陽(yáng)明霞

摘 要：文章結(jié)合焊接設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀，針對(duì)有線傳輸方式在汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用所存在的不足，提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其具體設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò);汽車;懸掛式點(diǎn)焊機(jī);點(diǎn)焊質(zhì)量;監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：X942.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）03-68-03

前言

懸掛式點(diǎn)焊機(jī)在汽車焊裝加工中具有較為廣泛的應(yīng)用，并且由于其性能穩(wěn)定、操作使用較為靈活，且成本較低，十分受歡迎。但是，由于采用懸掛式點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行汽車焊裝加工中，其工作電流較大，且需要在短時(shí)間內(nèi)完成點(diǎn)焊操作，容易受電場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合作用引起焊接參數(shù)出現(xiàn)瞬時(shí)異常變化，從而對(duì)汽車焊裝加工的質(zhì)量和效果產(chǎn)生影響。另一方面，汽車懸掛式點(diǎn)焊機(jī)的實(shí)際設(shè)置應(yīng)用，不僅數(shù)量較多，且位置分布相對(duì)分散，如果實(shí)際應(yīng)用中存在操作人員的操作不規(guī)范以及對(duì)點(diǎn)焊機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握不準(zhǔn)確等，都會(huì)對(duì)汽車焊接加工質(zhì)量和效果產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)有關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效益與管理水平提升形成制約。針對(duì)這種情況，隨著汽車焊接設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在原有的焊接信號(hào)有線傳輸與監(jiān)控技術(shù)基礎(chǔ)上，采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式進(jìn)行焊接信號(hào)有效采集與傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車焊裝質(zhì)量的有效監(jiān)控，成為當(dāng)前有關(guān)領(lǐng)域研究和關(guān)注的重點(diǎn)。

1 基于無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

懸掛式點(diǎn)焊機(jī)在汽車焊接加工領(lǐng)域中具有較為廣泛的應(yīng)用，但是，由于點(diǎn)焊工藝本身具有較高的非線性與多變量耦合作用影響，并且其中存在較多的隨機(jī)因素，導(dǎo)致對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量的影響較大，進(jìn)行點(diǎn)焊質(zhì)量控制的問題較多。針對(duì)這一情況，當(dāng)前對(duì)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)在汽車點(diǎn)焊操作中的質(zhì)量檢測(cè)，多以破壞性檢驗(yàn)方法進(jìn)行，不僅工作效率較低，且成本較高，檢測(cè)結(jié)果對(duì)汽車點(diǎn)焊工藝的整體質(zhì)量反應(yīng)也不夠全面，迫切需要通過對(duì)汽車點(diǎn)焊過程中相應(yīng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)與分析，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊質(zhì)量的有效控制。

根據(jù)上述問題，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化加工與制造領(lǐng)域中對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的建立和應(yīng)用也越來越多，其在實(shí)現(xiàn)汽車點(diǎn)焊過程參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)與分析控制，從而加強(qiáng)汽車點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控方面起到了非常積極的作用。但是，由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間的需求較大，且設(shè)備類型較多，網(wǎng)絡(luò)線路連接布設(shè)難度較大，導(dǎo)致其局限性與不足也較為突出。針對(duì)這種情況，結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸中的作用和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，以為有關(guān)研究及實(shí)踐提供參考，具有十分突出的必要性和重要意義。

1.1 總體框架與結(jié)構(gòu)組成

本文所提出的基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)主要包含ZigBee無線通信模塊、下位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊與監(jiān)測(cè)中心三大結(jié)構(gòu)部分，如下圖1所示，即為基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，該系統(tǒng)中的下位機(jī)監(jiān)測(cè)部分主要包含信號(hào)處理電路以及傳感器、單片機(jī)等設(shè)備結(jié)構(gòu)，它在系統(tǒng)運(yùn)行中利用電流、電壓以及壓力傳感器設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)焊過程參數(shù)采集，并且其進(jìn)行信號(hào)采集是通過將點(diǎn)焊過程參數(shù)轉(zhuǎn)化成能夠被測(cè)量的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，然后再通過單片機(jī)將監(jiān)測(cè)獲取的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)，并對(duì)點(diǎn)焊過程中的電流以及焊接時(shí)間、動(dòng)態(tài)電阻曲線等數(shù)值進(jìn)行計(jì)算分析，然后利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，以通過監(jiān)測(cè)中心根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的命令與提示發(fā)布，完成對(duì)汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量的監(jiān)控。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，通過將下位機(jī)監(jiān)測(cè)部分所采集獲取的數(shù)據(jù)信息向監(jiān)測(cè)中心傳輸，并對(duì)監(jiān)測(cè)中心所發(fā)出的報(bào)警干預(yù)指令向下位機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)向傳遞，以滿足系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸需求。本文在進(jìn)行基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，主要采用的是JN5148-001-M04ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊，它不僅具有較高的性能，且進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎妮^低，內(nèi)部更是集成設(shè)計(jì)有較大內(nèi)存與較高性能的CPU以及有關(guān)具有較好無線性能的射頻元件，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)境適應(yīng)性較為突出。

此外，基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量控制系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)中心部分主要設(shè)置有相應(yīng)的PC服務(wù)器，以對(duì)上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的運(yùn)行進(jìn)行支持，并對(duì)各聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)焊機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果基尼下能夠異常點(diǎn)焊報(bào)警指令發(fā)布，以為汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量控制提供支持。監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器內(nèi)配置有較大容量的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)c(diǎn)焊過程參數(shù)及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，以根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)汽車點(diǎn)焊的單次焊接或整個(gè)生產(chǎn)線焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控分析，確保汽車焊接的工藝質(zhì)量可靠。

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與形式分析

在進(jìn)行上述汽車懸掛式點(diǎn)焊監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)中，主要包括星形、網(wǎng)狀以及樹狀三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，并且ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中主要包含控制器、網(wǎng)絡(luò)終端以及中繼器三種設(shè)備類型。其中，控制器在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中主要用于網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建與資源分配;而終端則是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的最終節(jié)點(diǎn)，能夠進(jìn)行自身數(shù)據(jù)收發(fā)，但不支持?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，并且在整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中能夠通過休眠以及喚醒功能促進(jìn)其能耗有效降低;ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的中繼器設(shè)備則具有數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)功能，并且能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)規(guī)模的延伸擴(kuò)大進(jìn)行支持，從而信息包的路由路徑創(chuàng)建和修復(fù)。根據(jù)上述對(duì)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)形式與結(jié)構(gòu)情況分析，在進(jìn)行基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到汽車點(diǎn)焊工藝所涉及的設(shè)備數(shù)量較多，且分布距離設(shè)置較遠(yuǎn)，存在電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多種耦合作用的干擾影響等，最終確定采用網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，通過在各焊接設(shè)備中設(shè)置相應(yīng)的下位機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)模塊，并將其與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的終端進(jìn)行連接，同時(shí)，在汽車點(diǎn)焊工藝現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)車間四周與中央進(jìn)行相應(yīng)的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中繼器設(shè)置，并將監(jiān)測(cè)中心設(shè)置在汽車點(diǎn)焊工藝生產(chǎn)車間中，將點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)中心中的PC服務(wù)器與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過網(wǎng)絡(luò)串口進(jìn)行連接，以構(gòu)成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)在汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量中的控制作用實(shí)現(xiàn)進(jìn)行支持。

2 基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述對(duì)基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與組網(wǎng)方式分析，在進(jìn)行該系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)則需要從下位機(jī)程序設(shè)計(jì)與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析。

首先，在進(jìn)行上述汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量控制系統(tǒng)的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)中，對(duì)其程序設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，并且在進(jìn)行程序編譯設(shè)計(jì)完成后，將其下載到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中以對(duì)汽車點(diǎn)焊的電流、電極壓力以及電壓信號(hào)進(jìn)行有效采集與處理，然后將處理信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)連接向ZigBee終端進(jìn)行發(fā)送，如下圖2所示，即為該監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)程序開發(fā)與設(shè)計(jì)的具體流程示意圖。

其次，在進(jìn)行上述監(jiān)控系統(tǒng)的ZigBee模塊程序設(shè)計(jì)中，根據(jù)其設(shè)備類型定義不同，在進(jìn)行ZigBee模塊程序開發(fā)與設(shè)計(jì)中也存在一定的差異，但是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊中的各設(shè)備均是以聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)等為主要功能和目的，其中，對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊中控制器程序的開發(fā)與設(shè)計(jì)是整個(gè)模塊程序開發(fā)的關(guān)鍵。根據(jù)這一情況，一般在進(jìn)行ZigBee模塊程序開發(fā)中，對(duì)控制器進(jìn)行初始化處理后，即需要進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建，并進(jìn)行具有唯一性的PAN ID選定，將其作為該網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)符，以進(jìn)行該頻段的通信信道掃描，實(shí)現(xiàn)各通信信道中的無線信號(hào)活躍程度判斷，最終實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)信道選擇和確定。對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的控制器程序開發(fā)與網(wǎng)絡(luò)配置完成后，其網(wǎng)絡(luò)終端與中繼器會(huì)進(jìn)行入網(wǎng)請(qǐng)求發(fā)送，在控制器網(wǎng)絡(luò)允許情況下完成入網(wǎng)連接，并在無線網(wǎng)絡(luò)完全建立實(shí)現(xiàn)后，由ZigBee網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中根

據(jù)相應(yīng)的路由路徑設(shè)置，向控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下位機(jī)處理數(shù)據(jù)傳送，滿足整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳輸需求。

最后，對(duì)上述監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)程序開發(fā)與設(shè)計(jì)中，其作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制核心，在系統(tǒng)運(yùn)行中能夠通過有關(guān)參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的有效處理、顯示與存儲(chǔ)管理，并對(duì)汽車點(diǎn)焊的焊接時(shí)間、電流、電極壓力、動(dòng)態(tài)電阻曲線等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出報(bào)警限制范圍時(shí)就會(huì)利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)警指令發(fā)出。其中，對(duì)上位機(jī)程序的開發(fā)與設(shè)計(jì)是采用計(jì)算機(jī)Microsoft Visual C++語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，其主界面功能劃分主要包含系統(tǒng)控制以及焊接參數(shù)波形變化曲線顯示、點(diǎn)焊機(jī)工作狀態(tài)等不同區(qū)域，系統(tǒng)控制區(qū)以系統(tǒng)啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置以及數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程管理等功能為主;而焊接波形曲線變化結(jié)果顯示區(qū)域則是通過對(duì)點(diǎn)焊過程的電流、電壓、動(dòng)態(tài)電阻曲線等參數(shù)監(jiān)測(cè)分析，以波形變化曲線結(jié)果進(jìn)行顯示，并能夠根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)波形選擇與顯示支持;點(diǎn)焊機(jī)工作轉(zhuǎn)態(tài)區(qū)則以下位機(jī)監(jiān)測(cè)對(duì)點(diǎn)焊機(jī)工作運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及結(jié)果顯示為主。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，通過對(duì)基于無線網(wǎng)絡(luò)的汽車懸掛式點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，有利于促進(jìn)其在有關(guān)實(shí)踐及研究中得到有效應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車點(diǎn)焊機(jī)焊接質(zhì)量的有效監(jiān)測(cè)和管理，具有十分積極的作用和意義。

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