一种基于手工焊载波遥控式联网管控方法

2018-03-19

电焊机 2018年2期

（唐山松下产业机器有限公司，河北唐山063020）

0 前言

随着造船、海工等行业对手工焊的要求越来越高，手工焊条的管理较为困难，加之行业特点是焊机的加长电缆较长，焊工距离焊机较远，给焊接参数的调整带来不便。过去一般使用有线遥控器和限流方式来保证焊工在工位内调整相关焊接参数和不使用过大电流，但该做法有一定的局限性，加长有线遥控器成本很高且线长不方便移动，工件种类多，也存在薄板使用大电流焊接的情况。结合以上使用特点，迫切需要一种便捷、有效、科学的管理方法。本研究是一种基于手工焊载波遥控式联网管控方法，焊工在焊接工位远程对焊机进行通道及电流参数设置，焊机收到后通过联网监控装置与上位机进行数据交换，确认是否为生产管理所下发的允许使用通道和电流范围，若符合则允许焊接，否则反之。该方法很好地弥补了使用过程中的不足，使焊工在焊接工位即可完成焊接参数的调整工作，同时监控和管理焊工使用正确的工艺进行焊接。

1 手工焊载波遥控式联网管控方法的硬件组成部分

手工焊载波遥控式联网管控方法分为为手工焊电源、载波遥控器装置、联网监控装置、服务器、上位机5个部分。具体连接方式如图1所示。

2 手工焊载波遥控式联网管控方法工作原理

各部分上电完成并确认工作正常后，焊工对载波遥控装置进行设置后将数据发送给手工焊电源，手工焊电源接收数据后通过联网监控装置上传给上位机，上位机根据上传的数据和预定的焊接规范进行校验，如果符合，下传允许焊接指令，否则反之。具体流程如图2所示。

图1 手工焊载波遥控式联网管控方法的基本组成框图

2.1手工焊电源

手工焊电源是手工焊接的电源和空载时给载波遥控器供电电源，利用手工焊电源空载输出，同时利用手工焊电源两端的输出电缆进行信号传输[1]，电源内部具有载波接收模块、联网接口等。具体原理如图3所示。

图2 手工焊载波遥控式联网管控方法的系统流程

图3 手工焊电源原理框图

2.2 载波遥控装置

载波控制器人机交互界面如图4所示，由5个按键、3个数码管以及4个LED灯组成，其中5个按键的功能分别为电流选择、通道选择、增加、减小、发送，3个数码管显示可修改的焊接参数，4个LED灯分别显示焊接、推力、通道、微调编，指示用户选择的项目。按键和LED等直接与单片机I/O口连接，而3个数码管通过锁存器74HC573N与单片的I/O口连接[2]。在预置焊接参数过程中，用户首先将此装置放在手工焊电源正负间，利用手工焊电源空载输出供电后，界面上的数码管被点亮，显示默认的通道C01，同时通道LED被点亮，按发送键进行发送，手工焊电源接收到通道号，此时按通道选择键，微调LED被点亮，数码管显示该通道的电流管控范围内电流值，可通过增加和减少键在管控范围内调整电流的大小，选择合适的电流值后按发送键进行发送，手工焊电源接收到焊接电流值，通道C01的数据发送完成。其他通道发送以此类推。如果要更改通道电流管控范围，生产工艺管理员可通过密码进入通道电流管控范围设置，提高设备使用的灵活率，具体操作在此不进行详细说明。

按键、LED、与数码管显示部分原理如图5所示。

2.3 联网监控装置、服务器及上位机

联网监控装置是手工焊电源和上位机之间通信的桥梁，联网框图如图6所示。

图4 载波控制器人机界面

图5 按键、LED、与数码管显示部分原理

图6 联网监控框图

该装置与手工焊电源的控制P板CPU进行串口通讯，通过无线WIFI或有线以太网与上位机进行数据传输[3]，手工焊电源将通道号、焊接电流、焊接电压、报警代码等大量信息数据通过联网监控装置传递给上位机，上位机由工艺管理员进行管理并下传允许焊接的通道号和焊接电流范围，此装置实时监控手工焊电源相关信息数据[4]，如果焊工使用的通道、焊接电流范围与生产工艺管理员的规范不符合，手工焊电源进行超规范报警，不允许焊接；如果通道号和焊接电流范围与生产工艺管理员的规范相符合，但实际焊接电流不在规定范围内，手工焊电源也进行焊机故障报警，不允许焊接。

生产工艺管理员可以直接发出操控命令的计算机一般是PC，即上位机，可以生成监控数据报表，方便管理人员查看。同时监控焊工是否在规范内使用焊机及发现焊机故障等。

3 手工焊载波遥控式联网管控方法应用

手工焊载波遥控式联网管控方法应用分为焊工、载波遥控器装置、手工焊电源装置、联网监控装置、上位机、生产工艺管理员6个部分，流程见图7。

图7 手工焊载波遥控式联网管控方法应用流程

手工焊载波遥控式联网管控方法应用方便。假如焊工距离手工焊电源装置100 m以外，焊工在焊接工件前可通过载波遥控器装置设置手工焊电源装置，而无需到手工焊电源位置。焊工选择通道号C01和通道范围（70～90 A）的焊接电流值80 A通过载波遥控器装置发送至手工焊电源装置上，手工焊电源装置接收到通道号和焊接电流值后通过联网监控装置上传至上位机[5]，上位机根据接收到的信息数据（通道C01、焊接电流80 A）与生产工艺管理员给出的通道和电流范围权限进行匹配，通过联网监控装置下传允许焊接指令，手工焊电源装置可以正常焊接，反之，焊机超规范报警。

生产工艺管理员不但有上位机的通道和焊接电流范围的设置权限，同时也有载波遥控器装置内通道对应的焊接电流范围的设置权限，要求生产工艺管理员在变更通道及通道对应的焊接电流范围时，上位机和载波遥控器装置的数据信息应同步，以防止混乱或误报警等情况。

4 手工焊载波遥控式联网管控方法设计及试验验证

4.1 电流采集及超规范报警算法设计

手工焊起弧时引弧电流和焊接过程中的推力电流都远大于焊接电流，波形示意如图8所示。为防止系统出现误报警，针对弧焊过程开发了一套防止误报警的算法，保证使用的灵活性和精确性。

电流采集时，由于引弧电流远大于焊接电流，故滤掉引弧阶段，不进行采集。不同的用户使用习惯不同，引弧时间也不同，延时时间T1在上位机可在0.1～3 s自行调整；每1 ms采集一个电流值，共采集100个值做平均，与规范值S（规范值S在上位机可变参数）进行比较，如果超规范焊接时间超过T2（报警延时时间T2为0.1～25 s），不允许继续焊接，焊机报警，反之则计数器清零，重新累计，允许继续焊接。电流采集流程如界面如图10所示。

图8 焊接总过程波形示意

4.2 试验验证

实际工程使用过程中必须保证此方法的稳定性，而载波通信为该方法最重要的组成部分。为了保证发送的通道数和电流值的准确性，载波遥控器装置每次发送数据时连续发送3次，MCU对3次数据进行校验后在算法误差允许范围内输出执行指令。如载波遥控器装置发送通道号C01和电流80A后，具体发送数据波形见图11。上位机采集界面见图12。通过实际操作，可以直观地反映数据传输的准确性及稳定性，并验证该方法的可行性。