一種基于手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法

（唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司，河北唐山063020）

0 前言

隨著造船、海工等行業(yè)對(duì)手工焊的要求越來(lái)越高，手工焊條的管理較為困難，加之行業(yè)特點(diǎn)是焊機(jī)的加長(zhǎng)電纜較長(zhǎng)，焊工距離焊機(jī)較遠(yuǎn)，給焊接參數(shù)的調(diào)整帶來(lái)不便。過(guò)去一般使用有線遙控器和限流方式來(lái)保證焊工在工位內(nèi)調(diào)整相關(guān)焊接參數(shù)和不使用過(guò)大電流，但該做法有一定的局限性，加長(zhǎng)有線遙控器成本很高且線長(zhǎng)不方便移動(dòng)，工件種類多，也存在薄板使用大電流焊接的情況。結(jié)合以上使用特點(diǎn)，迫切需要一種便捷、有效、科學(xué)的管理方法。本研究是一種基于手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法，焊工在焊接工位遠(yuǎn)程對(duì)焊機(jī)進(jìn)行通道及電流參數(shù)設(shè)置，焊機(jī)收到后通過(guò)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，確認(rèn)是否為生產(chǎn)管理所下發(fā)的允許使用通道和電流范圍，若符合則允許焊接，否則反之。該方法很好地彌補(bǔ)了使用過(guò)程中的不足，使焊工在焊接工位即可完成焊接參數(shù)的調(diào)整工作，同時(shí)監(jiān)控和管理焊工使用正確的工藝進(jìn)行焊接。

1 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法的硬件組成部分

手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法分為為手工焊電源、載波遙控器裝置、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置、服務(wù)器、上位機(jī)5個(gè)部分。具體連接方式如圖1所示。

2 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法工作原理

各部分上電完成并確認(rèn)工作正常后，焊工對(duì)載波遙控裝置進(jìn)行設(shè)置后將數(shù)據(jù)發(fā)送給手工焊電源，手工焊電源接收數(shù)據(jù)后通過(guò)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置上傳給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)和預(yù)定的焊接規(guī)范進(jìn)行校驗(yàn)，如果符合，下傳允許焊接指令，否則反之。具體流程如圖2所示。

圖1 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法的基本組成框圖

2.1手工焊電源

手工焊電源是手工焊接的電源和空載時(shí)給載波遙控器供電電源，利用手工焊電源空載輸出，同時(shí)利用手工焊電源兩端的輸出電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸[1]，電源內(nèi)部具有載波接收模塊、聯(lián)網(wǎng)接口等。具體原理如圖3所示。

圖2 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法的系統(tǒng)流程

圖3 手工焊電源原理框圖

2.2 載波遙控裝置

載波控制器人機(jī)交互界面如圖4所示，由5個(gè)按鍵、3個(gè)數(shù)碼管以及4個(gè)LED燈組成，其中5個(gè)按鍵的功能分別為電流選擇、通道選擇、增加、減小、發(fā)送，3個(gè)數(shù)碼管顯示可修改的焊接參數(shù)，4個(gè)LED燈分別顯示焊接、推力、通道、微調(diào)編，指示用戶選擇的項(xiàng)目。按鍵和LED等直接與單片機(jī)I/O口連接，而3個(gè)數(shù)碼管通過(guò)鎖存器74HC573N與單片的I/O口連接[2]。在預(yù)置焊接參數(shù)過(guò)程中，用戶首先將此裝置放在手工焊電源正負(fù)間，利用手工焊電源空載輸出供電后，界面上的數(shù)碼管被點(diǎn)亮，顯示默認(rèn)的通道C01，同時(shí)通道LED被點(diǎn)亮，按發(fā)送鍵進(jìn)行發(fā)送，手工焊電源接收到通道號(hào)，此時(shí)按通道選擇鍵，微調(diào)LED被點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示該通道的電流管控范圍內(nèi)電流值，可通過(guò)增加和減少鍵在管控范圍內(nèi)調(diào)整電流的大小，選擇合適的電流值后按發(fā)送鍵進(jìn)行發(fā)送，手工焊電源接收到焊接電流值，通道C01的數(shù)據(jù)發(fā)送完成。其他通道發(fā)送以此類推。如果要更改通道電流管控范圍，生產(chǎn)工藝管理員可通過(guò)密碼進(jìn)入通道電流管控范圍設(shè)置，提高設(shè)備使用的靈活率，具體操作在此不進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

按鍵、LED、與數(shù)碼管顯示部分原理如圖5所示。

2.3 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置、服務(wù)器及上位機(jī)

聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置是手工焊電源和上位機(jī)之間通信的橋梁，聯(lián)網(wǎng)框圖如圖6所示。

圖4 載波控制器人機(jī)界面

圖5 按鍵、LED、與數(shù)碼管顯示部分原理

圖6 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控框圖

該裝置與手工焊電源的控制P板CPU進(jìn)行串口通訊，通過(guò)無(wú)線WIFI或有線以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[3]，手工焊電源將通道號(hào)、焊接電流、焊接電壓、報(bào)警代碼等大量信息數(shù)據(jù)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)由工藝管理員進(jìn)行管理并下傳允許焊接的通道號(hào)和焊接電流范圍，此裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控手工焊電源相關(guān)信息數(shù)據(jù)[4]，如果焊工使用的通道、焊接電流范圍與生產(chǎn)工藝管理員的規(guī)范不符合，手工焊電源進(jìn)行超規(guī)范報(bào)警，不允許焊接；如果通道號(hào)和焊接電流范圍與生產(chǎn)工藝管理員的規(guī)范相符合，但實(shí)際焊接電流不在規(guī)定范圍內(nèi)，手工焊電源也進(jìn)行焊機(jī)故障報(bào)警，不允許焊接。

生產(chǎn)工藝管理員可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)一般是PC，即上位機(jī)，可以生成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)表，方便管理人員查看。同時(shí)監(jiān)控焊工是否在規(guī)范內(nèi)使用焊機(jī)及發(fā)現(xiàn)焊機(jī)故障等。

3 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法應(yīng)用

手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法應(yīng)用分為焊工、載波遙控器裝置、手工焊電源裝置、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置、上位機(jī)、生產(chǎn)工藝管理員6個(gè)部分，流程見(jiàn)圖7。

圖7 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法應(yīng)用流程

手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法應(yīng)用方便。假如焊工距離手工焊電源裝置100 m以外，焊工在焊接工件前可通過(guò)載波遙控器裝置設(shè)置手工焊電源裝置，而無(wú)需到手工焊電源位置。焊工選擇通道號(hào)C01和通道范圍（70～90 A）的焊接電流值80 A通過(guò)載波遙控器裝置發(fā)送至手工焊電源裝置上，手工焊電源裝置接收到通道號(hào)和焊接電流值后通過(guò)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置上傳至上位機(jī)[5]，上位機(jī)根據(jù)接收到的信息數(shù)據(jù)（通道C01、焊接電流80 A）與生產(chǎn)工藝管理員給出的通道和電流范圍權(quán)限進(jìn)行匹配，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控裝置下傳允許焊接指令，手工焊電源裝置可以正常焊接，反之，焊機(jī)超規(guī)范報(bào)警。

生產(chǎn)工藝管理員不但有上位機(jī)的通道和焊接電流范圍的設(shè)置權(quán)限，同時(shí)也有載波遙控器裝置內(nèi)通道對(duì)應(yīng)的焊接電流范圍的設(shè)置權(quán)限，要求生產(chǎn)工藝管理員在變更通道及通道對(duì)應(yīng)的焊接電流范圍時(shí)，上位機(jī)和載波遙控器裝置的數(shù)據(jù)信息應(yīng)同步，以防止混亂或誤報(bào)警等情況。

4 手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 電流采集及超規(guī)范報(bào)警算法設(shè)計(jì)

手工焊起弧時(shí)引弧電流和焊接過(guò)程中的推力電流都遠(yuǎn)大于焊接電流，波形示意如圖8所示。為防止系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)警，針對(duì)弧焊過(guò)程開發(fā)了一套防止誤報(bào)警的算法，保證使用的靈活性和精確性。

電流采集時(shí)，由于引弧電流遠(yuǎn)大于焊接電流，故濾掉引弧階段，不進(jìn)行采集。不同的用戶使用習(xí)慣不同，引弧時(shí)間也不同，延時(shí)時(shí)間T1在上位機(jī)可在0.1～3 s自行調(diào)整；每1 ms采集一個(gè)電流值，共采集100個(gè)值做平均，與規(guī)范值S（規(guī)范值S在上位機(jī)可變參數(shù)）進(jìn)行比較，如果超規(guī)范焊接時(shí)間超過(guò)T2（報(bào)警延時(shí)時(shí)間T2為0.1～25 s），不允許繼續(xù)焊接，焊機(jī)報(bào)警，反之則計(jì)數(shù)器清零，重新累計(jì)，允許繼續(xù)焊接。電流采集流程如界面如圖10所示。

圖8 焊接總過(guò)程波形示意

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)際工程使用過(guò)程中必須保證此方法的穩(wěn)定性，而載波通信為該方法最重要的組成部分。為了保證發(fā)送的通道數(shù)和電流值的準(zhǔn)確性，載波遙控器裝置每次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)連續(xù)發(fā)送3次，MCU對(duì)3次數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)后在算法誤差允許范圍內(nèi)輸出執(zhí)行指令。如載波遙控器裝置發(fā)送通道號(hào)C01和電流80A后，具體發(fā)送數(shù)據(jù)波形見(jiàn)圖11。上位機(jī)采集界面見(jiàn)圖12。通過(guò)實(shí)際操作，可以直觀地反映數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及穩(wěn)定性，并驗(yàn)證該方法的可行性。

5 結(jié)論

（1）手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法可以滿足用戶在焊機(jī)使用過(guò)程中的全程管控，保證工件的焊接質(zhì)量，降低產(chǎn)品不合格率，為用戶創(chuàng)造利潤(rùn)。同時(shí)方便焊工遠(yuǎn)距離操作使用，提高工作效率。

（2）手工焊載波遙控式聯(lián)網(wǎng)管控方法在某船廠已投入使用，反饋良好，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。

圖9 焊接總過(guò)程焊接電流采集流程

圖10 上位機(jī)參數(shù)設(shè)置界面

圖11 焊機(jī)接收到的通道、電流值數(shù)據(jù)波形

圖12 上位機(jī)通道、電流值采集界面

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