基于NB—IoT的電焊機(jī)集群監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

金約瑟 梁偉 張哲

摘要：焊接產(chǎn)業(yè)是傳統(tǒng)工業(yè)的一種，為提高焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接的生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)計(jì)了一套基于NB-IoT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電焊機(jī)集群監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32為主控制器，采用像電壓、電流傳感器等監(jiān)控設(shè)備來(lái)對(duì)焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；以NB-IoT無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為通信手段，實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)的上傳及焊接指令的接收；個(gè)人終端通過(guò)Internet與數(shù)據(jù)庫(kù)相連實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高，能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，滿足焊接生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)用要求，為未來(lái)焊接智能化打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線通信；焊接數(shù)據(jù)采集；窄帶物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）09-0238-04

Abstract： Welding is a part of traditional industries. In order to improve the quality of products and realize the real-time and remote monitoring of welding process， a clustered and remote welding monitoring system based on narrowband Internet of Things（NB-IoT） communication technology was designed. The system uses STM32 Mico-chips as the Master controller， takes sensing devices such as voltage and current sensors to collect welding data； Applying wireless communication technology NB-IoT as the bridge of data transmission， which accomplishes the tasks of uploading welding data and receiving work instructions. Personal terminals access to the database through the Internet and achieve the goal of remote monitoring. The test results show that the system is stable and reliable. It can carry out the work of remote monitoring accurately and promptly. It also can meet the application requirements of welding environment and lay a foundation for the future welding industry.

Key words： IoT； wireless communication； Welding data acquisition； NB-IoT

隨著“工業(yè)4.0”的戰(zhàn)略計(jì)劃的提出，作為工業(yè)4.0三大主題之一的“智能生產(chǎn)”被認(rèn)為是現(xiàn)代工業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)，獲得了廣泛的關(guān)注。越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、先進(jìn)的感知技術(shù)[1]。工業(yè)生產(chǎn)的這一系列的革新帶來(lái)的結(jié)果是，生產(chǎn)的過(guò)程更智能化、人性化，生產(chǎn)的管理更有序、便捷。

電焊作為傳統(tǒng)工業(yè)的一種，同樣也應(yīng)參與到其中。傳統(tǒng)的焊接產(chǎn)業(yè)，車間環(huán)境往往十分惡劣。例如，由于焊接的原理多是利用高溫、高壓等技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬之間的連接、重鑄，這就導(dǎo)致焊接的過(guò)程多伴有有毒有害氣體、光輻射、廢塵、噪聲等污染[2]。這些都將會(huì)給焊接設(shè)備操作人員身體帶來(lái)巨大的危害。此外，技術(shù)人員無(wú)法實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)不斷監(jiān)控焊接過(guò)程，這就給焊接生產(chǎn)的效率、質(zhì)量和安全打了折扣。

傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)中的這一系列的問題，使得對(duì)研究生產(chǎn)一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理焊接過(guò)程的設(shè)備的需求變得十分迫切。

1 焊接監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

針對(duì)傳統(tǒng)焊接產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)管理存在的一些問題，國(guó)內(nèi)外各大設(shè)備生產(chǎn)廠商、機(jī)構(gòu)和院校紛紛投入到焊接監(jiān)控系統(tǒng)的研究工作當(dāng)中，并取得許多的研究成果。這些研究所得到的焊接監(jiān)控系統(tǒng)基本都采用的是三層架構(gòu)，感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。按照網(wǎng)絡(luò)層中所采用的通信方式的不同，大致可將其為如下兩類，基于有線通信技術(shù)和基于無(wú)線通信技術(shù)的焊接系統(tǒng)。

1.1 基于有線通信

有線通信技術(shù)常見的有總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，其代表有CAN、RS485、RS232、Profibus、LonWork、ProfiNet等[3]。

例如美國(guó)MIYACHI UNITEK公司生產(chǎn)的MG3焊接監(jiān)控設(shè)備。此設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄焊接過(guò)程中電壓、電流等信息，并通過(guò)RS-232串口通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里面去。另外使用者可以根據(jù)焊接過(guò)程的需要，可選擇自行編寫程序或使用設(shè)備內(nèi)置的程序去實(shí)現(xiàn)。比如：使用者可以為焊接的電壓、電流設(shè)置閾值，當(dāng)采集到非法值的時(shí)候，啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制，切斷電源[4][5][6]。

德國(guó)HKS公司生產(chǎn)的焊接監(jiān)控儀能過(guò)對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，對(duì)焊接過(guò)程中的信息數(shù)據(jù)（如電壓、電流、焊接時(shí)間、焊接日期等）進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、分析，并利用Console口與服務(wù)器相連，將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，供PC段訪問。

轉(zhuǎn)看國(guó)內(nèi)，在2010年，西安石油大學(xué)的趙志峰提出了采用基于ProfiBus總線為通信基礎(chǔ)的等離子焊接監(jiān)控系統(tǒng)；在2015年，湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院的劉小兵設(shè)計(jì)了，基于CAN總線的焊接車間的環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

然而基于有線通信技術(shù)的焊接設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著自身的局限性。首先，此類設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與訪問；其次，每一臺(tái)設(shè)備都是一個(gè)孤立系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)群體化管理?，F(xiàn)如今，企業(yè)往往在全國(guó)各地都有分部，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集群化、實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的系統(tǒng)無(wú)法被采用；此外，這類設(shè)備大多是集成設(shè)備，體積較大、靈活性差、無(wú)法嵌入到焊接設(shè)備上，同時(shí)還需要布置線纜，會(huì)給車間的管理造成一定的影響[7][8]。

1.2 基于無(wú)線通信

相對(duì)于有線通信技術(shù)，基于無(wú)線通信技術(shù)的焊接監(jiān)控系統(tǒng)就具有很大的優(yōu)勢(shì)，其靈活性高、擴(kuò)展性好、不需要復(fù)雜的布線，在很大程度上彌補(bǔ)了無(wú)線通信技術(shù)的不足。無(wú)線通信技術(shù)的代表有ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、6LoWPAN等小范圍通信和GSM、3G、4G等大范圍通信[9]。

上海船舶工藝研究所的周國(guó)海、李高進(jìn)、徐建中在2013年設(shè)計(jì)了基于Wi-Fi的直流焊機(jī)電能無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。每一臺(tái)電焊機(jī)配備一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，這些裝置通過(guò)Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至總控室的云服務(wù)器中。這樣，這些數(shù)據(jù)不僅可以在總控室上位機(jī)中得到訪問和處理，而且也可以通過(guò)智能手機(jī)等無(wú)線終端載體，對(duì)所監(jiān)測(cè)的車間工作電焊機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[10][11]。

這種系統(tǒng)同時(shí)也存在有一定的缺陷。Wi-Fi的覆蓋范圍室內(nèi)100m左右，室外200m左右，無(wú)法滿足像船舶、汽車、航天工業(yè)等較大生產(chǎn)車間的焊接監(jiān)控，需要布置多個(gè)Wi-Fi接收節(jié)點(diǎn)，給組網(wǎng)造成了不便；此外，Wi-Fi傳輸?shù)陌踩暂^低，焊接數(shù)據(jù)的安全性無(wú)法得到保障。

南京理工大學(xué)的李賓設(shè)計(jì)了基于Bluetooth的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)。在感知端利用藍(lán)牙4.0無(wú)線通信模塊來(lái)進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的傳輸，以TMS320F28033DSP芯片為核心的數(shù)字化控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的監(jiān)控和管理。這種系統(tǒng)具有功耗小、成本低、傳輸距離較遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)。然而藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)同樣存在著一些不足[12]。當(dāng)信號(hào)收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，則其信號(hào)受限；藍(lán)牙連接的信號(hào)穩(wěn)定性較差，然而在焊接監(jiān)控中需要能做到焊接數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的傳輸，信號(hào)穩(wěn)定性差則不能滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳輸；藍(lán)牙通信容易受到干擾，藍(lán)牙工作的頻段為ISM，ISM是一個(gè)開放的頻段，容易受到工業(yè)、科研、醫(yī)療設(shè)備的干擾。

上海交通大學(xué)的朱俊杰、哈爾濱理工大學(xué)的李會(huì)樂、海南大學(xué)的張文清等人設(shè)計(jì)了基于ZigBee的焊接監(jiān)控系統(tǒng)。其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是采用電壓、電流、壓力等傳感器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的焊接電流、電極壓力等數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焊接的過(guò)程的監(jiān)測(cè)[13]。該系統(tǒng)能適應(yīng)車間的惡劣環(huán)境，解決了傳統(tǒng)的以RS485串口、CAN總線的電纜布設(shè)的問題，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)不易受干擾[14][15]。

但是ZigBee無(wú)線通信技術(shù)有其自身的缺陷。ZigBee因?yàn)槭堑凸牡耐ㄐ欧绞?，所以基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸速率十分的低、且覆蓋范圍只有30-70m。除此之外，基于ZigBee的焊接網(wǎng)絡(luò)如果要與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，需要額外加入?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。

1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容

本文主要針對(duì)現(xiàn)有成果存在的一些問題，設(shè)計(jì)了一種基于NB-IoT的電焊機(jī)集群監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接生產(chǎn)的遠(yuǎn)程集群化管理。根據(jù)焊接工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，以及生產(chǎn)管理的需要，規(guī)劃整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)：信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層，界定各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次的功能和技術(shù)選；根據(jù)生產(chǎn)的需求，在生產(chǎn)設(shè)備上布置相應(yīng)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)電路的搭建、調(diào)試，完成NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的組建；采用c++、HTML和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)電焊機(jī)集群監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件系統(tǒng)，其主要功能包括，用戶的身份驗(yàn)證、焊接過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)的查看、存儲(chǔ)、管理。

2 焊接監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的需求及功能

現(xiàn)今的焊接生產(chǎn)向著智能化方向發(fā)展，焊接物聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信技術(shù)的要求越來(lái)越高，這就使得所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要滿足許多需求。理論上講，監(jiān)控系統(tǒng)需要做到焊接車間的任何地方都能被監(jiān)測(cè)，這就需要有高覆蓋率；其次，生產(chǎn)設(shè)備隨著企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要監(jiān)控系統(tǒng)能容納大量的節(jié)點(diǎn)；再者，焊接生產(chǎn)參數(shù)是生產(chǎn)評(píng)估的重要依據(jù)，需要有可靠的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸；此外，生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)乎企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸彩窍到y(tǒng)的需求之一。

本文所設(shè)計(jì)的焊接監(jiān)控系統(tǒng)，利用NB-IoT通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)許多工業(yè)生產(chǎn)所需的功能。首先，關(guān)于焊接數(shù)據(jù)的采集，能夠?qū)附舆^(guò)程中的電壓、電流都能生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的采集；其次，關(guān)于遠(yuǎn)程集群化管理，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器，能夠?qū)μ幱诓煌乩砦恢玫暮附由a(chǎn)車間進(jìn)行遠(yuǎn)程、集群化監(jiān)控管理；此外，關(guān)于傳輸數(shù)據(jù)，在焊接生產(chǎn)車間組建NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，焊接設(shè)備上嵌入NB-IoT模塊構(gòu)成NB-IoT節(jié)點(diǎn)，通過(guò)窄帶網(wǎng)將傳感器所采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸至上位機(jī)，以及個(gè)人終端，個(gè)人監(jiān)測(cè)終端也能將指令傳回焊接設(shè)備；最后，關(guān)于系統(tǒng)自我保護(hù)，當(dāng)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)超出安全閾值時(shí)，啟動(dòng)自我保護(hù)措施，如切斷電源，并觸發(fā)蜂鳴報(bào)警器。

2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的焊接監(jiān)控系統(tǒng)又由焊接數(shù)據(jù)采集模塊、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心三個(gè)部分組成，具體如圖1。

1、焊接數(shù)據(jù)采集模塊。由電壓、電流等相關(guān)傳感器及NB-IoT無(wú)線通信模塊組成，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號(hào)的形式，通過(guò)NB-IoT無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上位機(jī)。焊接數(shù)據(jù)采集模塊和主控制器組建成NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。

2、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器?，F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器的功能主要有以下幾個(gè)方面，首先其可接收來(lái)自焊接監(jiān)測(cè)設(shè)備傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)信息進(jìn)行保存和顯示；其次它可對(duì)NB-IoT無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理；最后其扮演了網(wǎng)關(guān)的角色，實(shí)現(xiàn)焊接設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心之間的通信。

3、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心包括個(gè)人移動(dòng)終端和PC端。主要是對(duì)所采集到的焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，實(shí)時(shí)掌握焊接的工作狀態(tài)。同時(shí)也可以將操作指令傳回至焊接設(shè)備。

3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

3.1 焊接數(shù)據(jù)采集模塊

在電焊機(jī)上所裝配的焊接數(shù)據(jù)采集設(shè)備由多種模塊集成。其中包含有電源、各種傳感器、NB-IoT無(wú)線通信模塊和微處理器。焊接數(shù)據(jù)采集模塊的具體結(jié)構(gòu)如圖2。

在圖2中，電壓、電流、溫度等傳感器采集到的焊接數(shù)據(jù)為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。DSP處理對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、變換等一系列操作。所有的數(shù)據(jù)（合法、非法數(shù)據(jù)）經(jīng)由NB-IoT無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳至現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)。此外，從遠(yuǎn)程控制中心發(fā)來(lái)的指令也可以逆向由NB-IoT無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳至焊接設(shè)備。

3.2 下位機(jī)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)主要由微處理器、LCD顯示屏、NB-IoT無(wú)線通信模塊、蜂鳴報(bào)警器、電源適配器和網(wǎng)絡(luò)接口。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖中可以看出，從焊接數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)；DSP處理對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、變換等一系列操作；處理后的數(shù)據(jù)與安全閾值進(jìn)行比對(duì)，若數(shù)據(jù)超出安全范圍則觸發(fā)蜂鳴報(bào)警器；所有的數(shù)據(jù)信息均在LCD顯示屏上顯示供現(xiàn)場(chǎng)管理人員查看；同時(shí)所有的數(shù)據(jù)（合法、非法）經(jīng)過(guò)NB-IoT無(wú)線通信模塊傳至總控制中心。從遠(yuǎn)程控制端所發(fā)送的指令也通過(guò)NB-IoT無(wú)線通信模塊，經(jīng)DSP處理器，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換傳至焊接設(shè)備。

3.3 總控制中心結(jié)構(gòu)

總控制中心由PC機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、NB-IoT通信模塊、Internet接口組成。具體結(jié)構(gòu)如圖4。

從圖中可以看到，NB-IoT通信模塊接收從下位機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)保存在總控制中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器上。數(shù)據(jù)服務(wù)器由一臺(tái)PC機(jī)進(jìn)行管理，用于對(duì)數(shù)據(jù)的篩選、存儲(chǔ)和調(diào)取工作，同時(shí)供遠(yuǎn)程監(jiān)控端可以遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)查看焊接數(shù)據(jù)；從遠(yuǎn)程監(jiān)控端所接收的指令也通過(guò)NB-IoT無(wú)線通信模塊傳輸至下位機(jī)。

3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控端

遠(yuǎn)程監(jiān)控端分為PC監(jiān)控端和個(gè)人移動(dòng)終端。前者是由互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及相應(yīng)指令的傳達(dá)，后者則是通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4 焊接監(jiān)控的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 焊接數(shù)據(jù)采集端身份認(rèn)證

焊接工人操作焊接監(jiān)控設(shè)備，需要先進(jìn)行身份認(rèn)證。每個(gè)焊接工人有特定的工號(hào)及對(duì)應(yīng)的密碼，身份認(rèn)證成功后即可操作焊接設(shè)備，查看相應(yīng)的焊接數(shù)據(jù)。身份認(rèn)證的程序流程圖如下。

從圖上可以看到，首先焊接工人需要輸入用戶名，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的身份信息進(jìn)行比對(duì)，若用戶名存在則進(jìn)行密碼驗(yàn)證，反之提示用戶不存在；用戶名認(rèn)證通過(guò)后進(jìn)行密碼認(rèn)證，若輸入的密碼同數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的密碼匹配則身份認(rèn)證成功并結(jié)束，若不匹配則提示用戶，并進(jìn)行新一輪的身份認(rèn)證。

4.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

身份認(rèn)證通過(guò)后，下位機(jī)設(shè)備初始化，NB-IoT模塊初始化，開始數(shù)據(jù)采集。具體流程如下圖。

從圖上可也看到，身份驗(yàn)證后，STM323單片機(jī)開始初始化，NB-IoT無(wú)線通信模塊初始化；NB-IoT模塊組網(wǎng)成功后，進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的收集，若有數(shù)據(jù)傳入，判斷是否到轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間，反之則重復(fù)數(shù)據(jù)問詢；若到轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，通過(guò)NB-IoT模塊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

4.3 上位機(jī)軟件系統(tǒng)

上位機(jī)軟件由用戶（UI）界面和數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分，其中UI界面又有各種不同的功能。用戶經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證后即可進(jìn)入用戶界面。用戶可以在用戶界面對(duì)焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列操作；數(shù)據(jù)操作可以細(xì)分為對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查。數(shù)據(jù)庫(kù)部分主要與前端UI界面相連接，提供數(shù)據(jù)支持。

4.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控端軟件系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控端軟件由Web頁(yè)面和云端數(shù)據(jù)庫(kù)組成。登錄設(shè)計(jì)的Web頁(yè)面，身份認(rèn)證通過(guò)后即可焊接車間的焊接數(shù)據(jù)；可自行選擇顯示指定焊接設(shè)備或所有焊接設(shè)備的數(shù)據(jù)信息；個(gè)人終端同時(shí)可以從Web頁(yè)面發(fā)送指令至焊接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)焊接的集群化、遠(yuǎn)程化操作。

5 測(cè)試分析

在完成整個(gè)系統(tǒng)的搭建工作，及各個(gè)模塊設(shè)備的配置后，進(jìn)行焊接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模擬測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，焊接監(jiān)控端可以準(zhǔn)確地接收來(lái)自焊接數(shù)據(jù)采集端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并能對(duì)焊接的過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的控制。

在操作界面，分別設(shè)有焊接電壓上下限、電流上下限的按鈕。管理人員可以根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)置相應(yīng)的安全閾值焊接數(shù)據(jù)顯示界面包含有焊接數(shù)據(jù)采集端所采集的電壓、電流數(shù)據(jù)；以及焊接工人的工號(hào)和設(shè)備號(hào)；除此之外還有最初設(shè)置的電壓、電流安全閾值，以供數(shù)據(jù)監(jiān)控端管理者的對(duì)比分析。

為保證所設(shè)計(jì)的焊接監(jiān)控系統(tǒng)的通信性能的可靠性，與上海騰焊智能科技有限公司的焊接車間進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試包括接系統(tǒng)身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)采集、安全閾值設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、指令傳輸?shù)?。測(cè)試結(jié)果顯示，NB-IoT通信節(jié)點(diǎn)在測(cè)試車間100m范圍下具有可靠的通信性能。同時(shí)，數(shù)據(jù)的上傳和指令的下發(fā)的時(shí)間小于1s，基本滿足設(shè)計(jì)的需要。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代焊接產(chǎn)業(yè)的需要，改善傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)的監(jiān)控難、管理難的問題，本文設(shè)計(jì)了一套焊接監(jiān)控系統(tǒng)。基于NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以STM32為核心的焊接生產(chǎn)集群監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)個(gè)人用戶終端如手機(jī)、PC來(lái)對(duì)焊接生產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。NB-IoT通信技術(shù)解決了傳統(tǒng)有線通信技術(shù)背景下車間的復(fù)雜布線與管理問題，同時(shí)其相較于ZigBee、WiFi、藍(lán)牙等技術(shù)有著更大的覆蓋范圍、和更多的節(jié)點(diǎn)接入量。系統(tǒng)智能控制終端界面簡(jiǎn)潔易操作，并能實(shí)現(xiàn)所需的功能。這套系統(tǒng)將為未來(lái)焊接生產(chǎn)智能化提供基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：梁書】