潘云鋒

摘要：在核電建造階段運(yùn)用了大量的焊接工藝，焊接是國家核安全局明文規(guī)定的需嚴(yán)加控制的工藝過程。因其工藝的特殊性，無法直接實(shí)時(shí)的進(jìn)行檢查和記錄，目前階段皆通過制定焊接工藝卡、培養(yǎng)合格人員、通過記錄員人工記錄的方式來間接證明焊接過程的合法、有效。作者結(jié)合自身工作過程中的經(jīng)歷，依據(jù)對曾發(fā)生的質(zhì)量問題的調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，焊接電流、電壓、焊接速度等是決定焊縫質(zhì)量的主要工藝參數(shù)。作者通過運(yùn)用電氣通信工程原理結(jié)合自動(dòng)化控制理論，以不改變、不影響目前焊接過程的方式來實(shí)現(xiàn)電流、電壓、焊接速度、氣體保護(hù)壓力等焊接參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。這樣實(shí)時(shí)、有效的記錄既增加了焊接過程的信服力同時(shí)也便于對焊接數(shù)據(jù)的分析改進(jìn)，對于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的控制以及工藝的不斷優(yōu)化改進(jìn)可產(chǎn)生積極的影響。

關(guān)鍵字：質(zhì)量，焊接電流，焊接電壓，無線通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控

1.前言

隨著我國工業(yè)化水平的不斷提升，現(xiàn)代化、信息化工業(yè)發(fā)展模式已初現(xiàn)雛形，尤其是在“中國智造2025”戰(zhàn)略指引下，企業(yè)正不斷拓展工業(yè)發(fā)展思維。基于信息技術(shù)環(huán)境，在企業(yè)實(shí)際的運(yùn)作管理中，融入系統(tǒng)化的管理思維，將焊接生產(chǎn)與創(chuàng)新思維深度融合，引入電氣自動(dòng)化控制模式，并形成圖形用戶界面及網(wǎng)絡(luò)化通信保障等諸多領(lǐng)域的綜合拓展。在信息科技高速發(fā)展的今天，實(shí)現(xiàn)焊接的實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅是焊接生產(chǎn)的需求，更是加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備與管理平臺銜接的基礎(chǔ)，同時(shí)更滿足了數(shù)據(jù)間的無縫銜接與共享，幫助焊接生產(chǎn)與信息之間的綜合集成。使用可實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能化焊接系統(tǒng)，提高生產(chǎn)管理效率，保證了焊接數(shù)據(jù)和焊接質(zhì)量的可靠性，免去了焊接記錄人員的工作量，提高了綜合管理水平，完整的焊接數(shù)據(jù)對分析焊接過程，追溯焊接質(zhì)量具有重大的參考意義，從而產(chǎn)生非常大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

通過對以往的工作總結(jié)發(fā)現(xiàn)，從核安全局至制造工廠，每一個(gè)單位對焊接過程都十分重視。從焊材管理、焊接人員、焊接材料、焊接型式等方面進(jìn)行管控。制定詳細(xì)的焊接工藝規(guī)程對焊接的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行規(guī)定，但唯獨(dú)實(shí)際操作過程無法實(shí)時(shí)監(jiān)控。

實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的是通過電氣信號采集結(jié)合通信手段，將過去無法實(shí)時(shí)檢查控制的特殊工藝過程變成一個(gè)可隨時(shí)檢查，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可控過程。這樣不僅滿足質(zhì)量保證記錄的實(shí)時(shí)、有效，減少焊接記錄人員的工作量，提高整體焊接效率。同時(shí)也可增加焊接工藝人員對于焊接過程的可控分析，進(jìn)一步改進(jìn)工藝參數(shù)，提高焊接性能。

2.無線通信

2.1定義

所謂無線通信，主要是基于現(xiàn)代通信技術(shù)，將電磁波信號進(jìn)行空間傳輸與接收轉(zhuǎn)化的過程，這種無線通信方式可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信，因而也被統(tǒng)稱為無線移動(dòng)通信。

2.2實(shí)現(xiàn)過程

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們不可能給每臺焊接配備信號線，這樣將極大的降低其靈活性和使用。我們可以通過給每臺焊接加裝一個(gè)無線信號傳輸器。通過加裝的無線信號傳輸器的使用即可讓其擺脫冗長的信號線的干擾，尤其是多頻帶空口技術(shù)（OFDM）、低延時(shí)技術(shù)（TDMA）、自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、混合自動(dòng)重傳（HARQ）及低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）等諸多技術(shù)支撐下，可以大幅提升無線通信的傳輸速率，最高可達(dá)1Gbps，從而全方位、實(shí)時(shí)化地獲取焊接焊機(jī)電流、電壓、焊接速率及氣體保護(hù)流量等焊接參數(shù)。

3.成果實(shí)現(xiàn)

通過在焊接設(shè)備上加裝電流、電壓、送絲速度、氣體流量采集模塊，無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)焊接設(shè)備與PC之間的對接，完成對焊接設(shè)備電流、電壓、焊接速率及氣體保護(hù)流量等焊接參數(shù)整個(gè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4.主要部件

4.1部件清單

4.2設(shè)備簡介

4.2.1無線電壓節(jié)點(diǎn)

無線電壓節(jié)點(diǎn)的有效應(yīng)用，將極大降低數(shù)據(jù)采取的人工成本及資金投入，尤其是規(guī)避了反復(fù)布線等環(huán)節(jié)。同時(shí)利用無線數(shù)字信號傳輸，將大幅優(yōu)化電纜傳輸過程中所形成的干擾噪聲，賦予測量系統(tǒng)更優(yōu)質(zhì)的抗干擾性，提升測量的精度和效率。無線傳感器節(jié)點(diǎn)拓展能力較強(qiáng)，可構(gòu)建以無線傳感器為代表的傳感網(wǎng)絡(luò)，可同時(shí)支持上千個(gè)測點(diǎn)同步實(shí)施試驗(yàn)，憑借其應(yīng)用優(yōu)勢，該系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于大型建筑、橋梁、船舶、車輛及眾多關(guān)鍵領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)靜力測試、載荷實(shí)驗(yàn)等。

4.2.2電流、電壓傳感器

霍爾效應(yīng)的提出及實(shí)踐延伸，出現(xiàn)了基于霍爾效應(yīng)的傳感設(shè)備，即以電流、電壓傳感器為代表的霍爾傳感器。早在1879年，美國物理學(xué)家霍爾便率先在金屬中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但受限于技術(shù)及材料的滯后，難以獲取更多的研究成果。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的革新，霍爾元件也逐步由理論走向現(xiàn)實(shí)，通過各類半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，其能夠?qū)崿F(xiàn)對磁場、位移、壓力、加速度、振動(dòng)等測量，也逐步被應(yīng)用于各個(gè)測量領(lǐng)域?；魻杺鞲衅魇且环N當(dāng)交變磁場經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵(lì)磁場的場強(qiáng)決定的。因此，霍爾傳感器不需要外界電源供電。

4.2.3送絲速度傳感器

送絲速度傳感器可以實(shí)時(shí)采集各種送絲裝置的走絲速度，走絲速度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸。

4.2.4數(shù)字式氣體流量計(jì)

數(shù)字式氣體流量計(jì)，主要被用于焊接時(shí)氣體流量的實(shí)時(shí)計(jì)量，其測量中所形成的數(shù)據(jù)由無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)施傳輸，該流量計(jì)主要適用于熔化極氣體保護(hù)焊焊接。

4.2.5無線網(wǎng)關(guān)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，逐步改變了傳統(tǒng)電纜傳輸中的弊端，也更便于對測量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。BS951無線網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用，大幅優(yōu)化了無線傳輸?shù)谋憷?，其結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、體積小巧，能夠應(yīng)用于多種場景。其主要由協(xié)議轉(zhuǎn)換、收發(fā)節(jié)點(diǎn)控制、ModBus協(xié)議通信等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在BS951強(qiáng)大組網(wǎng)功能的支持下，其可以組建起復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò)，并支持眾多傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)施結(jié)構(gòu)測試，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。BS951無線網(wǎng)關(guān)所使用的ModBus協(xié)議為國標(biāo)，因而利用RS485接口及通信協(xié)議的綜合下，能夠?qū)崿F(xiàn)與任何同協(xié)議的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，且連接設(shè)備只需要通過標(biāo)準(zhǔn)的 ModBus協(xié)議就可以與 BS951無線網(wǎng)關(guān)通信，控制網(wǎng)關(guān)下所有節(jié)點(diǎn)的配置和采集。在此過程中連接設(shè)備不必關(guān)心無線節(jié)點(diǎn)傳感器和網(wǎng)關(guān)的通信過程，大大的減少了連接設(shè)備的開發(fā)難度。

4.2.6數(shù)據(jù)處理中心計(jì)算機(jī)

機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)采集器送來的來自現(xiàn)場的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，為顯示報(bào)警終端、數(shù)據(jù)打印單元、大屏幕等終端設(shè)備提供數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理中心主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集，可以兼數(shù)據(jù)比對分析、報(bào)警等功能。

5.結(jié)論

通過實(shí)時(shí)監(jiān)控增加了各部門及上游對焊接數(shù)據(jù)的可信度，提高技術(shù)管理水平，減少管理人員投入，有效地提高人員利用率;同時(shí)可通過對完整的焊接過程也便于對焊接數(shù)據(jù)的分析改進(jìn)，明確改進(jìn)的方向，對于焊接質(zhì)量的控制以及工藝的不斷優(yōu)化改進(jìn)產(chǎn)生積極的影響。

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