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摘要：为对焊接参数进行实时在线监测、采集，提高数据传递效率和准确性，解决传统焊接过程监控不足、焊接过程工艺参数无法保留、缺乏信息化管控等问题，基于工业局域网、大数据、云平台设计构建了单轨构架焊接智能焊接群控系统，系统包含基础信息库、项目管理、生产、工艺管理、生产追溯、数据分析、数字驾驶舱等功能模块，能够对手动、自动焊机状态进行实时监控与网络化管理，实现了用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机和自动焊机实时焊接数据和历史焊接数据查看和追溯，减少了材料损耗，降低生产成本，提高了焊接质量。
关键词：焊接过程；参数采集；智控系统；单轨构架
0引言
随着工业技术的不断升级，人民生活和社会生产所使用的产品、设备越来越多。在产品种类、技术的创新和升级过程中，焊接技术的应用也越来越广泛[1]。焊接技术是工业生产中重要手段之一，常用于机械制造设计、车辆、造船、石油化工等行业中。目前由焊接制造技术完成的金属用钢量约占总数的50%，因此焊接被叫做工业制造的“裁缝师”[2]。改革开放以来，随着我国工业技术的飞快提升，焊接技术也得到迅猛的发展[3]。焊接技术的发展不仅对焊接工序效率与效果产生了促进作用，而且也让焊接产品性能得到了优化[4]。中国提出了“中国制造2025”发展战略，工业生产进入信息化、数字化、智能化，生产过程的数据采集和实时监控是实现智能化生产的重要基础[5-9]。焊接过程数据是焊接质量的评估依据，快速获取焊接参数对于分析焊接质量具有重要意义[10]。传统的焊接过程监控不足，焊接过程工艺参数无法保留，焊接过程中出现的缺陷无法排查，造成巨大的人力物力损失，已无法满足现代精细化、高质量的生产要求，难以实现焊接过程智能化控制[11-13]。目前国内外均已对焊接参数进行实时在线监测、采集，以达到将对焊接质量直接的评价作为焊接过程质量控制的重要手段[14]。
智能焊接参数采集系统的理念早已萌生，对于智能焊接的研究也已经取得了一些成果。王象元等[15]设计了一种基于PLC和触摸屏的一套焊接工艺参数实时监测系统，利用PLC采集实时参数，能够很好地对焊接工艺参数实时采集与处理，简单实用，稳定性强。吴统立等[16]设计了一套采用MCU和以太网芯片DM9000通信接口的焊接过程参数高速传感采集系统，采用基于TCP/IP的网络传输协议进行数据传输，能够满足焊接电压和电流波形实时高速传输的要求。马晓平等[17]设计了一种基于无线网络通信技术的焊机焊接参数采集系统，有效地实现对焊机工作状态参数的监控及追踪。另外，在其他报道[18-20]中，更加智能化便捷化的参数采集系统也已应运而生，自动焊接的发展正朝着更加蓬勃的道路走去。
当前应用于焊接参数管理系统中主流通信技术有：串口通信技术、现场总线技术、以太网技术、无线局域网技术、3G技术与ZigBee技术等[21]。为方便焊接过程参数的采集，确保实时监测，数据可查，本文采用有线和无线WiFi网络建立了单轨构架焊接智控系统，实现了用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机和自动焊机实时焊接数据和历史焊接数据查看和追溯。
1系统总体设计
1.1系统功能分析
图1所示为焊接智控管理系统的功能，主要包括基础信息库、项目管理、生产、工艺管理、生产追溯、数据分析、数字驾驶舱。基础信息库包括接头形式、焊缝尺寸、焊接方法、焊缝细节、焊接标准等信息，是系统的关键要素，是智控采集下达的基石。
项目管理在焊接智控系统中的作用非常重要，因为其对项目的成功实施和管理至关重要。它有着计划和协调资源、制定任务和完成时间表、风险分析和控制等作用，可以促进整个项目的管理和实施。
生产、工艺管理分为生产管理和工艺管理。生产管理的业务流程如图2所示，计划部门负责发起工单执行，车间工位长在焊接智控系统PC端导入计划。工位长通过PC端或手持端PAD导入并创建工单，PC端自动生成工单号并记录工单执行情况和工单执行历史数据记录。工位焊接人员通过手持端PAD获取已派发的工单开工，手工焊和自动焊通过智控系统的生产人员配置页面的设备标识来区分。工位长可以在PC端和手持端PDA中创建工单和查看工单的执行状态，操作员可以在手持端PDA中查看工单的执行状态，执行状态包含未开始、执行中、已成3个状态。工单生产执行过程数据和焊接生产历史数据在PC端查看和导出。工艺管理。在工艺文件通过审核之后，将工艺文件下发车间的一个或多个工位上。焊接设备遵循下发的工艺文件进行焊接，焊工可以在工艺文件给定的参数范围内给定参数，保证焊接设备严格按照工艺文件工作。
生产追溯由任务执行历史查询、工位看板历史查询，工位看板历史查询组成。如图3所示，支持显示各台焊机实时焊接参数采集状态，单台焊接设备可实时显示设备编号、工位、生产人员、焊接电流、焊接电压等参数。
数据分析。数据分析具有优化焊接质量、提升焊接效率、降低生产成本和防止质量问题等作用。
数字驾驶舱如图4所示，是一台可触摸操作型车间级看板，用于反映车间的生产状况。从驾驶舱可以观察检测到18台设备监控状态，如机器的运行状况、实时异常信息、产量等，可以马上做出应对措施。
1.2局域网
车间铺设有线网和无线网，形成局域网，将焊机与焊接智控系统相联通。因为车间里有很多其他设备，位置具有不确定性，所以通过无线WiFi来传递数据。WiFi是一种短距离的无线技术，能够实现移动终端的无线连接。WiFi具有覆盖范围广、组网便捷、业务可集成、维修费用低等优点，在实现比较好的数据传输的同时，保证数据传输的安全，适合各种近距离组件局域网的场合。无线网应选择安装在可以最优覆盖网络设备的位置，尽可能远离焊弧影响区域。
有线网络安装应以最短线路布线，远离焊弧影响区域，机器人自动焊接站区域的网线从地沟中布置。网线墙面布置时，网线外面套PVC管，PVC管用管卡固定牢固。网线地沟内布线增加PVC套管，局部使用扎带固定牢固。局部网络设计规划图如图5所示。
1.3手工焊机
手工焊机有TIG焊机（型号EWM Tetrix 551）和MAG焊机（型号EWM Phoenix 551）2种，数量各9台。由于焊机使用位置的不确定性，所以采用无线联网访问焊接智控系统。由于焊机为重要焊接设备，所以采取与焊机正规代理商渠道合作实现联网数据采集与焊接参数下发。根据提供技术资料，选用一种通用支持Phoenix、
alphaQ、Titan、Tetrix系列焊机的网关设备和相应联网组件。在每台设备各增加焊接数据下达装置（包含焊机内置数据采集网关、气体流量采集器及无线发送接收组件）。各组件接口连接如图6所示。
1.4自动焊机
由于机器人自动焊接工作站属用户重要焊接设备，所以采取与焊接工作站正规代理商渠道合作实现联网数据采集。由于改变焊接工作站原有工作方式将有一定风险，所以在不改动现场焊机内部组成的前提条件下，在焊机旁安装成套智慧焊接传感系统网关和相关传感器（包含电流传感器、电压传感器及气流量传感器）用于采集焊接电压、焊接电流及气体流量实时数据。相关传感器安装原理如图7所示。
由CLOOS机器人技术人员操作机器人进行OPC协议功能开放，协议开放后，利用第三方软件进行实时采集，采集参数可以由客户进行自由的选择。
2系统功能的实现
通过焊接智控系统PC端工艺设计模块的焊接参数采集界面，可以控制单台焊接设备是否进行实时焊接参数采集，界面以列表形式显示，依次显示2台机器人自动焊接工作站和18台手工焊机。各项数据包含序号、焊机名称、焊机类型（TAG/MAG/自动）、焊机编号、所属工位、联网情况（联网成功为绿色标记，联网失败为灰色标记）、焊接基本参数值（激活采集时，显示当前设备获取的焊接电压、焊接电流及焊接气体流量实时值，未激活时焊接电压、焊接电流及焊接气体流量的数据值为“/”）。支持全选或单选各行数据（各行头部设有单选框，上部设置有“一键全选”按钮，全选后“一键全选”按钮为灰色，否则为黑色），支持批量激活采集功能（设有“一键激活”按钮，对于已激活数据行，选择后“一键激活”按钮为不可按的灰色，否则为黑色）。支持批量还原到自动采集状态（设有“一键还原”按钮，对于已还原数据行，选择后“一键还原”按钮为不可按的灰色，否则为黑色）。焊接设备参数采集激活时，能实现实时焊接参数采集，还原状态时，无法实现实时焊接参数采集。焊接智控系统只采集工单开工后2 s开始计至工单报工前2 s之间的焊接参数平均值。焊接参数采集模块操作权限支持通过系统登录人员的角色权限来控制，支持在PC和PAD上均可设置控制。
3效果分析
焊接参数控制功能在PC端焊接智控系统工艺设计模块的焊接参数下发界面展示，分Phoenix和Tetrix区域显示这两类焊机的焊接参数控制情况，支持单选和全选各台焊机，支持显示各台焊机参数控制状态（如施加控制状态为绿色，解除控制状态为灰色）及参数调整范围（如焊接电流工艺规范要求200×（1±8%）A，则范围显示为184~216 A）。通过焊接智能控制系统的生产执行模块，可以轻松查看机器人自动焊接工作站的实时工作情况。在图8中，上半部分展示了当前正在进行的生产工单的相关信息，包括项目号、构架型号、构架编号、节拍名称、工单号以及焊缝号。而在中部和下部区域，可以分别看到焊接工作站的左侧和右侧焊接单元的实时视频图像。这些图像在同一焊接工作站单位时间内交替显示，根据派工时所选择的焊接单元来决定打开相应的摄像机进行拍摄。此外，系统还提供了自动焊接视频监控的权限控制，可以根据登录系统的用户角色权限来管理和限制查看视频的权限。
通过焊接智控系统PC端生产执行模块的生产过程追溯界面下级工单历史查询页面以项目号、构架编号、节拍名称、工单号、焊缝编号、生产开始日期（开工时间）、生产结束日期（报工时间）维度查询界面列表中的对应历史焊接工单，可以通过列表各行尾列的详情查看该行工单执行时各项参数（包括焊接顺序、焊缝编号、焊缝名称、焊缝特征、焊缝长度、位置、焊接方法、WPS编号、焊机设备号、焊接单元、焊工名称、焊接编号、焊接电流、焊接电压、焊接气体流量、送丝速度、焊接速度等）。支持以节拍维度查看和导出生产过程参数（图9）。
4结束语
本文基于工业局域网、大数据、云平台设计构建了单轨构架焊接智能焊接群控系统，系统包含基础信息库、项目管理、生产、工艺管理、生产追溯、数据分析、数字驾驶舱等功能模块，能够对手动、自动焊机状态进行实时监控与网络化管理，实现了用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机和自动焊机实时焊接数据和历史焊接数据查看和追溯。具体工作内容和方法如下：
（1）在车间铺设有线和无线，形成局域网，实现焊机与焊接智控系统网络连通；
（2）给手工焊机加装采集卡，通过车间无线局域网将手工焊接过程中焊机焊接电流、焊接电压及气体流量实时数据，上传到焊接智控系统，实现数据连通；
（3）自动焊机通过开通OPCUA协议，通过车间有线局域网将自动焊接过程中焊机焊接电流、焊接电压及气体流量实时数据，上传到焊接智控系统，实现数据连通；
（4）通过焊接智控系统页面展示实时焊接数据和历史焊接数据，实现焊接过程管控。
参考文献：
[1]潘彦江.现代焊接技术的种类及应用特征[J].农机使用与维修,2022(10):70-72.
[2]晋高峰.焊接技术在机械制造业中的应用[J].铸造,2022,71(9):1204.
[3]卢永建.基于STM32及WiFi技术的焊接参数无线采集与传输系统[D].成都:西南交通大学,2019.
[4]李红霞.焊接技术提升对工程建造的经济效益影响分析[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(9):62-64,67.
[5]孙燕妮,白晓军.《中国制造2025》——中国特色的强国战略[J].智能制造,2020(10):43-45.
[6]刘楠楠.面向"中国制造2025"中德制造业的比较分析[J].价值工程,2019,38(27):45-47.
[7]熊检."中国制造2025"和德国"工业4.0"对比研究[J].中国集体经济,2019(10):86-87.
[8]周济.智能制造是"中国制造2025"主攻方向[J].企业观察家,2019(11):54-55.
[9]张曙.工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程,2014,43(8):1-5.
[10]李正浩,戴虹,周世恒.钢轨现场焊接参数远程采集系统[J].电焊机,2017,47(11):60-63.
[11]米凯,易倍羽.关于航天数字化制造质量保证的探讨[J].质量与可靠性,2016(5):26-29,36.
[12]张磊,王博健,于静伟,等.数据采集系统在焊接领域中的应用现状[J].电焊机,2020,50(12):26-31,110.
[13]齐艳娜.电弧焊接过程质量监测系统[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009.
[14]杜文平,梁栋,雷鹏玮.氩弧焊接电源数据采集方法设计与开发[J].火箭推进,2022,48(3):87-92.
[15]王象元,王府强,刘城,等.基于PLC的焊接参数采集系统设计与应用[J].焊接技术,2020,49(6):69-72.
[16]吴统立,王克鸿,杨嘉佳,等.焊接过程参数传感采集系统以太网接口设计[J].电焊机,2017,47(11):71-76.
[17]马晓平,迟俊吉,马诗龙.基于无线通信技术的焊接参数采集系统[J].造船技术,2019(5):68-71,82.
[18]杜毅博,王国法,曾庆良.液压支架智能焊接车间生产信息管控系统[J].工矿自动化,2016,42(12):83-87.
[19]曾俊冬,冯文超,徐昇,等.基于实时过程管理的智能化焊接管控系统[J].上海大学学报(自然科学版),2017,23(4):575-582.
[20]黄潇.基于STM32和W5500的焊接参数采集系统设计[J].工程建设与设计,2019(12):155-158.
[21]钟剑文.焊接设备的网络化数据采集与管理[D].成都:西南交通大学,2014.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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基于单轨构架的焊接过程参数采集管理系统设计论文
人参与 2024-10-18 10:35:05 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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