喬富強(qiáng)

(天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，天津，300350)

焊接過程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理的應(yīng)用研究

喬富強(qiáng)

(天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，天津，300350)

針對(duì)焊接現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集不統(tǒng)一的問題，提出了搭建無線網(wǎng)絡(luò)ZigBee，利用OPC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。為了隔絕企業(yè)辦公網(wǎng)對(duì)焊接現(xiàn)場(chǎng)的影響，提出了使用安全隔離網(wǎng)閘，并采用UDP協(xié)議將焊接數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)辦公網(wǎng)。

數(shù)據(jù)采集；ZigBe；OPC技術(shù)；UDP協(xié)議

0 前言

在焊接生產(chǎn)過程中，焊接管理人員如何有效地取得焊接過程的數(shù)據(jù)是分析焊接質(zhì)量的重要依據(jù)，由于不能親臨焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，管理人員了解每臺(tái)焊機(jī)的工作狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行狀況等信息存在很大的困難。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段，能夠提供生產(chǎn)進(jìn)度、實(shí)時(shí)參數(shù)等信息。

1 焊接監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸

要實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接設(shè)備的全面生產(chǎn)管理，就必須對(duì)設(shè)備工作過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過連接不同的傳感器，能夠采集不同焊接過程參數(shù)并現(xiàn)場(chǎng)分析與存儲(chǔ)，根據(jù)用戶設(shè)定好的參數(shù)對(duì)出現(xiàn)問題的焊接進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及傳輸，必須對(duì)焊接現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安裝位置和方式及網(wǎng)絡(luò)傳輸模式的選型。

1.1 IEEE 802.11系列無線局域網(wǎng)技術(shù)

無線局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱WLAN，是利用射頻技術(shù)方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)以取代有線局域網(wǎng)采用雙絞銅線的方式，其配置與維護(hù)相比于有線局域網(wǎng)更加容易，并擁有和有線局域網(wǎng)一樣的傳輸速度。

Wi-Fi是WLAN的重要組成部分，Wi-Fi是一種可以將設(shè)備終端以無線方式互相連接的技術(shù)，事實(shí)上它是一個(gè)高頻無線電信號(hào)。Wi-Fi在基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)下，極大地改善了無線網(wǎng)路產(chǎn)品相互之間的互通性。

IEEE 802.11n在功耗和管理方面進(jìn)行了重大創(chuàng)新，不僅能夠延長(zhǎng)Wi-Fi的電池壽命，還可以嵌入到其它設(shè)備中，如醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，樓宇控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)定位跟蹤標(biāo)簽和消費(fèi)電子產(chǎn)品，可以不斷地監(jiān)測(cè)和收集數(shù)據(jù)。

1.2 ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它使用低速進(jìn)行短距離的傳輸[2]?；?IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，最底層是物理層和媒體訪問層。ZigBee可由數(shù)萬個(gè)無線數(shù)傳模塊搭建成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，數(shù)傳模塊相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)基站，它的通訊距離可從75m到數(shù)公里，這能滿足用戶所期待的無線數(shù)據(jù)的傳輸。ZigBee具有靈活多變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，能大量的連接焊接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

相對(duì)于其它無線通信協(xié)議如wifi，ZigBee通信協(xié)議較為簡(jiǎn)單，設(shè)備的安裝與調(diào)試不需要精通無線通信協(xié)議的專業(yè)人員。ZigBee協(xié)議定位于低成本，所以建立無線網(wǎng)絡(luò)成本較低，且其能耗低，維護(hù)成本相對(duì)較低。ZigBee網(wǎng)絡(luò)能滿足焊接現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。

2 焊接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

焊接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集可由基于單片機(jī)的焊接過程數(shù)據(jù)采集卡釆集各類傳感器信號(hào)，如電壓、電流、送絲速度、氣體流量等，經(jīng)數(shù)據(jù)作處理后傳送至監(jiān)控機(jī)。從焊接現(xiàn)場(chǎng)到監(jiān)控機(jī)，將釆用ZigBee網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。為了使監(jiān)控機(jī)能夠順利讀取來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，我們將使用OPC技術(shù)。

OPC技術(shù)能將各個(gè)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和通信程序封裝在OPC服務(wù)器上，上層應(yīng)用軟件可以不關(guān)心硬件的性能特點(diǎn)，而通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口訪問OPC服務(wù)器。它能夠直接與現(xiàn)場(chǎng)的PLC，數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，快速有效地獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。監(jiān)控程序可通過OPC獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

OPC以O(shè)LE／COM／DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Client／Server模式。OPC Server服務(wù)器提供了許多標(biāo)準(zhǔn)接口，Client客戶端通過這些接口，可以獲取與 OPC Server 相連的硬件裝置的信息，而無須了解這些硬件設(shè)備的細(xì)節(jié)信息。也就是說，程序員可以通過統(tǒng)一的接口程序代碼，操作不同的硬件設(shè)備。

OPC Server服務(wù)器由三部分構(gòu)成：服務(wù)器、組、項(xiàng)。服務(wù)器對(duì)象封裝了服務(wù)器對(duì)象的相關(guān)屬性和方法，并作為容器來存放組對(duì)象。組對(duì)象裝了組對(duì)象的相關(guān)屬性和方法，并作為容器來存放項(xiàng)對(duì)象，組織和管理項(xiàng) 。OPC項(xiàng)表示監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)，所有的項(xiàng)的訪問要通過組來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)項(xiàng)是讀寫數(shù)據(jù)的最小邏輯單位。簡(jiǎn)單的講，在一個(gè)組對(duì)象中，可以加入多個(gè) OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)。

OPCDA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種通訊的方式：同步通信和異步通信。同步通信適用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小的監(jiān)控，異步通信適用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大的監(jiān)控，能防止數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)的阻塞，并能節(jié)省CPU資源和網(wǎng)絡(luò)資源，焊接數(shù)據(jù)采集應(yīng)使用異步通訊。OPC的異步通訊有四種方式：數(shù)據(jù)訂閱、異步讀、異步寫、異步刷新。

3 焊接數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)

企業(yè)內(nèi)的相關(guān)部門人員不在焊接現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，需要通過企業(yè)辦公網(wǎng)查看如焊接電流、電弧電壓、送絲速度、焊接時(shí)間等實(shí)時(shí)畫面和歷史報(bào)表等。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)OA數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過OA系統(tǒng)，管理者可以在企業(yè)辦公室，及時(shí)全面地了解整個(gè)焊接車間的生產(chǎn)情況，這將大大提高管理者的工作效率和管理水平，也節(jié)約了管理成本。

為了保證焊接現(xiàn)場(chǎng)的安全，焊接現(xiàn)場(chǎng)作為工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)必須要與企業(yè)辦公內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行隔絕。因此，在企業(yè)的焊接現(xiàn)場(chǎng)專網(wǎng)與企業(yè)辦公內(nèi)網(wǎng)之間要設(shè)置安全隔離網(wǎng)閘，用來隔絕企業(yè)辦公網(wǎng)對(duì)焊接現(xiàn)場(chǎng)的影響。

由于采用安全隔離網(wǎng)閘設(shè)備進(jìn)行單向傳輸，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)向企業(yè)辦公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)要采用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是一種面向雙方的無連接協(xié)議。處于在OSI模型中的傳輸層，是IP協(xié)議的上面一層。UDP協(xié)議的是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行發(fā)送。每一個(gè)數(shù)據(jù)包用前8個(gè)字節(jié)來表示報(bào)頭信息，剩余字節(jié)封裝需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。焊接現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)負(fù)責(zé)將UDP數(shù)據(jù)包通過源端口進(jìn)行發(fā)送，而企業(yè)辦公網(wǎng)中負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)的服務(wù)器中的服務(wù)程序通過目標(biāo)端口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到企業(yè)OA數(shù)據(jù)庫(kù)中。

為了進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的查詢與管理，企業(yè)應(yīng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，B/S架構(gòu)采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，加入信息系統(tǒng)的開發(fā)理念，能完全適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)辦公需求，也是現(xiàn)代信息系統(tǒng)的首選技術(shù)。

利用不斷成熟的Web瀏覽器技術(shù)，開發(fā)工具可有多種選擇：JSP+J2EE，ASP+IIS，ASP. NET+ Framework，PHP+Apache等。B/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是不需用安裝任何專門的軟件，只要有一臺(tái)能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零安裝、零維護(hù)，系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易。

[1]邱寶，郝小江.焊接系統(tǒng)中無線監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電焊機(jī),2012,10(10):35-37.

[2] 朱俊杰，楊成本等.基于ZigBee技術(shù)的焊接電源群組化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電焊機(jī),2011 1(1):24-27.

Research on Application of data monitoring and management in welding process

Qiao Fuqiang
（Tianjin Sino-German University of Applied Sciences,Tianjin,300350）

Aiming at the problem of the complex environment and the problem of data collection, the paper puts forward a wireless network ZigBee, and uses OPC technology to collect data. In order to isolate the effects of site welding enterprise office network, proposed the use of gap, and uses the UDP protocol to transmit data to the welding enterprise office network.

data acquisition; ZigBe; OPC technology; UDP protocol

天津市高等學(xué)?？萍及l(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目（20120822）