Basierend auf den Anforderungen des Widerstandsschweißprozesses für Bewehrungsmatten haben wir ein mobiles Einkopf-Schweißrobotersystem entwickelt und gefertigt sowie das zugehörige Steuerungssystem mit SPS als Kernstück konstruiert und implementiert. Das System zeichnet sich durch einfache Hardware, komfortable Bedienung und zuverlässige Leistung aus. 1. Einleitung: Bewehrungsmatten sind ein hocheffizienter, energiesparender und aus Stahlbeton gefertigter Baustoff, der in wirtschaftlich entwickelten Ländern weit verbreitet ist. In China wurde er vom Bauministerium als eine der zehn Schlüsseltechnologien für den Neunten Fünfjahresplan aufgeführt. Die Einführung intelligenter Schweißtechnologie anstelle der manuellen Bewehrungsverbindung im traditionellen Bauwesen ist ein unaufhaltsamer Trend in der Schweißtechnikentwicklung. Das in diesem Beitrag vorgestellte Schweißrobotersystem vereinfacht die Struktur und Steuerung gängiger Industrieroboter entsprechend den Anforderungen des Widerstandsschweißprozesses für Bewehrungsmatten. Dadurch ist es einfach aufgebaut, kostengünstig, bietet eine hohe Schweißqualität und ist wartungsfreundlich. Das von uns entwickelte System nutzt SPS-Steuerungstechnik und ist bereits in der Produktionslinie im Einsatz. Es zeichnet sich durch Intelligenz und Flexibilität aus. 2. Systemzusammensetzung und -struktur Das Schweißrobotersystem besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: dem Schweißroboter und der Schweißausrüstung. Der Schweißroboter setzt sich aus dem Robotergehäuse und dem Schaltschrank (Hardware und Software) zusammen. Abbildung 1 zeigt das grundlegende Aufbauschema des Schweißroboters. [align=center]Abbildung 1. Strukturdiagramm des Schweißgitterroboters[/align] Die mechanische Struktur des Schweißgitterrobotergehäuses ist im Wesentlichen eine Parallelogrammstruktur. Um den Schweißanforderungen von Stahlbetongittern gerecht zu werden, ist – analog zu den Konstruktionsmerkmalen ausländischer Schweißroboter – der Schweißkopf über einen Verbindungsflansch an der mechanischen Schnittstelle der letzten Achse des Roboters befestigt und ermöglicht so das Schweißen. Der Schweißgitterroboter bewegt sich mittels Frequenzumrichtertechnologie, die Bewegungen des Roboterarms werden durch Zylinder angetrieben. Die Robotersteuerung erfolgt über PC-Technologie und intelligente Algorithmen, wodurch der Roboter seinen Pfad automatisch optimiert und eine präzise Positionierung des Schweißkopfes erreicht wird. Durch den Einsatz eines integrierten, beweglichen Schweißkopfes kann der Schweißroboter für Stahlbetonmatten die Anforderungen an schnelle, kurze Bewegungen des Schweißkopfes während des kontinuierlichen Schweißens erfüllen. Dies reduziert den Energieverbrauch und die Anlagengröße und ermöglicht den Einsatz des Schweißens von Stahlbetonmatten direkt auf Baustellen. Diese Technologie ist sowohl national als auch international wegweisend. Die Schweißanlage besteht aus drei Komponenten: einem Schweiß-Subnetzteil (einschließlich Steuerungssystem), einem Hauptsystem, einem vorderen Hilfsmaschinen-Steuerungssystem und einem hinteren Hilfsmaschinen-Steuerungssystem. Das Hauptsystem umfasst einen Drahtvorschubrahmen, eine automatische horizontale Drahtabwurfvorrichtung, eine horizontale magnetische Drahtpositioniervorrichtung, eine Mehrpunkt-Schweißvorrichtung, eine Ausgleichszugvorrichtung und eine Fördervorrichtung für Stahlbetonmatten. Es bildet das Herzstück der Produktionslinie für Stahlbetonmatten und übernimmt das Formen und Verschweißen der Matten. Das Strukturdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt. [align=center]Abbildung 2: Strukturdiagramm der Schweißanlage[/align] Das Design des Schweißrobotersystems ermöglicht eine flexible Steuerung. Das System steuert den Schweißprozess automatisch mit Konstantstrom, Konstantspannung oder Konstantleistung. Der Schweißstrom für jede Schweißphase ist frei einstellbar. Schweißfolge und -prozess lassen sich programmieren und ermöglichen so eine flexible Produktion. 3. SPS-Steuerung: Die Produktionslinie nutzt Mitsubishi-SPS für ein zuverlässiges automatisches Steuerungssystem mit vollautomatischer Regelung und geschlossenem Regelkreis. Die Maschenweite kann frei positioniert und beliebig angepasst werden, was die Genauigkeit und Flexibilität der Maschenweitenregelung verbessert. Schweißstrom und Schweißzeit lassen sich frei einstellen. Das Steuerungssystem ist in drei Bereiche unterteilt: manuell, halbautomatisch und vollautomatisch. Im manuellen Betrieb ermöglicht die manuelle Steuerung die Durchführung einzelner Schritte. Im halbautomatischen Betrieb erfolgt die Steuerung einzelner Zyklen. Im vollautomatischen Betrieb wird der gesamte Prozess kontinuierlich gesteuert, was einen mannlosen Betrieb ermöglicht. Das Gesamtsystemsteuerungsschema ist in Abbildung 3 dargestellt. [align=center] Abbildung 3: Systemsteuerungsschema[/align] Ein Host-Computer überwacht das Feld in Echtzeit und bildet die Plattform für die intelligente Steuerung. Der Host-Computer erfasst lediglich die Inhalte der SPS-Register, um die verschiedenen Betriebsparameter der Schweißmaschine zu ermitteln. Entsprechend den Produktionsanforderungen ruft er die entsprechenden Steuergrößen in Echtzeit aus der Datenbank ab, schreibt sie über serielle Kommunikation in spezifische Register der SPS und steuert anschließend über das SPS-Programm den DA-Ausgang, um die entsprechenden Objekte zu steuern. Bei der Feldsteuerung durch die SPS überwacht der Host-Computer lediglich den Betriebszustand der Anlagen vor Ort und kann deren Betriebsparameter einstellen. Das Steuergesetz wird von der SPS berechnet und an den FX-4DA ausgegeben, wodurch die Logiksteuerung, die sequentielle Steuerung und der Verriegelungsschutz der Feldanlagen realisiert werden. 4. Entwurf des Steuerungssystemprogramms Das SPS-Programm für das Steuerungssystem wurde in Kontaktplanform mit der Mitsubishi SPS-Programmiersoftware SW7-D5C-GPPW als Plattform erstellt. Der Programmablauf ist in Abbildung 4 dargestellt. [align=center] Abbildung 4: Systemsteuerungsablaufdiagramm[/align] Entsprechend den Betriebsanforderungen lässt sich das Steuerungsprogramm der SPS des Schweißgitterrobotersystems in folgende Teilprogramme unterteilen: (1) Trichtervibrationssteuerung. Der Trichter dient der Zuführung der Querbewehrung. Die Querbewehrung wird in den Trichter eingelegt und durch dessen Vibration in die Position befördert, in der sie von der Magnetrolle aufgenommen werden kann. (2) Steuerungsprogramm für die Magnetrolle der Querbewehrung. Dieses Programm nutzt einen Motor, der einen Elektromagneten antreibt, um die Bewehrung aus dem Trichter aufzunehmen und auf der Querbewehrungsplatte abzulegen. (3) Steuerung der Abwurfklappe für die Querbewehrung. Sobald der Positionssensor die Bewehrung erfasst, senkt sich die Abwurfklappe ab und legt die Bewehrung ab. (4) Steuerung der Sägezahnbewegung der Querbewehrung Die horizontale Sägebewegung dient dazu, die Stahlstäbe durch das Schütteln der Sägezähne geordnet abzugeben. Dadurch wird verhindert, dass die Stahlstäbe ungeordnet und vermischt herunterfallen und die Leitplatte blockieren. (5) Steuerung des horizontalen Zuführarms. Der Roboter greift die von den Sägezähnen zugeführten Stahlstäbe und verbindet sie mithilfe des Zuführarms mit den zuvor angeordneten Längsstäben, was das Schweißen erleichtert. (6) Steuerung des Schweißroboters. Dies ist der Hauptbestandteil. Durch die Steuerung dieses Teils können Stahlgitter unterschiedlicher Spezifikationen verschweißt werden. Um die Zuverlässigkeit des Betriebs zu erhöhen, wird in der Software ein zeitbasiertes Überwachungsverfahren implementiert. Überschreitet die Bewegungszeit eines bestimmten Prozesses den vorgesehenen Bereich, werden Maßnahmen ergriffen und akustische sowie optische Alarme ausgegeben, um den Bediener zu warnen. 5 Zusammenfassung. Dieser Artikel beschreibt hauptsächlich den Aufbau des Schweißgitter-Robotersystems und dessen Steuerung mittels SPS im Einzelschritt-, Einzelzyklus- und Dauerbetrieb. Die Ergebnisse zeigen, dass das Steuerungssystem eine einfache Struktur, eine gute Steuerungsleistung und niedrige Kosten aufweist, die Produktionsanforderungen erfüllen kann und in flexiblen Fertigungssystemen eingesetzt werden kann, wodurch die Anlagenauslastung erheblich verbessert wird.