DE9217846U1 - Fernregeleinrichtung für eine Schweißmaschine - Google Patents

Description

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Fernregeleinrichtung für eine Schweißmaschine

Die Erfindung betrifft eine Fernregeleinrichtung für eine Schweißmaschine, entsprechend dem Oberbegriff des Schutzanspruchs l_#

In der Schwerindustrie ist es üblich, wenn große Werkstücke (z.B. Schiffe) geschweißt werden, daß die Entfernung zwischen der Schweißstromquelle und dem Arbeitsplatz typisch mehrere zehn Meter beträgt. Es liegt in der Natur der Arbeit, daß der Schweißstrom beim Ändern der Schweißsituation geändert werden muß (z.B. verschiedene Positionen, Passungen, Änderungen der Materialstärke usw.).

Traditionell wird dies so erledigt, daß der Arbeitsplatz mit einem mittels eines flexiblen Kabels an der Stromquelle angeschlossenen Fernregler vorgesehen wird. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Fernregelkabel der Beschädigungsgefahr ausgesetzt ist. Aus diesem Grund werden zur Übertragung der Fernregelinformation schon seit Jahrzehnten Schweißkabel verwendet.

Die Verwendung von Schweißkabeln zur Übertragung der Fernregelinformation hat folgende Grenzen und Vorzüge:

Grenzen:

0 In großen Industrieanlagen ist es üblich, daß die

Stromquellen zu Gruppen von bis zu mehreren zehn Geräten zusammengefaßt werden, von denen die Schweißkabel im Verbund zum Arbeitsplatz geführt werden. Dies führt bezüglich der Informations-Übertragung zu erheblicher Gegeninduktivität zwischen den verschiedenen Schweißstromkreisen, wobei Variationen des Schweißstroms in den anderen Kreisen erhebliche Spannungen bewirken. Heute werden allgemein sowohl netzkommutierte als auch Schalter-Leistungs-

quellen benutzt, die auch in anderen Schweißstromkreisen im Frequenzbereich 50 Hz bis 100 kHz erhebliche StörSpannungen verursachen.

Wird zur Informationsübertragung ein radiofrequentes Signal verwendet, wird das einem Schweißstromkreis zugeführte Signal auch in andere Schweißstromkreise übertragen.

Die Fernregelvorrichtung muß ihre eigene Betriebsenergie von einem Schweißstromkreis abnehmen, dessen Spannung maximal ca. 100 V betragen kann.

Das Schweißkabel kann 10 bis 200 m lang sein.
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Vorzüge:

Es ist gewöhnlich akzeptabel, daß der Strom während des Schweißens nicht geregelt werden muß.
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Der Einfluß der obenerwähnten gegenseitigen Kopplung ist gering bei Niederfrequenzen.

Aus den obigen Grenzen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: 25

1) Die Übertragung der Information muß mit einer Frequenz von entweder unter 50 Hz oder deutlich über 100 kHz erfolgen.

2) Werden Frequenzen von über 100 kHz verwendet, müssen die für verschiedene Stromquellen vorgesehenen Nachrichten irgendwie codiert werden, denn eine einem Kabelpaar zugeführte Nachricht wird auch in andere Schweißstromkreise übertragen.

3) Wenn ein radiofrequentes Signal verwendet wird, wird der Störungsgrad des Signals leicht so hoch, daß die Vorrichtung behördlicher Genehmigung bedarf.

In der US 42 66 114 ist eine Anlage beschrieben, bei der zur Regelung der Schweißstromquelle pulsförmige Signale über Schweißkabel eingespeist werden. Diese Aufgabe wird durch Zähler und Stromwandler gelöst.
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Ziel dieser Erfindung ist es, die Mängel der obenbeschriebenen Technik zu beseitigen und eine völlig neuartige Fernregeleinrichtung für eine Schweißmaschine zu schaffen.

Die Erfindung basiert darauf, daß die Fernregeleinrichtung in ihrem Aufbau ein System ist, das eine niedrige Übertragungsfrequenz verwendet und auf einem Transistorschalter beruht.

Genauer gesagt ist die erfindungsgemässe Fernregeleinrichtung dadurch gekennzeichnet, was in dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 aufgeführt ist.

Die Erfindung bietet erhebliche Vorteile.

Die Empfängerlösung benötigt keine Stromwandler, die teuer sind. Die Übertragungssicherheit ist hoch, da eine sehr genau konstant bleibende Zyklusdauer das Kriterium für die Akzeptanz darstellen kann. Dank der Pulsbreitenmodulation wird eine schnelle Informationsübertragung schon bei 0 niedriger Trägerfrequenz erzielt. Die Trägerfrequenz kann in Hinblick auf sowohl die Störfestigkeit als auch das Störauftreten sehr günstig gewählt werden, und die Verriegelung auf das Eingangssignal ist schnell dank der konstant bleibenden Frequenz.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele der beiliegenden Figuren näher betrachtet, in welchen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung zeigt.

Fig. 2 den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Senders zeigt.

Fig. 3 eine Ergänzung der Schaltung nach Fig. 2 zeigt.

Fig. 4 die Schaltung des erfindungsgemässen Empfängers zeigt.

Fig. 5 ein Signal der erfindungsgemässen Einrichtung als Funktion der Zeit zeigt.

In Fig. 1 wird eine erfindungsgemässe Lösung erläutert, die eine niedrige Übertragungsfrequenz verwendet. Das Prinzip ist wie folgt:

Parallel zu der eigentlichen Schweißstromquelle 1 ist eine Spannungsquelle 2 mit kleiner Leistung geschaltet, deren Leerlaufspannung höher ist als die der eigentlichen Stromquelle 1. Die Spannungsquelle mit kleiner Leistung ist über den Strombegrenzungswiderstand Rl an dem Schweißstromkreis angeschlossen.

Der Sender 3 besteht aus dem Schalttransistor TrI, auf dessen Basis die gewünschte pulsförmige Information geleitet wird, und dem mit dem Transistor TrI in Serie geschalteten Strombegrenzungswiderstand R2.

Wenn der Transistor TrI ein- und ausgeschaltet wird, tritt auf der Empfängerseite zwischen den Polen des Rl eine der Ansteuerung der Basis des TrI entsprechende Spannung auf, d.h. die Information ist übertragen worden.

Ist Rl hoch im Vergleich zu den normalen Impedanzen des Schweißstromkreises und wird die Frequenz der Informationsübertragung außerhalb der schwierigsten

Störfrequenzen gewählt, so reichen schon Signalströme von einigen zehn Milliamperen für die Übertragung aus. Es versteht sich, daß im Empfänger 4 eine Filterung stattfinden muß, mit der u.a. in der Schweißsituation erzeugte Fehlersignale von der eigentlichen Nachricht getrennt werden. Dies erfolgt jedoch unter Anwendung normaler Verfahren der Datenübertragungstechnik.

Beispielwerte:

UA = 80 V
Rl = 20 &OHgr;
R2 = 2 kn
T = 30 ms (= 30 Hz)

In Fig. 2 sind die wichtigsten Bestandteile des Senders dargestellt. Das Kernstück des Senders ist der dem 32,768-kHz-Kristalloszillator nachgeschaltete 14-stufige Binärteiler, von dem die erforderlichen Signale erhalten werden. An den Bedingungs-Ausgängen Q6 bis QlO des Teilers ist ein R-2R D/A-Umsetzernetz angeschlossen, mit dem eine Sägezahnwelle von 32 Hz erzeugt wird. Aus Platzgründen wird ein 5-bit-Umsetzer verwendet. Zur Verbesserung der Auflösung befindet sich hinter dem Umsetzer ein Kondensator Cl, mit dem die Treppenspannung geglättet wird. Die erzeugte Sägezahnwelle wird mit dem Komparator Kl mit der vom Potentiometer Rl abgegebenen Spannung verglichen, wodurch ein 32 Hz-PWM-Signal erzeugt wird. Dieses PWM-Signal wird an das Gitter des Leistungstransistors TrI geleitet, wodurch in dem Ausgangsstrom der Maschine eine der Gitterspannung entsprechende Strommodulation erhalten wird, deren Amplitude 10 bis 20 Ma beträgt.

Eine Schaltung nach Fig. 2 wäre allein schon für das Senden eines Signals ausreichend. Beim praktischen Schweißbetrieb ist es jedoch erforderlich, daß der Anwender Feedback von irgendeiner Art betreffend die Funktion der Vorrichtung bekommt. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung durch die

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Schaltungen nach Fig. 3 ergänzt worden.

Wenn die Spannungen eingeschaltet werden, liegt die Spannung von C2 bei Null, wobei der Ausgang des open Collector Komparators K2 frei ist. Tr2 erhält dann von Q14 des Teilers eine Rechteckwelle von 2 Hz und die Leuchtdiode Lei blinkt. Ca. 0,5 s nach dem Anfang ist die Spannung von C2 so hoch, daß K2 sich dreht, wobei die Basis des Tr2 stromlos bleibt und die Leuchtdiode Dauerlicht hat. Bricht die Speisespannung auch nur für einen Augenblick ab, entlädt K3 den C2. Auf diese Weise wird Information über eine eventuelle Kontaktstörung erhalten.

Der Empfänger ist um einen 8097-Prozessor gebaut, wie in Fig. 4 dargestellt.

Das von dem Serienwiderstand des Hilfsstromkreises zum Punkt A kommende Signal wird gefiltert, im Kreis R21-C21-R22-C22-D21-D22 begrenzt und dem analogen Kanal des Prozessors zugeführt. Die Filterung und Auswertung des Signals werden vom Programm ausgeführt. Der Sollwert für die Stromquelle wird über den Optotrenner OEl und den nachgeschalteten Umsetzerkreis eingespeist. Um Störung durch thermische Drift des Optotrenners OEl zu vermeiden, wird eine Niederfrequenz von ca. 2 50 Hz verwendet. Der Umsetzerkreis erhält seine Spannung aus der +10 V-Spannung des Potentiometerkreises.

Das in den analogen Kanal des Prozessors kommende Signal ist wie in Fig. 5 dargestellt.

Wegen der erforderlichen Filterung sind die Pulsflanken nicht steil. Außerdem variieren das Grundniveau und die Amplitude möglicherweise. Aus diesem Grund ist die erste Phase die Erkennung des logischen Zustandes des Signals (0 bzw. 1)

Dies geschieht wie folgt:

Minimal- und Maximalwerte des Eingangssignals werden gemessen und daraus der Durchschnittswert berechnet. Die Erkennung des logischen Zustandes erfolgt dadurch, daß der Augenblickswert des Eingangssignals mit dem obengenannten Durchschnittswert verglichen wird.

In der nächsten Phase werden die Pulslänge und die Zykluszeit gemessen. Der empfangene Puls wird nur dann akzeptiert, wenn die Zyklusdauer ausreichend genau der ursprünglichen Zyklusdauer (31,25 ms) entspricht.

Um Einflüsse von zufällig schwankenden Werten zu verringern, ist der zur Stromquelle kommende Sollwert der arithmetische Durchschnittswert von vier aufeinanderfolgenden zuletzt empfangenen Werten.

Claims (1)

1. Schutzanspruch &igr;:

   Fernregeleinrichtung für eine Schweißmaschine zur Regelung der Schweißstromquelle (1) vom Schweißplatz aus, bestehend aus

   - einer Schweißstromquelle (1) ,

   an der Schweißstromquelle (1) angeschlossenen Schweißstromleitungen zur Einspeisung des Schweißstroms in den Arbeitspunkt,

   einem Fernregelsender (3) zum Senden der

   Steuerinformation über die Schweißstromleitungen, und
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   - einer Empfängereinheit (4) zum Empfangen und Übertragen der Steuerinformation in die Schweißstromquelle,

   gekennzeichnet dadurch, daß

   parallel zur Schweißstromquelle (1) über einen

   Strombegrenzungswiderstand (Rl) eine

   Hilfsspannungsquelle (2) geschaltet ist, deren

   Leerlaufspannung höher ist als die der

   Schweißstromquelle (1) ,

   - der Empfänger (4) parallel zum Widerstand (Rl) geschaltet ist, und

   der Sender (3) aus einem zwischen den Schweißstromleitungen geschalteten, strombegrenzten Halbleiterschalter gebildet ist, welcher mit einer Rechteckwelle von einer Frequenz unter 50 Hz angesteuert wird, deren Zyklusdauer konstant ist.