Bosch 焊接控制器 在 KUKA 点焊机器人系统中的应用

Bosch 焊接控制器

在 KUKA 点焊机器人系统中的应用

舒章钧

（东风汽车有限公司商用车车身厂 442040）

【摘 要】本文介绍了 KUKA 点焊机器人的系统构成，描述了 KUKA 机器人控制系统与 Bosch 焊接控制系统连接的工 作原理、实现方法及焊接参数设定，探讨了通过对焊接控制器的替代以实现点焊机器人系统正常工作的思路和途径。

【关键词】KUKA 点焊机器人 Bosch 焊接控制器

1 引言

东风汽车有限公司东风商用车车身厂是生 产东风牌轻、中、重型载重汽车车身和覆盖件的 专业生产厂，产品涵盖EQ1092F 系列长头车驾 驶室、EQ1141G 系列平头车驾驶室、东风天龙 D310 系列驾驶室、东风天锦 D530 系列驾驶室 等，具备年产各系列驾驶室15 万辆的生产能力。

1997 年建成的德国 KUKA 机器人焊装生产 线 是 车 身 厂 重 要 的 焊 接 生 产 线 ， 主 要 负 责 EQ1141G 系列平头车驾驶室的白车身焊接生 产，具备6 万辆的年生产能力。生产线上安装有 8 台 KUKA-IR761/125/150.0 型点焊机器人，负 责驾驶室底板、侧围及前后围焊接共计 700 余 点。经过十余年的生产运行，设备故障逐渐增多，

机器人焊接系统的 HWH 型焊接控制器原厂家 已不生产，备件购买不到。2008 年底，已有 2 台 KUKA 机器人因焊接控制器主板故障而停止 使用，严重影响了焊接线的生产节拍和产品质量 的稳定。根据焊接控制器的工作原理及焊接控制 器与点焊机器人的工作信号连接为输入/输出点 连接的特点，经过可行性分析研究，车身厂与上 海博世力士乐液压及自动化有限公司合作，决定

选用 Robert Bosch 公司生产的博世焊接控制器 替代原HWH 型焊接控制器。

2 KUKA 点焊机器人及原 HWH 焊接控 制系统简介

KUKA IR761/125/150.0 型点焊机器人系统 由机器人本体、机器人控制柜、焊接控制系统及 附件装置等部件组成。机器人本体是6 轴工业机 器人，额定负载125kg，由无刷交流伺服电机进 行驱动，重复精度<±0.3mm，最大工作空间约 41m³，适应于点到点的焊接作业。机器人控制 柜型号为 RC30/51，主要由 CPU 系统、逻辑模 块、电源模块、伺服电机驱动模块、接口板、I/O 板、示教器、控制柜面板及附件装置等组成，用 以控制机器人各部件的工作，实现机器人的动作 姿态，以及与上位机控制系统、与焊接系统的通 信联络等，从而实现机器人的焊接作业。

机器人焊接系统由焊接控制柜、焊接变压 器、焊钳及附属装置等组成，其焊接控制器为德 国 HARMS+WENDE 公 司 生 产 的 HWH MPS9173 型焊接控制器。HWH MPS9173 型焊 接控制器适应于点焊焊接作业，它可设定64 种 焊接规范，每一种焊接规范可设定 11 个焊接时

序，可实现独立控制或远程控制，可用于人工点 焊、机器人焊接、多点焊机等设备。

MPS9173 焊接控制器的外部电气连接信号 主要分为三个个部分：与机器人控制柜之间的电 气连接，主要有控制器准备好、焊接程序号、起 动、工作循环结束、电极修磨请求、电极修磨完 成、急停等信号，用以实现焊接控制器的程序调 用、焊接电流的适时输出及焊钳电极修磨的控制 等功能。与焊接线 PLC 控制柜的电气连接，主 要有焊接控制器故障、故障复位、焊接点数预警、

最大焊点数到、带/不带焊接电流等控制。与焊 接系统外围装置的电气连接，主要有空气比例 阀、焊钳二次电流反馈等信号，用以控制外围装 置的适时动作及信号返回。

MPS9173 焊 接 控 制 器 的 焊 接 编 程 采 用 ZSPS73 编程软件进行焊接参数的设定。

点焊机器人系统工作的过程为：机器人接收 下一台车的车型号，调用相应的机器人工作程 序；焊接线运行到位、定位夹具夹紧；机器人从 原点起动，移动到焊点位置，调用相应焊接程序 号；焊接控制器起动，焊钳气阀动作，按焊接时 序输出焊接电流，焊钳打开，发焊接结束信号；

机器人移动到下一个焊点位置，再次起动焊接过

程；直到所有焊点焊接完成，机器人回到原位，

发本次工作循环结束信号。

3 Bosch 焊接控制器与 KUKA 焊接机 器人的连接

Robert Bosch 公司生产的 PS6000 系列焊接 控制器集成有焊接控制单元和电源控制单元，适 用于点焊、保护焊、重复焊及缝焊等焊接作业。

通过配置不同型号的焊接控制单元、电源控制单 元、I/O 端子排、冷却系统等装置，PS6000 系列 焊接控制器可适用于不同的焊接变压器、可应用 于不同的PLC 系统和机器人单元。

3.1 Bosch 焊接控制器的选型

现场焊接线上 KUKA IR761/125 点焊机器 人一体化焊钳配置的焊接变压器为 ARO 72500 型，其主要参数如下：

U1N 400V Fre. 50Hz Sp 43kVA S₅₀ 60kVA U20 8V I₂p 5.4A 根据焊接变压器参数，其输入一次侧电源电 压为 380V AC、频率 50Hz、最大使用功率 60kVA，由此选定 Robert Bosch 公司生产的 Bosch PST6100.100L1 型焊接控制器作为焊接变 压器的焊接控制单元。

Bosch PST6100.100L1 焊接控制器的主要性能参数如下：

类型 2 相电源输入，晶闸管电源单元控制，模块化设计 驱动功率 最大 76kVA

输入电源 400V -20% 至 600V +10% AC 50/60Hz

（现场电源为交流 380V 50Hz）

额定电流 110A 最大持续电流 130A 占空比 最大允许 50%

控制电压 24V DC 信号连接 I/O 端子信号

冷却方式 风冷

3.2 机器人焊接控制系统组成

如 图 一 所 示 ， 机 器 人 焊 接 控 制 系 统 主 要 由 焊 接 线 PLC、 KUKA IR761/125/150.0

型 点 焊 机 器 人 、Bosch PST 6100.100 L1 型 焊 接 控 制 器 、 焊 接 变 压 器 、 焊 钳 及 附 属 装 置 组 成 。

图一 点焊机器人焊接控制系统组成

机器人焊接控制系统进行一次焊接的主要 工作过程为：

◆ 机器人到焊点位置后，焊钳闭合；

◆ 调用相应焊接程序号，发焊接起动信号给 PST 焊接控制器；

◆ 焊接控制器起动，焊钳空气比例阀动作，焊 钳电极加压；

◆ 按设定的焊接时序输出焊接电流，进行

焊接作业；

◆ 焊接完成时，输出焊接正常或故障信号；

◆ 发焊接结束信号；

◆ 焊钳打开，机器人移动到下一个焊点位置，

再次起动焊接过程。

3.3 博世焊接控制器组成

PST 6100.100 L1 主要构成及前面板图如图 二所示。

图二 PST 6100.100 L1 前面板图 3.4 博世焊接控制器外部连线

Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器与

KUKA 点焊机器人及外围设施的电气连线如图 三所示。

PLC 或

机器人 PST 6100.100L1 变压器

空气比例阀 焊钳

电极

电流传感器 实际电流值反馈

起动 程序号

焊接完成 监控

(焊接时序)

⑴ M6 螺钉固定孔

⑵ 380V AC 主电源连接端子

⑶ 晶闸管电控单元

⑷ 焊接变压器连接

⑸ 集成焊接控制器

⑹ I/O 接口槽

⑺ 改进品质的模块槽

⑻ 编程接口

⑼ 电池盒

图三 Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器的外围接线

Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器与 KUKA 点焊机器人及外围设施的电气连线主要 分为以下几个部分：

与主电源连接：交流 380V 电压输入 U1、

V1，电压输出 U2、V2。

与PC 机编程连接：RS232 串口通信 RX-TX。

与机器人控制系统信号连接：焊接控制器准 备好、程序号选择、起动、焊接完成、电极修磨

请求、电极修磨结束等信号。

与焊接线 PLC 系统信号连接：焊接控制器 故障、故障复位、带/不带焊接、电极寿命预警、

电极最大焊点数到等信号。

与附属装置信号连接：外部 24V 直流电源 输入、空气比例阀控制、急停、焊钳二次电流反 馈等信号。

依据现场实际，Bosch PST 6100.100 L1 型焊 接控制器的外部连线有以下几点需要注意：

焊接控制器采用外部 24V 直流电源供电，

其外部电源、机器人、PLC 系统的控制电源的 0V 联在一起，以实现等电位。

机器人可调用16 个焊接程序号规范。

为保证焊接控制器正常工作，根据现场实 际，作以下连接：焊接控制器的 X13/E10 端子

（监控焊钳闭合到位）接高电位；X13/E12 端子

（焊接使能）接高电位；X2/4 端子（焊钳闭合 到位，加压时间开始计时）接高电位。

焊接变压器温控开关信号输入到PLC 中，

在焊接控制器中此信号短接。

焊钳闭合/打开由机器人控制。

3.5 博世焊接控制器的焊接控制

Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器的焊 接时序控制如图四所示，主要分为加压、通电、

保持、停止四个时间阶段。

加压阶段，空气电磁阀动作，焊钳加压闭合，

没有焊接电流输出。收到起动信号后，控制器立 即执行 1.SQZ 焊钳预加压闭合时间，SQZ 电极 加压夹紧时间。

通电阶段，有焊接电流输出，分为三个过程。

通电时间1 包括 1.WLD 通电预热时间，1.CT 冷 却时间；通电时间2 包括 UST 通电上升时间、

2.WLD 通电焊接时间、DST 通电下降时间；通 电时间3 包括 3.CT 冷却时间、3.WLD 后加热时 间。

保持阶段是在焊接通电结束后固定工件，在 保持时间到时空气电磁阀动作，焊钳打开，并同 时输出焊接结束信号。

停止时间 OFF 是在重复焊接模式下设定启 动下次焊接过程的中间停止时间段。

图四 Bosch 焊接控制器的焊接时序

Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器的参 数由BOS 6000 编程软件进行设置。

经过现场调试，在BOS 6000 焊接控制参数中，设置的主要参数如下：

Transformer Turns ratio 50 Pressure output mode 0…10V Force conv. factor 1.00 kN/V Force Max pressure 10 Program 1

Sequence Single Electrode 1

Base Pressure value 3.00 Impulse 1 电流

起动 通电时间1 通电时间2 通电时间3

时间

时间

Pre Sqz 0 SQZ 30 cyc

WELD 1 0 Reg. mode KSR

WELD 2 15 cyc WELD 2 current 9.00 kA Slope Off WELD 2 Ref. current 9.00 kA

WELD 3 0 HLD 15 cyc

4 结束语

采用Bosch PST 6100.100 L1 型焊接控制器 替代原 HWH MPS9173 型焊接控制器应用于 KUKA IR761/125 型焊接机器人系统中的改造在 2009 年 6 月实施完成。实施后，焊接控制器工 作正常，恢复了2 台焊接机器人的正常工作，满 足了现场生产的要求。

通过本次改造的实践，进一步掌握了机器人

系统进行焊接作业的工作原理，为今后更多机器 人的焊接控制器的替代改造打下基础。同时，采 用新型号的焊接控制器替代老型号的焊接控制 器是对老型号的点焊机器人进行维护、有效发挥 老设备效能的有效方式之一，不仅保证了老设备 的继续运行，也可以有效降低设备维修费用、提 高设备运行可靠性，提升设备综合效率，更好地 保证生产顺利进行。

作者简介

舒章钧，1992 年 6 月毕业于武汉工学院工业电气自动化专业，工学学士学位，现在东风汽车有限公司商用车车 身厂工作，高级工程师职称，主要从事设备电气技术维修工作。