電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化系統(tǒng)

于永慶

（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春130000）

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

1 電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化系統(tǒng)總體方案

1.1 點(diǎn)焊涉及到的關(guān)鍵參數(shù)。電阻點(diǎn)焊是一個(gè)電、熱、力等多因素交互作用的復(fù)雜過(guò)程，點(diǎn)焊受實(shí)際電壓變化、工件質(zhì)量、電極磨損、焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力、電極間動(dòng)態(tài)電阻等多種干擾因素的影響，會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量的波動(dòng)。

1.2 功能簡(jiǎn)述。電阻點(diǎn)焊多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)時(shí)采集焊接電流、電極間電壓、動(dòng)態(tài)電極壓力等對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量影響大的相關(guān)參數(shù)，具有實(shí)時(shí)顯示點(diǎn)焊工藝參數(shù)及其動(dòng)態(tài)曲線、參數(shù)越線報(bào)警、存儲(chǔ)焊點(diǎn)生產(chǎn)相關(guān)信息，數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽和查詢功能，建立和實(shí)現(xiàn)電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。

1.2.1 硬件架構(gòu)。電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 軟件功能。電阻點(diǎn)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(shè)置、數(shù)據(jù)采集、有效值計(jì)算、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢和報(bào)警模塊等8 個(gè)功能模塊組成。其軟件框圖如圖2 所示，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的軟件框圖

電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的功能如下：（1）自動(dòng)獲取點(diǎn)焊數(shù)據(jù)，收集集焊接過(guò)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(shí)際焊接電流、焊接壓力圖。（3）記錄焊接點(diǎn)數(shù)。（4）可以設(shè)置用戶參數(shù)，報(bào)警界限數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件技術(shù)方案

2.1 電阻點(diǎn)焊電流采集方案。根據(jù)電阻焊接理論與實(shí)踐，對(duì)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)主電路的隔離測(cè)量。

2.2 電阻點(diǎn)焊電極壓力采集方案。電極壓力是重要的點(diǎn)焊工藝參數(shù)，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。

2.3 高精度數(shù)據(jù)采集方案。由于電阻點(diǎn)焊過(guò)程的瞬時(shí)性，要在很短的時(shí)間內(nèi)采集電流信號(hào)并保證電流信號(hào)的完整度和準(zhǔn)確性，增加了信號(hào)的采集難度。電阻點(diǎn)焊的時(shí)間一般是50Hz工頻交流電的10 個(gè)周波左右，也就是200ms 左右，為了使采樣波形盡可能接近實(shí)際焊接電流波形，使測(cè)量值能準(zhǔn)確反映實(shí)際值，要求每個(gè)周波盡可能采集多點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在1 個(gè)CYC 周波內(nèi)采集100 個(gè)點(diǎn)，則每個(gè)點(diǎn)的采樣時(shí)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(hào)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、分析、存儲(chǔ)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(chǎng)總線的數(shù)據(jù)采集智能模塊，流行的現(xiàn)場(chǎng)總線如RS-232、RS-485、CANBUS、PROFIBUS 等。這種數(shù)據(jù)采集方法易維護(hù)、布線簡(jiǎn)單、可靠性高，但是采樣速度低，不能滿足本項(xiàng)目的實(shí)時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集。將一個(gè)基于PXI、PCI 或USB的采集卡接到計(jì)算機(jī)上，將外部傳感器信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線接入高精度數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)定制的軟件就可以進(jìn)行采集。這種數(shù)據(jù)采集方法速度快，目前USB2.0能達(dá)到60M/S 的傳輸速度，USB3.0 理論上也能達(dá)到628MB/s 的傳輸速度。

2.4 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)方案。針對(duì)電阻點(diǎn)焊系統(tǒng)的工作環(huán)境，可以采用嵌入式無(wú)風(fēng)扇工業(yè)平板電腦作為數(shù)據(jù)采集控制主機(jī)。無(wú)風(fēng)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(jìn)而堅(jiān)固的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠承受沖擊、振動(dòng)、濕度和高低溫的極限環(huán)境。

相關(guān)的產(chǎn)品有：一款基于嵌入式X86 平臺(tái)開(kāi)發(fā)的高端人機(jī)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(yáng)J1900 工業(yè)級(jí)超低功耗2.0GHZ CPU，板載2GB 內(nèi)存,支持MSATA 固態(tài)硬盤，并可擴(kuò)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(gè)千兆以太網(wǎng)口、3 個(gè)USB2.0、1個(gè)USB3.0，4 個(gè)RS232/485 串口、VGA/HDMI 顯示、可選并口和音頻接口，方便用戶擴(kuò)展各種I/O設(shè)備。

支持面板嵌入式安裝、支架式安裝、壁掛式安裝，前面板達(dá)到NEMA IP65 防塵防水標(biāo)準(zhǔn)，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(jiǎn)單的組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的采集和控制系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)軟件技術(shù)方案

由于本系統(tǒng)的目標(biāo)是對(duì)點(diǎn)焊工件上的每個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、抗干擾、穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性好。系統(tǒng)軟件是電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的核心。

本系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)具有可視化的圖形平臺(tái)，創(chuàng)建圖形操作界面，來(lái)代替常規(guī)的面板操作界面。利用計(jì)總線傳輸數(shù)據(jù)到儲(chǔ)存單元或打印機(jī)。這樣既解決了傳輸數(shù)據(jù)的問(wèn)題又解決了焊接參數(shù)的存儲(chǔ)問(wèn)題，使本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄容量無(wú)限擴(kuò)大。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總流程圖

3.1 軟件流程。為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)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(gè)步驟：（1）開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)程序，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化工作。建立界面、映射、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhǔn)備。在操作界面上，按對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)，開(kāi)始監(jiān)測(cè)工作，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別點(diǎn)焊過(guò)程，電流、壓力等數(shù)據(jù)信息被采集。按壓“停止監(jiān)測(cè)”，系統(tǒng)從監(jiān)測(cè)狀態(tài)中退出?？梢栽趫?bào)警產(chǎn)生時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行消音處理。點(diǎn)擊“查詢”按鈕，查詢焊點(diǎn)的焊接過(guò)程中信息，完成點(diǎn)焊生產(chǎn)的信息化管理。

本系統(tǒng)的功能模塊是獨(dú)立組成。為提高可靠性、簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，程序設(shè)計(jì)采用模塊化，系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)也方便易行。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、設(shè)置參數(shù)、主程序、有效值計(jì)算、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警模塊8 個(gè)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(jì)算、壓力計(jì)算、測(cè)量電壓、計(jì)算時(shí)間等工作，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示和建立信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用。

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