基于DeviceNet的中频电阻焊在焊接系统上的应用

作者:朱尧明 文章来源:博世力士乐(中国)有限公司 点击数:1620 发布时间:2011-02-25


图1  车身自动线焊接系统的通信网络

本文介绍了博世力士乐电阻焊接产品所具备的现场总线和网络通信的功能,并以中频电阻焊接产品PSI6300.634L1为例,详细描述了其DeviceNet通信模块的接口及功能的实现。

随着中国汽车工业的迅速崛起,人们对车身焊接的焊接质量生产效率以及焊接设备的可靠性提出了更高的要求,博世力士乐为这种需求打造出了一系列的基于现场总线通信技术的中频电阻焊接产品,在上海大众、一汽大众、北京奔驰、宝马、沃尔沃、东风和日产等主流汽车厂得到了越来越多的应用。本文详细描述了基于DeviceNet的博世力士乐产品PSI6300.634L1在北京奔驰车身自动线系统上的应用。

现场总线技术的必要性

随着信息网络技术的发展和人们对生产效率、车身焊接质量的要求越来越高,车身焊接自动线设备底层实现网络化管理控制已经成为必然趋势,因为采用这种新技术克服了传统的集散控制系统(DCS)中的I/O控制站的大量接线和较差的故障自诊断,将这一级功能通过实时通信网络来完成,即通过分散的功能模块,实现了数据传输速率高(1Mb/s或10Mb/s级)、实时性好、接线简单和抗干扰能力强等优点,实现了故障的自诊断能力,便于系统维护、管理与扩展,提高了可靠性。

现场总线的开放式互连结构,既可与同层网络相连,又可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连;并且在遵守同一通信协议的前提下,其开放的操作性,可将不同厂家的现有设备产品统一组态,构成所需要的网路,可实现从底层设备到工厂信息的网络化管理 (即透明工厂)。


图2  博世力士乐中频焊接控制器主要组成结构   

同时,由于现场总线是以数据帧的形式来传输各个设备间I/O信号的,对于车身的焊接来说,目前都在普遍采用调用车身焊点来调用相应的焊接参数的技术,实现焊接参数的精确控制,特别在使用博世力士乐的中频动态电阻技术时,车身焊点数有几千个,若采用传统的并行I/O接线,无法实现这种新技术,也无法实现焊接控制器与上位机—机器人控制器的信息交换。

目前,在汽车车身焊接线上常使用的现场总线类型为:Profibus-DP、DeviceNet和Interbus-S,这几种总线都具有以上所述的主要技术优点。当然,就其技术规范协议来说,它们也有其各自的特点,下面仅就DeviceNet现场总线进行说明。


图3  安装DeviceNet 通信模块的中频焊接控制器

DeviceNet的技术特性

DeviceNet现场总线,是一种通讯协议开放,也是一种串行通信链接的现场总线,可以减少昂贵的硬接线。DeviceNet所提供的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。

DeviceNet的物理/媒体特性的总体描述:主干线-分支线结构;最多可支持64个节点;数据包为0~8个字节;不用中断网络就可以解除节点;同时支持网络供电、传感器、自供电、执行器及设备;使用密封或开放形式的连接器;接线错误保护;可选的数据速率为125kBaud、250kBaud以及500kBaud(见表1);可调整的电源结构以满足各分类应用的需要;每个电源最大容量可达16A;可以在带电状况下操作;电源插头可以连接符合DeviceNet标准的不同制造商的供电装置;内置式过载保护;总线供电:主干线中包括电源线及信号线。


图4  DeviceNet接口的电气接线图及其应用接线对应

支持的网络拓扑结构和现场总线类型

可实现的网络拓扑结构如图1所示。博世力士乐电阻焊接产品所支持的现场总线类型及其型号的含义:

1.所支持的现场总线的类型:Profibus DP、DeviceNet、Interbus-S和Discret 24 VDC(简单的并行I/O接线卡)。

2.总线类型电阻焊接产品型号的含义

以PSX.6XXX.XXX.L1/W1为例,其中,PST:交流控制器;PSI:中频控制器。6XXX:6500、6200、6300和6100代表不同的功率。1XX:并行的I/O。2XX:Profibus I/O。3XX:Interbus I/O。6XX:DeviceNet。XX:软件的版本。L1:空冷,400Volt;W1:水冷,400Volt。


图5  DeviceNet通信模块的通信地址和波特率的设定

使用以上现场总线可以实现焊接控制器中频PSI系列和工频PST系列产品与上位PLC、机器人控制系统或手动操作面板之间的逻辑控制和焊接程序参数或焊接点表的选择及诊断等。

主要组成结构及现场总线通信卡的安装 

从图2可以看出,如果要使用现场总线,例如DeviceNet,将DeviceNet通信卡插入“6”这个插槽即可。如图3所示,该焊接控制器插入了一块DeviceNet 现场总线通信卡。当然根据用户的需要,我们可以将该通信卡更换成其他种类的现场总线通信卡或简单的并行I/O接线形式的通信控制卡。

固化软件及其版本

1.固化软件

博世力士乐的电阻焊接产品,无论是中频还是工频产品,每一款产品根据其应用的场合和作用都有惟一的固化软件与其版本相对应,固化软件是一种集成了焊接控制器的内嵌式操作系统及其接口驱动程序的专用软件。对应同一种功率型号的焊接控制器,如果其插入的现场总线的通信卡不同,那么该产品对应的固化软件的版本也会不同。也就是说,如果我们需要在某个焊接控制器的“6”槽中更换一种现场总线通信卡(例如从Interbus-s卡更换到DeviceNet卡),则需要对该焊接控制器产品的固化软件进行重新上载,仅仅更换一张通信卡是不能工作的。因为,不同的卡需要不同的接口驱动程序。

2.固化软件版本的含义及作用

固化软件的文件结构名为PSI_6300_624L1_104.hex。对应同一种现场总线通信方式,如DeviceNet,博世力士乐根据用户对I/O通信信号内容的特殊要求,其版本号也将不同,比如基于DeviceNet的固化软件PSI_6300_625Lx_201.hex,与也基于DeviceNet的固化软件PSI_6300_624L1_104.hex ,它们两者的版本号就不同 。因为,同样是基于DeviceNet通信协议的固化软件,它们所实现的I/O通信的字节数或每个字节位的物理含义是不同的。

DeviceNet 数据通信的实现

PSI6300.634L1中频电阻焊接控制器固化软件的版本号为PSI_6xxx_634L1_1070091314_V102.hex。

1.DeviceNet I/O通信模块功能及其接口电气接线一览

功能:将控制器PSI6300.634L1的I/O信号与上位机PLC或机器人进行连接,可实现通过上位机(如机器人控制器、PLC等)对焊接控制器进行逻辑动作的控制,以及进行焊接程序或焊点号选择,以调用相关的焊接参数来对相关的材料进行焊接。

当焊接控制器出现故障时,也可以通过DeviceNet现场总线发送信号到上位机进行实时控制和显示。其接口的电气接线如图4所示。

2.DeviceNet I/O通信模块的接口描述

(1)模块的工作供电电源(X10)。原理:将X10直接连接到外部的电压源DC24V。模块工作消耗的输入电流:MAX. 2 A,取决于输入/输出信号的接线。如果焊接控制器和I/O回路需要做电气隔离处理,那么焊接控制器和I/O回路的工作电压源,都需要使用独立的24V电压源。当出现危险情况时,设计时要将停止回路的触点断开,这样I/O回路的电压源将断开,达到设备和人身的安全保护作用。

一旦停止回路打开,焊接控制器将出现“Stop circuit open / no 24 V”信息,该信息将自动消失,如果停止回路重新闭合,无需执行一次复位操作。

(2)模块的并行信号输出 (X11 ) 和 并行信号输入 (X12) 。表2中的信号功能简要说明如下:

E00:焊接接触器已经闭合,焊接程序在Squence结束时,检查该信号要为高电平,否则将报“焊接接触器没有闭合”错误。焊接接触器断开后,在100ms内该信号要变为低电平,否则将报“焊接接触器没有打开”错误。

A00:闭合焊接接触器。如果DeviceNet的E_02 输入为ON,且外部焊接设定为ON,则该信号输出保持为ON。当E_02为OFF或出现故障、急停和超时现象时,该输出变为OFF 。如果不使用X11和X12的控制信号,必须将E0和A0、E2和A2进行短接。

(3)DeviceNet 的数据通信连接接口为X13。 使用X13接口,将焊接控制器连接到DeviceNet总线系统中。

3.DeviceNet地址和通讯波特率的设定

DeviceNet地址的设定:通过NA开关,按照DeviceNet规范来进行地址设置。DeviceNet通讯波特率的设定:按照DeviceNet规范,通过DR开关来设定,如图5所示。

4.DeviceNet通信模块总线信号输入/输出字节位的功能含义(X13)

从表3、表4和表5的DeviceNet 通信模块的6个输入字节位和6个输出字节位的内容可以看出,从PSI6300.634L1焊接控制器到上位机器人或PLC的控制信号,完全可以实现车身自动焊接各种控制的要求,包括焊接程序的启动和焊接完成逻辑的控制、电极的维护管理、焊接电流的开启和关闭、焊接控制器工作状态和故障的实时监控、焊接动态电阻检测的监控“UI-调节已经激活”和焊接质量的监控“Q-Stop 故障”,并可以实现通过上位机对车身焊点号的选择调用“位08~位39”, 来对PSI6300.634L1焊接控制器内部的焊接程序进行调用,从而实现每个车身焊点焊接参数的精确控制,满足各种各样的焊接板材完美焊接的要求。输出状态位“位16~位31”还可以输出焊接控制器的故障代码到上位机进行控制和显示。

实际应用时,以上的逻辑控制信号,可以根据实际焊接任务进行选择,例如:如果不使用动态电阻检测功能,则相关的“UI-调节已经激活”和“UI-监控已经激活”可以不使用,情况取决于实际的车上自动焊接的应用要求。

当将X13连接到DeviceNet总线系统中时,与之连接的上位控制器,例如PLC一边,需要分配3个输入字和3个输出字(共48位)来与之进行数据通信。这些输入输出位信号的功能定义对应该种焊接控制器是不可以改变的,上位机一边只能根据PSI6300.634L1总线位的含义来进行编程和控制。

结语

本文对博世力士乐中频焊接控制器以及基于DeviceNet数据通信产品PSI6300.634L1 的结构和功能进行了介绍,可以看出使用起来非常方便简单而可靠。特别在车身焊接使用焊点调用焊接程序参数的场合,由于现场总线的数据包字节数可以达到8个字节,可以分配32位的输入作为焊点号,这些焊点号通过上位机,例如机器人控制器发出的焊点号信号,通过DeviceNet现场总线来选择中频焊接控制器里的焊接程序参数,从而实现对车身焊点参数的精确控制,以及焊接控制器和上位机的逻辑控制。