曹德嚴(yán) 郭明智

山西吉利汽車部件有限公司 山西省晉中市 030600

1 引言

隨著汽車制造生產(chǎn)量和市場(chǎng)需求量的同向增長，汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)空前劇烈，汽車質(zhì)量、價(jià)格及外觀成為客戶購買汽車的首要因素。通過機(jī)器人代替人工參于汽車制造以提升汽車質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，成為汽車制造廠商的首選。通過廣泛調(diào)研焊機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，吉利汽車機(jī)器人焊接控制器采用BOSCH PSI6100.100型 號(hào)，由BOS6000編程軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過Profinet網(wǎng)卡設(shè)置IP地址實(shí)現(xiàn)編程軟件和機(jī)器人焊機(jī)數(shù)據(jù)傳輸。BOS6000是針對(duì)博世中頻焊接控制進(jìn)行編程和參數(shù)設(shè)置而開發(fā)的SQL數(shù)據(jù)庫管理的專業(yè)焊接軟件，具有處理大量數(shù)據(jù)的功能，能夠?qū)ζ嚭附舆^程中焊點(diǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄、分析、反饋和處理，其強(qiáng)大的SQL數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車焊接過程中每個(gè)焊點(diǎn)數(shù)據(jù)的精確數(shù)據(jù)處理，真正實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)質(zhì)量精確控制和焊接工藝不斷優(yōu)化。本文所述采用博世控制器能夠完成汽車焊接的點(diǎn)焊、縫焊、保護(hù)焊等焊接作業(yè)，通過BOS6000對(duì)焊點(diǎn)程序開發(fā)和遠(yuǎn)程控制提升焊接速度、焊接精度和焊接的穩(wěn)定性，提升汽車制造的自動(dòng)化水平和焊接質(zhì)量。

2 汽車焊接網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)

白車身自動(dòng)焊接系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，焊接控制系統(tǒng)主要由焊接Robot、Bosch PSI6100焊接控制器、PLC控制器、焊接變頻器等硬件通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)焊接控制器的參數(shù)設(shè)置、焊接在線診斷及焊接過程遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視；現(xiàn)場(chǎng)I/O網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PSI6100控制器與機(jī)器人控制器、PLC與BOS6000等數(shù)據(jù)的傳輸。通過汽車焊接自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理控制能夠克服傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的I/O從站故障診斷能力差及接線、排線的復(fù)雜性[1-2]。本文所述的汽車博世焊接控制系統(tǒng)采用模塊化功能控制，通過工廠級(jí)和I/O級(jí)網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的交互，具有布線簡(jiǎn)單、傳輸速度快、抗干擾和穩(wěn)定性好，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷、系統(tǒng)維護(hù)等高級(jí)操作。

圖1 白車身自動(dòng)焊接系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)圖

3 BOS6000軟件程序設(shè)計(jì)

BOS6000是Bosch PIS 6100焊接控制系的專業(yè)軟件，通過BOS6000的HMI界面可完成焊接程序的選擇、焊接系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控、故障處理等操作。通過BOS6000添加新的控制器和網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)設(shè)置后可進(jìn)入數(shù)據(jù)編程，主要操作步驟為：（1）點(diǎn)擊界面add添加新控制器并修改控制名稱；（2）通過設(shè)定以太網(wǎng)連接和IP地址設(shè)定進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置；（3）勾選Weldeurrent-Protocol選型開啟焊接數(shù)據(jù)庫記錄功能；（4）在direction選項(xiàng)選擇timer-DB選項(xiàng)讀取控制器參數(shù)，但所有信息輸入完成后點(diǎn)擊確定按鈕后完成控制的添加；（5）點(diǎn)擊continue按鈕進(jìn)入焊接程序設(shè)計(jì)。

如圖2所示在BOS6000焊接程序參數(shù)界面，完成焊接程序號(hào)、電極號(hào)、焊接時(shí)間、壓力值、焊接電流、預(yù)壓和保持時(shí)長等參數(shù)設(shè)定[3]。在焊點(diǎn)號(hào)處通過下拉箭頭選擇對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)號(hào)，程序號(hào)隨著所選的焊點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)出現(xiàn)或者通過選擇焊接程序號(hào)電極號(hào)也會(huì)隨著更新。由于焊接環(huán)境及其它因素影響，致使變壓器輸出電流與設(shè)定電流存在偏差，可通過BOS6000軟件進(jìn)行電流標(biāo)定避免焊接強(qiáng)度不足、焊接飛濺過大等問題出現(xiàn)。在電流標(biāo)定時(shí)每個(gè)互感器都必須進(jìn)行標(biāo)定，且互感器互相切換后需要重新進(jìn)行標(biāo)定。焊接電流標(biāo)定步驟如下：（1）選擇焊點(diǎn)名稱后，選擇要標(biāo)定的處級(jí)或次級(jí)互感器，選擇電極頁面中標(biāo)定的程序，并確保變壓器所對(duì)應(yīng)的型號(hào)正確和準(zhǔn)確設(shè)定上限電流值；（2）對(duì)二極管的工作狀態(tài)、控制溫度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；（3）點(diǎn)擊“Current Scaling”按鈕對(duì)焊鉗進(jìn)行電流標(biāo)定，在“scaling”對(duì)話框設(shè)定標(biāo)定程序的熱量值的上限和下限值，上限值一般比下限值大20；（4）可在Calibration program selection對(duì)話框選擇標(biāo)定程序及相關(guān)的程序號(hào)，若要改變輸入上下限熱值需要先勾選“store values”，將上次輸入的值進(jìn)行存儲(chǔ)；（5）進(jìn)入電流標(biāo)定下個(gè)頁面，在焊機(jī)的焊鉗次級(jí)放置電流表，并保證焊接前焊鉗關(guān)閉，然后點(diǎn)擊BOS6000 Scaling頁面“Start Wld”按鈕進(jìn)行短路焊接；（6）完成短路焊接后，從現(xiàn)場(chǎng)電流表讀取電流值并輸入測(cè)量電流方框內(nèi)，點(diǎn)擊Enter后測(cè)量電流框后顯示數(shù)字“1”，表明控制器已經(jīng)讀取該數(shù)值；（7）再次進(jìn)行上述短路焊接操作，將電流表內(nèi)的數(shù)值輸入測(cè)量電流框內(nèi)，并點(diǎn)擊Enter將數(shù)值傳遞給控制，顯示“2”表示二次記錄；（8）完成上述操作后點(diǎn)擊“continue”按鈕對(duì)低電流進(jìn)行標(biāo)定程序，點(diǎn)擊“Start Wld”按鈕進(jìn)行短路焊接，將電流表數(shù)值填寫在低熱量測(cè)量電流方框中，重復(fù)2次且保證控制器讀取和存儲(chǔ)兩次的數(shù)據(jù)成功；（9）點(diǎn)擊“continue”按鈕完成電流標(biāo)定程序，對(duì)話框出現(xiàn)標(biāo)定后環(huán)形傳感器，點(diǎn)擊ok打開焊鉗的次級(jí)。

圖2 BOS6000參數(shù)設(shè)定界面

博世焊接控制器具有分段壓力響應(yīng)機(jī)制，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將變壓力信號(hào)傳輸?shù)胶附訖C(jī)器人的伺服電機(jī)控制器，通過焊接參數(shù)的優(yōu)化和分段壓力焊接工藝的應(yīng)用，可提高焊點(diǎn)焊接過程的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量，同時(shí)降低電極的磨損。BOS 6000具有比較功能，打開“Compare”窗口可實(shí)現(xiàn)控制器與控制器、控制器與備份文件之間、備份文件間的比較來判斷復(fù)制是否完全可行，軟件自動(dòng)列出比較對(duì)象的不同清單，避免復(fù)制錯(cuò)誤[4]。

4 博世焊接控制系統(tǒng)

如圖3所示，博世焊接控制系統(tǒng)以PSI6100為核心，通過與PLC或機(jī)器人控制系配合完成汽車焊接作業(yè)。汽車焊接控制系統(tǒng)的焊接執(zhí)行步驟為：機(jī)器人控制系統(tǒng)控制焊槍移動(dòng)到焊點(diǎn)位置并向PIS6100傳輸起動(dòng)信號(hào)焊鉗到閉合狀態(tài)；PLC調(diào)用焊點(diǎn)程序號(hào)并將焊接啟動(dòng)信號(hào)傳遞給PIS6100，PIS6100調(diào)節(jié)空氣比例閥的開度改變空氣壓力以實(shí)現(xiàn)焊鉗電極的加壓值；PIS6100依據(jù)焊接時(shí)序圖改變變壓器的焊接電流準(zhǔn)備進(jìn)行焊點(diǎn)焊接作業(yè)；控制系統(tǒng)中的電流傳感器檢測(cè)焊鉗實(shí)際電流值并與設(shè)定電流值進(jìn)行比較，PIS6100依據(jù)偏差值進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng)前焊點(diǎn)焊接工作完成后，焊鉗打開并移動(dòng)到程序設(shè)定的下個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)作業(yè)。焊接時(shí)序是焊點(diǎn)質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如圖4所示PIS6100焊接時(shí)序主要分為四個(gè)階段：（1）加壓階段自起動(dòng)點(diǎn)到1.SQZ點(diǎn)階段，該階段無焊接電流輸出，主要完成焊接作業(yè)的電極加壓、焊鉗閉合等準(zhǔn)備工作。（2）通電階段包括通電時(shí)間1～3，自1.WLD點(diǎn)到3.WLD點(diǎn)的階段，主要完成焊接預(yù)加熱、焊接作業(yè)、焊接冷卻等工作。1.CT時(shí)間內(nèi)冷卻后在UST時(shí)間內(nèi)逐步提升焊接電流強(qiáng)度達(dá)到焊接電流值進(jìn)行焊接作業(yè)，焊接作業(yè)完成后在DST時(shí)間內(nèi)逐步降低焊接電流強(qiáng)度直到無電流輸出。3.CT至3.WLD階段為冷卻后再加熱的熱處理，提高焊點(diǎn)的塑形和韌性。（3）保持階段的保持時(shí)長為HLD，保持HLD時(shí)間后PIS6100控制空氣電磁閥打開焊鉗，完成焊接作業(yè)。（4）停止時(shí)間：停止時(shí)間OFF是在重復(fù)焊接模式下進(jìn)行下次焊接作業(yè)的停留時(shí)間[5]。

圖3 博世汽車焊接控制系統(tǒng)圖

圖4 博世焊接控制器的焊接時(shí)序圖

5 博世控制器常見故障代碼及處理方案

故障代碼：162-0

處理方案：此代碼故障表象未電源欠電壓或電壓太低，產(chǎn)生的原因可能為焊接控制器主回路斷開或缺相等，發(fā)生此故障時(shí)應(yīng)使用萬用表及時(shí)檢查主回路電壓是否正常。

故障代碼：88-0

處理方案：此代碼顯示故障一般為控制器自身硬件發(fā)生故障，或控制器內(nèi)部模塊損壞，快速處理方法為更換備用焊接控制器，并導(dǎo)入焊接參數(shù)備份。

故障代碼：193

處理方案：此代碼顯示故障為焊接參數(shù)錯(cuò)誤，通常情況為外部干擾或外因?qū)е驴刂破鲀?nèi)部存儲(chǔ)的焊接參數(shù)丟失，需使用BOSCH6000軟件重新導(dǎo)入焊接參數(shù)備份方可恢復(fù)。

6 結(jié)語

汽車制造業(yè)是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)，在機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化水平快速提升及人力資源成本提升的環(huán)境影響下，機(jī)器人應(yīng)用已經(jīng)逐步覆蓋整個(gè)汽車生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。本文基于博世汽車焊接控制系統(tǒng)應(yīng)用于汽車白車身焊接作業(yè)過程，提升焊接生成線的生產(chǎn)效率、焊接精確性及焊接穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)線的全面集成控制，完成汽車焊接生產(chǎn)線的監(jiān)控和加工過程故障問題的處理。