Projets:Lab:2014:TimerSpotWelder

Overview

Notre spotwelder à main est ancien et son système de commande temporisé est ancien et manque de précision. Il dispose de 2 modes : manuel et temporisé : c'est ce dernier mode qui est HS. Avant de prévoir une V2 du spotwelder (commande pneumatique des bras de soudage), on propose ici de décrire le sous-système requis pour faire du soudage à résistance en version 1.

CAHIER DES CHARGES INITIAL

Il convient de concevoir un timer à microcontrôleur avec afficheur 7 segments 14mm verts qui permette de piloter le mode "temporisé" du spotwelder.

Il faut pouvoir sélectionner :

   soit une durée (de 0,1 à 5 secondes, par pas de 0,1 secondes)
   soit un nombre de période secteur ( de 1 à 250 pps) pps, veut dire "périodes par secondes" et 1 période correspond à 20ms.

IHM entrant : rotacteur digital (à sorties A-B en quadrature) avec bouton poussoir sur l'axe

IHM sortant : afficheur 7 segments verts 3 digits + buzzer

interfaces entrantes du module timer à réaliser :

   signal temporisateur actif (donc on n'est pas en mode "manuel") : ce signal est fourni par un interrupteur existant en face avant de l'appareil qui permet de sélectionner le mode de fonctionnement
   signal de commande de soudage sur la pince
   signal commande externe de soudage prévoir un connecteur supplémentaire XLR5 en face arrière)
   synchro secteur

Interfaces sortantes du module timer à réaliser :

   commande du témoin vert présent sur la face avant de l'appareil
       allumé : prêt à souder
       clignotant : période de refroidissement pendant laquelle la soudure inhibée (on ne peux pas déclencher de nouveau cycle de soudage)
   signal de commande du relais statique pour le soudage
   signal de commande "prêt a souder"
   signal de commande "en refroidissement"
   ces deux signaux sont également à câbler sur le nouveau connecteur arrière XLR5)

Fonctionnalités du timer :

   sélection d'un temps ou d'un nombre de période de soudage (le changement de mode s'effectue par un appui court sur le sélecteur)
   sélection d'un temps de refroidissement (de 0 à 30 secondes par pas de 0,5 secondes) ce mode s'active par un appui long sur l'axe du sélecteur.

En mode "réglage du temps de refroidissement" l'afficheur 7 segments clignote (autre possibilité : utiliser un afficher 4 disgits et afficher un "c" (cold) sur le digit de gauche pour indique que l'on se trouve dans le mode "réglage du temps de refroidissement") En mode manuel, l'afficheur est éteint (ou on affiche "---" ou mieux "Man" Voir ici des exemples pour afficher des caractères sur un afficheur 7 segments).

Actions à effectuer lors de la période de refroidissement : Au début du temps de refroidissement mettre à 1 le signal de refroidissement. Une fois le temps de refroidissement écoulé, activer le buzzer un court instant et mettre à zéro le signal de refroidissement?

Commande de puissance et synchronisation secteur: Le transformateur de soudage est actuellement commandé par un relais 100A lui même piloté par un relais 10A. Si l'on veut être précis sur le mode pps il faut remplacer les 2 relais par un relais statique de puissance. Sa commande devra être synchronisée avec le secteur et il faut toujours lui fournir des périodes secteur entières, sous peine de saturation magnétique des transformateurs de soudage. Le relais statique est à installer à la place des relais actuels, on prévoira une détection de température sur le radiateur sur lequel sera monté le relais statique. Tant que la température est excessive, le soudage doit être inhibé, mais il convient de pouvoir terminer un cycle de soudage en cours.

Isolement et protection:

   De préférence, les interfaces entrantes et sortantes du module timer sont isolées électriquement.
   Le module timer dispose de son propre transformateur d'alimentation (2 ou 3VA suffisent).
   Comme dans tous les systèmes à microcontrôleurs faisant partie intégrante d'un équipement indudtriel, des protections spéciales anti-surtension sont à prévoir pour éviter que le moindre parasite ne puisse frire le composant.
   après une coupure secteur, le timer ne doit pas activer le relais statique de puissance au moment du rétablissement du courant. Pour des question de sécurité cette fonctionnalité ne peut être réalisée par logciel : il faut prévoir un système de sécurité extérieur au microcontrôleur.

Autres travaux :

   Dessin, réalisation du circuit imprimé (plutôt traversant que CMS) avec vernis épargne. Soudage des composants. Tests puis intégration (câblage et mise en place dans le boiter existant du spotwelder; il y a suffisament de place pour faire une platine de taille "facile à dépanner").
   Rédiger un dossier complet (schéma fonctionnel, schéma électronique, logigramme, code source commenté) Créer une page wiki dédiée au projet pour publier ces informations.
   Rédiger un mode d'emploi "utilisateur" du spotwelder avec son nouveau timer. Ce mode d'emploi peut inclure quelques valeurs guides adaptées aux différentes épaisseurs de métaux à souder. Des documents de ce type sont déja disponibles au lab.

Fonctions optionnelle :

   Pendant la période de refroidissement, l'afficheur se met à jour du temps restant avant la fin de la période de refroidissement (décomptage vers 0).
   le timer garde en mémoire les dernières valeurs et unités utilisées, même pendant une coupure secteur : il réaffiche les derniers paramètres sélectionnés lors de la précédente utilisation de l'appareil.

CAHIER DES CHARGES DEFINITIF

Ensemble timer à microcontrôleur avec afficheurs 7 segments (plus robustes qu'un afficheur LCD)

Quatre Modes de fonctionnement

   sélection de la durée de soudage (de 0,1 à 5 secondes, par pas de 0,1 seconde)
   sélection de la durée de soudage en nombre de période secteur ( de 1 à 250 pps) pps, veut dire "périodes par secondes" et 1 période correspond à 20ms.
   sélection de la durée de refroidissement (de 1 à 30 secondes, par pas de 0,5 seconde)
   start (début du cycle soudure / refroidissement)

IHM entrant : boutons poussoirs beaucoup plus robustes qu'un rotacteur digital (à sorties A-B en quadrature) avec bouton poussoir sur l'axe

IHM sortant : afficheur 7 segments verts (ou rouges) 4 digits + buzzer (1 Digit affichant le mode, et 3 digits pour les valeurs)

ARCHITECTURE GENERALE

L'architecture retenue est basée sur trois modules

   un module µP à base de 8052 pour la gestion des IO, du temps et du TRIAC 
   un module d'affichage à base de 87c750
   un module d'alimentation / commande de puissance

Synoptique

Module µP 8052

Ce module est choisi pour la raison que la carte existe, ne coûtera donc rien en Hard et ne nécessitera que du logiciel et le raccordement des/aux autres modules

Module d'affichage LED 7 SEGMENTS 87C750

Comme le module µP ne dispose pas de suffisamment d'IO la liaison vers l'affichage utilise la liaison RS485 existante. Le module d'affichage recevra les commandes en RS485 et affichera sur 4 (respectivement 8 ) afficheurs LED 7 segments les données. Au passage ce module pourra être réutilisé pour faire un compte tours pour les fraiseuses CNC voire un fréquencemètre. Le µP choisi est un 87C750 car étant de la même famille que le 8052 la même suite logicielle sera utilisée. Comme j'en ai dans mes tiroirs il ne coûtera rien.

Module alimentation / Puissance

Ce module fournit :

   le +9V +5V des cartes isolé
   le signal 100Hz (secteur) servant d'horloge générale
   la commande 220V / 30A du transformateur du PSPP (poste de soudure par point) ou spotwelder car on est des bons Français

CHAINE LOGICIELLE

Comme tous les µP sont de la famille 8051 la chaîne logicielle utilisera (des outils libres et gratuits) :

   le compilateur C SDCC
   l'environnement de développement MCU8051 IDE