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, um so 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:

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In dem RAM-Speicher wird deshalb eine feste Programmverzögerungsschleife von etwa 66.1 Mikrosekunden vorgesehen. Die 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 mal (100-64 = 36) durchlaufen wird. Dabei ist zu bedenken, daß je höher die Wärmeeinstellung, um so 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. 4C zu ersehen, wird die erste Halbperiode der Schweißtaktzeit bei dem natürlichen Leistungsfaklorwinkel von 85° gezündet. Jede nachfol-

is gende Zeitverzögerungspause wird vom Ende der Stromleitung In der jeweils vorhergehenden Halbperiode an gerechnet, 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 Stromwärmeeinsiellungen immer genau sind. Die Perioden- oder Zykluszelt 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 Phasenverschlebungs-Wärmeregelung erlaubt auch eine genauere Einstellbarkeit des prozentualen Stromes. So Ist beispielsweise für jede 1%-Stufe der Stromwärme bei jeder Stellung des Datendrehknopfes 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 \% 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 gleiche ist, wie bei dem alten Logik-Schaltfeld. Bei bekannten Schweißsteuergeräten, die eine RC-Zeitmessung verwenden, können die Eigentoleranzen des Potentiometers 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 Mlkroprozessor-Schaltfeld 22 auf der Leitung 4PL dem Netz-Schaltfeld 18 zugeführt wird, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Das Schweißsigna! wird von einer Verstärkerschaltung verstärkt, welche das Schweißsignal von dem Mikroprozessor empfängt und eine Impulsspannung für die Steuerelektroden der Leistungsthyristoren abgibt. Diese Impulsspannung wird durch Impulstransformatoren 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. 3 ersichtlich, über Steckverbindungen 6PL3, 6PL4 oder 6PL5 und 6PI6 gegeben wird, abhängig davon, welche Halbperiode leitend ist, wobei ein Impuls bei jeder Halbperiode des Schweißstromes auftritt. Der während der Zeitspanne von 20 Mikrosekunden durch die Steuerelektroden der Thyristoren fließende Strom steigt auf etwa 1 Amp. an, sowie ein Thyiistor angesteuert ist, bleibt er für den Rest der Halbperiode eingeschaltet. Ein Thyristor leitet η der einen Richtung, während der andere Thyristor in

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der anderen leitend ist und jeder derart gezündet wird, daß sich eine vollständige Schweißperiode ergibt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5C 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. 5B dargestellt ist. Wenn die Thyristoren leitend sind und Schweißwärme erzeugt wird, fällt die an den Thyristoren liegende Spannung auf Null. Der Übergang von der an den Thyristoren liegenden Null-Spannung zurück zur Netzspannung wird in dem Thyristorschalter 16 an der Klemme H\ über eine Kabelverbindung dPL% nach Fig. 3 abgegriffen und auf einen Vollwellen-Brückengleichrichter des Netzschaltfeldes 18 der Fig. 1 gegeben. Das zwischen der Leitung Ll und der Wl-Klemme des Thyristorschalters 16 liegende Signal dient als Eingangsgröße für einen auf dem Netzschaltfeld 18 vorgesehenen Optokoppler. Die Leuchtdiode des Optokopplers ist im Sättigungszustand, wenn an den Thyristoren eine Spannung liegt. Die Ausgangsgröße des Optokopplers wird auf das E/A-Schaltfeld 24 gegeben, welches seinerseits den Mikroprozessor speist. Bei Empfang des Signals 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 Halbperlode bezogen ist. Dieses Verfahren ist sehr genau und gestattet eine vollkommene Austauschbarkeit der Schaltfelder, ohne daß EIn-Stellungen durch einen Fachmann erforderlich 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 Schweißzunge eingespannte Werkstück. Unter Bezugnahme auf Fig. 5C ist zu bemerken, daß wenn der Optokoppler durch eine an den Thyristoren anliegenden Spannung angesteuert 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 Optokoppler gesperrt ist, das auf dem Kabel 5PL der Fig. 1 dem Mikroprozessor zugeleitete Signal eine logische Eins, womit sich der in Fig. SC dargestellte Signal verlauf ergibt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Digitale Phasenanschnittsteuerung für Punktschwelßgeräte, mit den Schweißstrom periodisch ein- und ausschaltenden elektronischen Schaltern sowie einer die Zündung der elektronischen Schalter steuernden programmierbaren digitalen Steuereinrichtung, wobei die in den Schweißstellen erzeugte Wärmemenge von der Einstellung des Phasenanschnittwinkeis für die elektronischen Schalter abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Stromnulldurchgang am Ende jeder Halbperiode während eines Schweißzyklus ein Signal abgebende Fühleinrichtung (18, 24) vorgesehen ist, und daß die Steuereinrichtung (22) durch dieses Signal für eine vorprogrammierte Anzahl vor Durchläufen in einer Programmschleife gestartet wird, die den Zeitabschnitt vom Stromnulldurchgang in jeder Halbperiode bis zur Erzeugung des nächsten Zündsignals bestimmt.