基于ZigBee 的農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

簡(jiǎn)鳳根

（江西新能源科技職業(yè)學(xué)院，江西 新余 338000）

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

1.1 設(shè)計(jì)需求分析

點(diǎn)焊是農(nóng)機(jī)機(jī)架生產(chǎn)的重要工藝之一。一臺(tái)常規(guī)的拖拉機(jī)機(jī)架焊點(diǎn)大約是2 000～4 000 個(gè)，一臺(tái)收割機(jī)機(jī)架的焊點(diǎn)約為3 000～5 000 個(gè)，其他功能多樣結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的農(nóng)機(jī)機(jī)架設(shè)備焊點(diǎn)更多。傳統(tǒng)焊接模式下，企業(yè)通常采用單個(gè)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)逐次完成待生產(chǎn)農(nóng)機(jī)機(jī)架的焊接，效率低下，且難以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的遠(yuǎn)程、可視化和精準(zhǔn)監(jiān)控?；赯igBee 技術(shù)構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、可視化、遠(yuǎn)程化和集群化生產(chǎn)監(jiān)控，有利于提升農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)的效率。

1.2 整體硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中核心運(yùn)算處理模塊為Q2530BE 開(kāi)發(fā)板，RT5350 網(wǎng)關(guān)模塊用于ZigBee 模塊與上位機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通訊，焊接參數(shù)采集模塊用于采集農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)中的電流、電極壓力和焊接頻率等信號(hào)，繼電器控制模塊用于控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的各個(gè)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)工作狀態(tài)，上位機(jī)用于收集和監(jiān)控整個(gè)點(diǎn)焊生產(chǎn)過(guò)程?；谏鲜鲇布到y(tǒng)，技術(shù)人員只需要登錄上位機(jī)即可在后臺(tái)查看和控制農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)的全過(guò)程。

2 系統(tǒng)硬件選型及組網(wǎng)模式

2.1 DN2-40X 型懸掛式點(diǎn)焊機(jī)

研究選用蘇州安嘉自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DN2-40X型一體式懸掛點(diǎn)焊機(jī)作為農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊工作系統(tǒng)的焊接設(shè)備。該設(shè)備的主要參數(shù)為：①采用單向380V/50Hz 交流供電；②額定容量為40 kVA，額定輸入電流為80 kA；③標(biāo)配喉伸為300 mm；④標(biāo)準(zhǔn)臂間距為205 mm；⑤最大焊接壓力為3.5 kN；⑥次級(jí)最大短路電流為17 kA；⑦單臺(tái)設(shè)備質(zhì)量85 kg。DN2-40X 型一體式懸掛點(diǎn)焊機(jī)具有焊接回路損耗低、整機(jī)點(diǎn)焊工作移動(dòng)便捷靈活等優(yōu)點(diǎn)，非常適合焊接農(nóng)機(jī)機(jī)架、汽車車身、大型貨柜等金屬機(jī)構(gòu)，符合點(diǎn)焊生產(chǎn)的工藝需求。

2.2 CC2530 開(kāi)發(fā)板

研究選用杭州丘捷科技有限公司研發(fā)的Q2530BE 開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板基于CC2530 內(nèi)核研發(fā)，板上集成了Q2530 RF 射頻接口、2M外部flash、串口通信接口、128×64 液晶顯示器插槽、Zstack 組件等部件。開(kāi)發(fā)板具有CC2530 所有的開(kāi)發(fā)應(yīng)用功能，能夠提供強(qiáng)大的ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組建和控制解決方案，并可在WIN7/10 系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，非常便捷，能夠滿足本系統(tǒng)農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和控制功能需求。

2.3 無(wú)線網(wǎng)關(guān)RT5350

本系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)的作用是建立CC2530 模塊與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信渠道，具體選用深圳必聯(lián)公司研發(fā)的RT5350 無(wú)線網(wǎng)關(guān)模塊。該模塊為集成電路板塊，核心部分為RT5350 芯片，外接SDRAM 存儲(chǔ)器、保護(hù)電路、工作指示電路、串口通訊等外圍電路。模塊電路連接設(shè)計(jì)為：將RT5350 的TXD 和RXD引腳與Q2530BE 開(kāi)發(fā)板上CC2530 的UART 端口P0.2 及P0.3連接起來(lái)，即可建立起兩者之間的通訊鏈路。此外，通過(guò)串口通訊電路可建立起RT5350 模塊與上位機(jī)之間的通訊鏈路。

2.4 焊接參數(shù)采集模塊

系統(tǒng)在進(jìn)行農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊工作時(shí)，需要實(shí)時(shí)采集焊接電電流、電極間壓力和焊接頻率三項(xiàng)參數(shù)，將采集的參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸給CC2530 運(yùn)算處理，并與預(yù)設(shè)程序進(jìn)行比較，判斷焊接工藝的質(zhì)量、精度和完成情況。具體來(lái)說(shuō)，選用BR-A1 羅氏線圈電流變送器采集焊接電流信號(hào)，選用MPX5700 壓阻式壓力傳感器采集電極間的壓力信號(hào)，選用TLP521 型光電耦合器聯(lián)合外圍電路采集焊接頻率信號(hào)。模塊電路連接設(shè)計(jì)為：將BR-A1 羅氏線圈電流變送器安裝在點(diǎn)焊機(jī)的二次回路中采集電流信號(hào)，并將MPX5700 壓阻式壓力傳感器接在CC2530 模塊的P1.3 引腳采集電極間壓力信號(hào)，TLP521 型光電耦合器聯(lián)合外圍電路采集完焊接頻率后，與CC2530 模塊的P1.4 引腳連接。實(shí)際工作中，焊接電流、電極間壓力和焊接頻率采集實(shí)際值與控制程序中的閾值進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，若出現(xiàn)高于或低于預(yù)設(shè)閾值的情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷電源發(fā)出報(bào)警提示信號(hào)，起到保護(hù)作用。

2.5 組網(wǎng)工作模式

圖2 為本系統(tǒng)的組網(wǎng)工作模式，系統(tǒng)組網(wǎng)體系主要包括現(xiàn)場(chǎng)采集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、ZigBee 處理網(wǎng)絡(luò)、RT5350 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)。其中，ZigBee 處理網(wǎng)絡(luò)可采用雙星拓?fù)涞男问綐?gòu)建，ZigBee 處理網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)之間可采用串口通訊組建有線網(wǎng)絡(luò)，也可以采用無(wú)線路由器組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。上述組網(wǎng)工作模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次清晰，對(duì)于提升網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞效率，優(yōu)化農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊監(jiān)控質(zhì)量十分有利。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包含4 個(gè)方面。首先，搭建下位機(jī)通信軟件平臺(tái)?；贠penWrt 軟件搭建無(wú)線網(wǎng)關(guān)RT5350 與CC2530 模塊之間的通信平臺(tái)。主要設(shè)計(jì)流程為：下載OpenWrt源碼配置環(huán)境- 設(shè)置OpenWrt 無(wú)線IP 信息- 配置網(wǎng)關(guān)與UART 之間通信連接- 啟動(dòng)網(wǎng)關(guān)工作。其次，建立ZigBee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)流程為：建立ZigBee 網(wǎng)絡(luò)并設(shè)計(jì)端口參數(shù)- 配置農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊參數(shù)- 接收和發(fā)送農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊數(shù)據(jù)信號(hào)。再次，建立人機(jī)觸摸控制監(jiān)控界面。應(yīng)用MCGS 組態(tài)軟件建立監(jiān)控界面，具體設(shè)計(jì)流程為：在MCGS 中新建“農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”項(xiàng)目- 新建“系統(tǒng)登錄界面”并設(shè)置權(quán)限參數(shù)- 新建“系統(tǒng)監(jiān)控用戶界面”- 在“工具箱”中選擇標(biāo)準(zhǔn)按鈕、指示燈、輸入框等控件搭建監(jiān)控畫面- 在“設(shè)備窗口”中建立起MCGS 與核心處理模塊之間的通訊連接。最后，編譯程序。按照啟動(dòng)系統(tǒng)- 初始化- 采集點(diǎn)焊數(shù)據(jù)- 傳輸點(diǎn)焊數(shù)據(jù)- 對(duì)比判斷生產(chǎn)狀態(tài)- 停止系統(tǒng)的思路編譯本系統(tǒng)監(jiān)控程序。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)機(jī)機(jī)架點(diǎn)焊的精度和效率直接關(guān)系到農(nóng)機(jī)生產(chǎn)的質(zhì)量，以ZigBee 為核心設(shè)計(jì)的點(diǎn)焊生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)高效傳輸、觸摸精準(zhǔn)控制等功能，對(duì)于提升點(diǎn)焊生產(chǎn)的質(zhì)量具有促進(jìn)作用。在后期設(shè)計(jì)研發(fā)中，仍需進(jìn)一步解決程序監(jiān)控硬件裝配和軟件程序的編譯調(diào)整問(wèn)題，以使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。