焊接过程数据监测与管理的应用研究

乔富强

(天津中德应用技术大学，天津，300350)

焊接过程数据监测与管理的应用研究

乔富强

(天津中德应用技术大学，天津，300350)

针对焊接现场环境复杂，数据采集不统一的问题，提出了搭建无线网络ZigBee，利用OPC技术进行数据采集。为了隔绝企业办公网对焊接现场的影响，提出了使用安全隔离网闸，并采用UDP协议将焊接数据传输到企业办公网。

数据采集；ZigBe；OPC技术；UDP协议

0 前言

在焊接生产过程中，焊接管理人员如何有效地取得焊接过程的数据是分析焊接质量的重要依据，由于不能亲临焊接生产现场，管理人员了解每台焊机的工作状态及设备运行状况等信息存在很大的困难。监测系统是保证产品质量稳定性和设备高效稳定运行的有效手段，能够提供生产进度、实时参数等信息。

1 焊接监测网络传输

要实现对焊接设备的全面生产管理，就必须对设备工作过程进行监测，通过连接不同的传感器，能够采集不同焊接过程参数并现场分析与存储，根据用户设定好的参数对出现问题的焊接进行及时报警，为了进行数据采集及传输，必须对焊接现场进行实地考察，确定数据采集系统的安装位置和方式及网络传输模式的选型。

1.1 IEEE 802.11系列无线局域网技术

无线局域网简称WLAN，是利用射频技术方式构建网络以取代有线局域网采用双绞铜线的方式，其配置与维护相比于有线局域网更加容易，并拥有和有线局域网一样的传输速度。

Wi-Fi是WLAN的重要组成部分，Wi-Fi是一种可以将设备终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号。Wi-Fi在基于IEEE 802.11标准下，极大地改善了无线网路产品相互之间的互通性。

IEEE 802.11n在功耗和管理方面进行了重大创新，不仅能够延长Wi-Fi的电池寿命，还可以嵌入到其它设备中，如医疗监控设备，楼宇控制系统，实时定位跟踪标签和消费电子产品，可以不断地监测和收集数据。

1.2 ZigBee技术

ZigBee是一种无线网络协议，它使用低速进行短距离的传输[2]。基于 IEEE 802.15.4 标准，最底层是物理层和媒体访问层。ZigBee可由数万个无线数传模块搭建成一个无线网络平台，数传模块相当于一个移动的网络基站，它的通讯距离可从75m到数公里，这能满足用户所期待的无线数据的传输。ZigBee具有灵活多变的网络拓扑，能大量的连接焊接设备的网络节点。

相对于其它无线通信协议如wifi，ZigBee通信协议较为简单，设备的安装与调试不需要精通无线通信协议的专业人员。ZigBee协议定位于低成本，所以建立无线网络成本较低，且其能耗低，维护成本相对较低。ZigBee网络能满足焊接现场的数据传输。

2 焊接监测数据采集与监控

焊接监测数据采集可由基于单片机的焊接过程数据采集卡釆集各类传感器信号，如电压、电流、送丝速度、气体流量等，经数据作处理后传送至监控机。从焊接现场到监控机，将釆用ZigBee网络来实现数据传输。为了使监控机能够顺利读取来自现场的数据，我们将使用OPC技术。

OPC技术能将各个硬件设备的驱动程序和通信程序封装在OPC服务器上，上层应用软件可以不关心硬件的性能特点，而通过标准的OPC接口访问OPC服务器。它能够直接与现场的PLC，数据采集设备连接，快速有效地获取现场实时数据。监控程序可通过OPC获得现场实时数据。

OPC以OLE／COM／DCOM技术为基础，采用Client／Server模式。OPC Server服务器提供了许多标准接口，Client客户端通过这些接口，可以获取与 OPC Server 相连的硬件装置的信息，而无须了解这些硬件设备的细节信息。也就是说，程序员可以通过统一的接口程序代码，操作不同的硬件设备。

OPC Server服务器由三部分构成：服务器、组、项。服务器对象封装了服务器对象的相关属性和方法，并作为容器来存放组对象。组对象装了组对象的相关属性和方法，并作为容器来存放项对象，组织和管理项 。OPC项表示监测的节点，所有的项的访问要通过组来实现，数据项是读写数据的最小逻辑单位。简单的讲，在一个组对象中，可以加入多个 OPC数据项。

OPCDA标准规定了两种通讯的方式：同步通信和异步通信。同步通信适用于传输的数据量较小的监控，异步通信适用于传输的数据量较大的监控，能防止数据请求时的阻塞，并能节省CPU资源和网络资源，焊接数据采集应使用异步通讯。OPC的异步通讯有四种方式：数据订阅、异步读、异步写、异步刷新。

3 焊接数据查询与统计

企业内的相关部门人员不在焊接现场时，需要通过企业办公网查看如焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接时间等实时画面和历史报表等。为了实现这些功能，需要将数据传输到企业OA数据库中，通过OA系统，管理者可以在企业办公室，及时全面地了解整个焊接车间的生产情况，这将大大提高管理者的工作效率和管理水平，也节约了管理成本。

为了保证焊接现场的安全，焊接现场作为工业级网络必须要与企业办公内网进行隔绝。因此，在企业的焊接现场专网与企业办公内网之间要设置安全隔离网闸，用来隔绝企业办公网对焊接现场的影响。

由于采用安全隔离网闸设备进行单向传输，现场数据向企业办公网传输数据时要采用UDP协议。UDP协议即用户数据报协议，是一种面向双方的无连接协议。处于在OSI模型中的传输层，是IP协议的上面一层。UDP协议的是将网络数据流量以数据包的形式进行发送。每一个数据包用前8个字节来表示报头信息，剩余字节封装需要传输的数据。焊接现场监控机负责将UDP数据包通过源端口进行发送，而企业办公网中负责接收数据的服务器中的服务程序通过目标端口来进行数据的接收，并负责将数据存储到企业OA数据库中。

为了进行焊接数据的查询与管理，企业应采用B/S架构进行项目开发，B/S架构采用动态网页技术，加入信息系统的开发理念，能完全适应网络办公需求，也是现代信息系统的首选技术。

利用不断成熟的Web浏览器技术，开发工具可有多种选择：JSP+J2EE，ASP+IIS，ASP. NET+ Framework，PHP+Apache等。B/S最大的优点就是不需用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零安装、零维护，系统的扩展非常容易。

[1]邱宝，郝小江.焊接系统中无线监控的设计与实现[J].电焊机,2012,10(10):35-37.

[2] 朱俊杰，杨成本等.基于ZigBee技术的焊接电源群组化监测系统设计[J].电焊机,2011 1(1):24-27.

Research on Application of data monitoring and management in welding process

Qiao Fuqiang
（Tianjin Sino-German University of Applied Sciences,Tianjin,300350）

Aiming at the problem of the complex environment and the problem of data collection, the paper puts forward a wireless network ZigBee, and uses OPC technology to collect data. In order to isolate the effects of site welding enterprise office network, proposed the use of gap, and uses the UDP protocol to transmit data to the welding enterprise office network.

data acquisition; ZigBe; OPC technology; UDP protocol

天津市高等学校科技发展基金计划项目（20120822）