博世控制系統在汽車焊接領域的應用

曹德嚴 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

隨著汽車制造生產量和市場需求量的同向增長，汽車市場競爭空前劇烈，汽車質量、價格及外觀成為客戶購買汽車的首要因素。通過機器人代替人工參于汽車制造以提升汽車質量、降低生產成本，成為汽車制造廠商的首選。通過廣泛調研焊機機器人控制系統的應用效果，吉利汽車機器人焊接控制器采用BOSCH PSI6100.100型 號，由BOS6000編程軟件進行參數設置，通過Profinet網卡設置IP地址實現編程軟件和機器人焊機數據傳輸。BOS6000是針對博世中頻焊接控制進行編程和參數設置而開發的SQL數據庫管理的專業焊接軟件，具有處理大量數據的功能，能夠對汽車焊接過程中焊點質量數據進行實時監測、記錄、分析、反饋和處理，其強大的SQL數據庫基礎能夠實現汽車焊接過程中每個焊點數據的精確數據處理，真正實現焊點質量精確控制和焊接工藝不斷優化。本文所述采用博世控制器能夠完成汽車焊接的點焊、縫焊、保護焊等焊接作業，通過BOS6000對焊點程序開發和遠程控制提升焊接速度、焊接精度和焊接的穩定性，提升汽車制造的自動化水平和焊接質量。

2 汽車焊接網絡配置系統

白車身自動焊接系統通訊網絡如圖1所示，焊接控制系統主要由焊接Robot、Bosch PSI6100焊接控制器、PLC控制器、焊接變頻器等硬件通過網絡進行數據通信。工廠級網絡主要實現焊接控制器的參數設置、焊接在線診斷及焊接過程遠程控制和監視；現場I/O網絡實現PSI6100控制器與機器人控制器、PLC與BOS6000等數據的傳輸。通過汽車焊接自動生產線設備的網絡化管理控制能夠克服傳統DCS控制系統的I/O從站故障診斷能力差及接線、排線的復雜性[1-2]。本文所述的汽車博世焊接控制系統采用模塊化功能控制，通過工廠級和I/O級網絡完成監控數據的交互，具有布線簡單、傳輸速度快、抗干擾和穩定性好，能夠實現遠程故障診斷、系統維護等高級操作。

圖1 白車身自動焊接系統通訊網絡圖

3 BOS6000軟件程序設計

BOS6000是Bosch PIS 6100焊接控制系的專業軟件，通過BOS6000的HMI界面可完成焊接程序的選擇、焊接系統狀態的監控、故障處理等操作。通過BOS6000添加新的控制器和網絡及參數設置后可進入數據編程，主要操作步驟為：（1）點擊界面add添加新控制器并修改控制名稱；（2）通過設定以太網連接和IP地址設定進行網絡設置；（3）勾選Weldeurrent-Protocol選型開啟焊接數據庫記錄功能；（4）在direction選項選擇timer-DB選項讀取控制器參數，但所有信息輸入完成后點擊確定按鈕后完成控制的添加；（5）點擊continue按鈕進入焊接程序設計。

如圖2所示在BOS6000焊接程序參數界面，完成焊接程序號、電極號、焊接時間、壓力值、焊接電流、預壓和保持時長等參數設定[3]。在焊點號處通過下拉箭頭選擇對應的焊點號，程序號隨著所選的焊點進行自動出現或者通過選擇焊接程序號電極號也會隨著更新。由于焊接環境及其它因素影響，致使變壓器輸出電流與設定電流存在偏差，可通過BOS6000軟件進行電流標定避免焊接強度不足、焊接飛濺過大等問題出現。在電流標定時每個互感器都必須進行標定，且互感器互相切換后需要重新進行標定。焊接電流標定步驟如下：（1）選擇焊點名稱后，選擇要標定的處級或次級互感器，選擇電極頁面中標定的程序，并確保變壓器所對應的型號正確和準確設定上限電流值；（2）對二極管的工作狀態、控制溫度等參數進行設定；（3）點擊“Current Scaling”按鈕對焊鉗進行電流標定，在“scaling”對話框設定標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對話框選擇標定程序及相關的程序號，若要改變輸入上下限熱值需要先勾選“store values”，將上次輸入的值進行存儲；（5）進入電流標定下個頁面，在焊機的焊鉗次級放置電流表，并保證焊接前焊鉗關閉，然后點擊BOS6000 Scaling頁面“Start Wld”按鈕進行短路焊接；（6）完成短路焊接后，從現場電流表讀取電流值并輸入測量電流方框內，點擊Enter后測量電流框后顯示數字“1”，表明控制器已經讀取該數值；（7）再次進行上述短路焊接操作，將電流表內的數值輸入測量電流框內，并點擊Enter將數值傳遞給控制，顯示“2”表示二次記錄；（8）完成上述操作后點擊“continue”按鈕對低電流進行標定程序，點擊“Start Wld”按鈕進行短路焊接，將電流表數值填寫在低熱量測量電流方框中，重復2次且保證控制器讀取和存儲兩次的數據成功；（9）點擊“continue”按鈕完成電流標定程序，對話框出現標定后環形傳感器，點擊ok打開焊鉗的次級。

圖2 BOS6000參數設定界面

博世焊接控制器具有分段壓力響應機制，通過現場總線將變壓力信號傳輸到焊接機器人的伺服電機控制器，通過焊接參數的優化和分段壓力焊接工藝的應用，可提高焊點焊接過程的穩定性和焊接質量，同時降低電極的磨損。BOS 6000具有比較功能，打開“Compare”窗口可實現控制器與控制器、控制器與備份文件之間、備份文件間的比較來判斷復制是否完全可行，軟件自動列出比較對象的不同清單，避免復制錯誤[4]。

4 博世焊接控制系統

如圖3所示，博世焊接控制系統以PSI6100為核心，通過與PLC或機器人控制系配合完成汽車焊接作業。汽車焊接控制系統的焊接執行步驟為：機器人控制系統控制焊槍移動到焊點位置并向PIS6100傳輸起動信號焊鉗到閉合狀態；PLC調用焊點程序號并將焊接啟動信號傳遞給PIS6100，PIS6100調節空氣比例閥的開度改變空氣壓力以實現焊鉗電極的加壓值；PIS6100依據焊接時序圖改變變壓器的焊接電流準備進行焊點焊接作業；控制系統中的電流傳感器檢測焊鉗實際電流值并與設定電流值進行比較，PIS6100依據偏差值進行實時調節。當前焊點焊接工作完成后，焊鉗打開并移動到程序設定的下個焊點進行循環作業。焊接時序是焊點質量控制的關鍵環節，如圖4所示PIS6100焊接時序主要分為四個階段：（1）加壓階段自起動點到1.SQZ點階段，該階段無焊接電流輸出，主要完成焊接作業的電極加壓、焊鉗閉合等準備工作。（2）通電階段包括通電時間1～3，自1.WLD點到3.WLD點的階段，主要完成焊接預加熱、焊接作業、焊接冷卻等工作。1.CT時間內冷卻后在UST時間內逐步提升焊接電流強度達到焊接電流值進行焊接作業，焊接作業完成后在DST時間內逐步降低焊接電流強度直到無電流輸出。3.CT至3.WLD階段為冷卻后再加熱的熱處理，提高焊點的塑形和韌性。（3）保持階段的保持時長為HLD，保持HLD時間后PIS6100控制空氣電磁閥打開焊鉗，完成焊接作業。（4）停止時間：停止時間OFF是在重復焊接模式下進行下次焊接作業的停留時間[5]。

圖3 博世汽車焊接控制系統圖

圖4 博世焊接控制器的焊接時序圖

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，產生的原因可能為焊接控制器主回路斷開或缺相等，發生此故障時應使用萬用表及時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生故障，或控制器內部模塊損壞，快速處理方法為更換備用焊接控制器，并導入焊接參數備份。

故障代碼：193

處理方案：此代碼顯示故障為焊接參數錯誤，通常情況為外部干擾或外因導致控制器內部存儲的焊接參數丟失，需使用BOSCH6000軟件重新導入焊接參數備份方可恢復。

6 結語

汽車制造業是我國重要的支柱產業，在機器人技術和自動化水平快速提升及人力資源成本提升的環境影響下，機器人應用已經逐步覆蓋整個汽車生產制造環節。本文基于博世汽車焊接控制系統應用于汽車白車身焊接作業過程，提升焊接生成線的生產效率、焊接精確性及焊接穩定性，同時實現焊接生產線的全面集成控制，完成汽車焊接生產線的監控和加工過程故障問題的處理。