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(duì)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(duì)焊接數(shù)據(jù)的分析改進(jìn)，對(duì)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?；谛畔⒓夹g(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(tái)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(duì)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

通過對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(duì)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(hào)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(tái)焊接配備信號(hào)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(tái)焊接加裝一個(gè)無線信號(hào)傳輸器。通過加裝的無線信號(hào)傳輸器的使用即可讓其擺脫冗長的信號(hào)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(duì)接，完成對(duì)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(hào)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(shì)，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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)完整的焊接過程也便于對(duì)焊接數(shù)據(jù)的分析改進(jìn)，明確改進(jìn)的方向，對(duì)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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