于永慶

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春130000）

隨著自動化生產(chǎn)的發(fā)展，效率提高、產(chǎn)品質(zhì)量更加受到關注。為產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性得到進一步的提高，要求每個零部件的生產(chǎn)過程可記錄、可追溯。因此電阻點焊信息化系統(tǒng)對于保障點焊質(zhì)量具有重要意義。

1 電阻點焊生產(chǎn)信息化系統(tǒng)總體方案

1.1 點焊涉及到的關鍵參數(shù)。電阻點焊是一個電、熱、力等多因素交互作用的復雜過程，點焊受實際電壓變化、工件質(zhì)量、電極磨損、焊接電流、焊接時間、電極壓力、電極間動態(tài)電阻等多種干擾因素的影響，會導致焊點質(zhì)量的波動。

1.2 功能簡述。電阻點焊多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)采用先進傳感器技術和數(shù)據(jù)采集技術實時采集焊接電流、電極間電壓、動態(tài)電極壓力等對焊點質(zhì)量影響大的相關參數(shù)，具有實時顯示點焊工藝參數(shù)及其動態(tài)曲線、參數(shù)越線報警、存儲焊點生產(chǎn)相關信息，數(shù)據(jù)庫瀏覽和查詢功能，建立和實現(xiàn)電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。

1.2.1 硬件架構。電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的硬件結構如圖1 所示。

圖1 電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的硬件結構圖

1.2.2 軟件功能。電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的軟件功能由

主程序、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、有效值計算、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢和報警模塊等8 個功能模塊組成。其軟件框圖如圖2 所示，數(shù)據(jù)庫結構如圖3 所示。

圖2 電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的軟件框圖

電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的功能如下：（1）自動獲取點焊數(shù)據(jù)，收集集焊接過程中的電流、電壓及焊接壓力等數(shù)據(jù)資料。（2）在操作界面上顯示實際焊接電流、焊接壓力圖。（3）記錄焊接點數(shù)。（4）可以設置用戶參數(shù)，報警界限數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件技術方案

2.1 電阻點焊電流采集方案。根據(jù)電阻焊接理論與實踐，對點焊質(zhì)量影響最大的參數(shù)是焊接電流。采用電流互感器實現(xiàn)了對主電路的隔離測量。

2.2 電阻點焊電極壓力采集方案。電極壓力是重要的點焊工藝參數(shù)，采用實時監(jiān)測方法。

2.3 高精度數(shù)據(jù)采集方案。由于電阻點焊過程的瞬時性，要在很短的時間內(nèi)采集電流信號并保證電流信號的完整度和準確性，增加了信號的采集難度。電阻點焊的時間一般是50Hz工頻交流電的10 個周波左右，也就是200ms 左右，為了使采樣波形盡可能接近實際焊接電流波形，使測量值能準確反映實際值，要求每個周波盡可能采集多點。系統(tǒng)設計在1 個CYC 周波內(nèi)采集100 個點，則每個點的采樣時間為0.2ms，則采樣頻率為5k。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，為保證信號質(zhì)量，工程上選用的采樣頻率經(jīng)常大于采樣定理所指出的最小的采樣頻率的5～10 倍左右。采用高精度數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，利用計算機強大的計算功能進行數(shù)據(jù)的記錄、分析、存儲和查詢。數(shù)據(jù)采集常用的形式有以下兩種：（1）基于總線的分布式的數(shù)據(jù)采集：采用基于現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)采集智能模塊，流行的現(xiàn)場總線如RS-232、RS-485、CANBUS、PROFIBUS 等。這種數(shù)據(jù)采集方法易維護、布線簡單、可靠性高，但是采樣速度低，不能滿足本項目的實時性要求。（2）基于板卡的集中式數(shù)據(jù)采集：采用數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集。將一個基于PXI、PCI 或USB的采集卡接到計算機上，將外部傳感器信號通過導線接入高精度數(shù)據(jù)采集卡，通過定制的軟件就可以進行采集。這種數(shù)據(jù)采集方法速度快，目前USB2.0能達到60M/S 的傳輸速度，USB3.0 理論上也能達到628MB/s 的傳輸速度。

2.4 工業(yè)控制計算機方案。針對電阻點焊系統(tǒng)的工作環(huán)境，可以采用嵌入式無風扇工業(yè)平板電腦作為數(shù)據(jù)采集控制主機。無風扇嵌入式工業(yè)平板電腦采用的是全鋁面板和嵌入式主板，先進而堅固的機構設計能夠承受沖擊、振動、濕度和高低溫的極限環(huán)境。

相關的產(chǎn)品有：一款基于嵌入式X86 平臺開發(fā)的高端人機界面，箱體采用鋁合金與鈑金組合型外殼，兼具輕薄美觀和良好的散熱性能；15 寸真彩液晶顯示屏和高精密電阻式觸摸屏，顯示分辨率為1024×768；搭載Intel 賽揚J1900 工業(yè)級超低功耗2.0GHZ CPU，板載2GB 內(nèi)存,支持MSATA 固態(tài)硬盤，并可擴充SATA 硬盤；電源采用直流9V～25V寬電壓輸入，提供更多電源供電方案選擇；產(chǎn)品集成了豐富的I/O接口：2 個千兆以太網(wǎng)口、3 個USB2.0、1個USB3.0，4 個RS232/485 串口、VGA/HDMI 顯示、可選并口和音頻接口，方便用戶擴展各種I/O設備。

支持面板嵌入式安裝、支架式安裝、壁掛式安裝，前面板達到NEMA IP65 防塵防水標準，兼容，win7，win8 以及Linux等主流操作系統(tǒng)和分布式工業(yè)組態(tài)軟件，用戶只需簡單的組態(tài)即可實現(xiàn)功能強大的采集和控制系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)軟件技術方案

由于本系統(tǒng)的目標是對點焊工件上的每個焊點進行實時監(jiān)測，需要本系統(tǒng)操作簡單、抗干擾、穩(wěn)定可靠、實時性好。系統(tǒng)軟件是電阻點焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的核心。

本系統(tǒng)中的計算機具有可視化的圖形平臺，創(chuàng)建圖形操作界面，來代替常規(guī)的面板操作界面。利用計總線傳輸數(shù)據(jù)到儲存單元或打印機。這樣既解決了傳輸數(shù)據(jù)的問題又解決了焊接參數(shù)的存儲問題，使本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄容量無限擴大。

圖3 系統(tǒng)軟件設計總流程圖

3.1 軟件流程。為實現(xiàn)點焊生產(chǎn)的信息化管理，決定軟件流程如圖3 所示。包括下面幾個步驟：（1）開始運行系統(tǒng)程序，進行系統(tǒng)的初始化工作。建立界面、映射、動態(tài)鏈接庫、數(shù)據(jù)庫的參數(shù)等初始化工作。（2）初始化成功后，系統(tǒng)工作狀態(tài)完成準備。在操作界面上，按對應的選項，開始監(jiān)測工作，系統(tǒng)自動識別點焊過程，電流、壓力等數(shù)據(jù)信息被采集。按壓“停止監(jiān)測”，系統(tǒng)從監(jiān)測狀態(tài)中退出?？梢栽趫缶a(chǎn)生時根據(jù)需要進行消音處理。點擊“查詢”按鈕，查詢焊點的焊接過程中信息，完成點焊生產(chǎn)的信息化管理。

本系統(tǒng)的功能模塊是獨立組成。為提高可靠性、簡化開發(fā)流程，程序設計采用模塊化，系統(tǒng)擴展和維護也方便易行。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、設置參數(shù)、主程序、有效值計算、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、報警模塊8 個功能模塊組成，如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)軟件模塊框圖

3.2 軟件的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理是信息化管理系統(tǒng)的重要組成部分，包括濾波整形、電流計算、壓力計算、測量電壓、計算時間等工作，為數(shù)據(jù)存儲、波形顯示和建立信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用。

通過電阻點焊生產(chǎn)信息化系統(tǒng)，可以進一步提高電阻點焊的產(chǎn)品質(zhì)量，充分發(fā)揮電阻點焊生產(chǎn)信息化系統(tǒng)在公司生產(chǎn)中的關鍵作用。