船厂焊机管理监控系统应用

朱安庆， 马诗龙

(1.江苏科技大学 船舶与海洋工程学院， 江苏 镇江 212003； 2.江苏现代造船技术有限公司， 江苏 镇江 212003)

0 引 言

在船舶建造流程中，从钢材零部件的加工到总段装配，焊接工时一般占据船体建造工程总工时的30%～40%[1]，焊接质量直接影响船体质量。工件焊接质量问题的影响因素往往是焊工在作业过程中使用的焊接参数与要求的焊接参数不一致，导致工件变形过大或其他焊接质量不合格问题，可能需要工人花费大量时间对工件进行变形校正[2]，严重的情况需要重新选择材料进行加工，不仅浪费船厂大量的人力物力，而且增加船舶建造成本，延长建造周期。船厂焊工是一种自由度较高的职业，管理人员希望焊工在作业时间更具有组织性，更能保证焊工作业时的安全。本焊机管理监控系统运用非接触式刷卡技术，将采集的焊机焊接数据与对应的焊工绑定，可分析焊工的工作时间，从而更有效地管理作业人员和作业过程。焊机在船厂焊接车间属于数量最多的用电设备，所以在非焊接时间待机的焊机不仅会产生电能的浪费，而且存在一定的安全隐患。本监控系统通过分析设备的工作状态，提醒工人在下班时间关闭焊机，增强安全意识。基于船厂以上需求，研究船厂焊机管理监控系统解决上述问题是非常必要的。

焊接数据采集技术已经是非常成熟的技术，可以采用具有较高准确性和合适的精度的分流器、霍尔传感器[3]采集焊接数据，满足焊机作业数据采集允许的误差范围。应用较好的控件和易开发的计算机语言，设计焊机管理监控系统，实现远程焊机、焊工作业查询以及焊机、焊工工作时间分布查询等功能。

本文提出的焊机管理监控系统通过实时采集焊接参数、焊工信息、焊机状态等信息，应用Wi-Fi技术[4]，实现数据传输，现场搭建简单，减少现场总线复杂的布线工作，使用便捷。本系统在船厂的初步应用情况表明其对焊机作业的智能管理具有一定的推动作用，具有较大的推广价值。

1 焊机管理系统构成

焊机管理监控系统主要包括焊机数据采集器、无线接入点(Access Point, AP)基站和上位机软件。焊机上安装1台焊机数据采集器，主要实现焊接数据、焊工信息的采集和显示，同时根据需要覆盖信号的范围选择合适的点位布置无线AP，实现数据采集器与上位机的连接。焊机数据采集器的功能是精准地采集焊接数据，通过设置数据采样变比，可以将采集的模拟信号准确地换算成实际的焊接数据，同时可以实时显示焊接数据和网络连接地址设置。在采集焊接数据的过程中，采集器可以对数据通过自动异或校验和的方式[5]，检验采集数据是否准确，对于无效的数据采取抛弃操作，从而保证采集数据的有效性，最后通过Wi-Fi通信模块传输至无线AP。

无线AP的安装须考虑船厂分段车间的结构特点和自身的信号覆盖半径，安装高度一般在12 m左右，防止大分段的遮挡切断焊机数据采集器与无线AP的网络连接。为保证无线AP信号覆盖范围内的焊机数据采集器可以顺利地连接，须通过Web网页设置AP的SSID、密码和静态IP，考虑到无线AP与采集器在同一网络，无线AP和采集器IP地址的网络地址部分需要一致。

所有采集的有效数据都会被及时地传输至终端，为使处于不同网段的无线AP将数据发送至同一个终端，本系统采用3层交换机，在不同无线AP之间实现路由，并与终端构成一个完整的网络结构。上位机监控软件包括2个部分：数据采集程序和UI界面。数据采集程序运用线程池，减少程序运行的等待时间，保证焊接数据实时、准确地处理；UI界面主要呈现焊接实时数据和工人工作时间分布等信息。

2 焊机管理监控系统功能

船厂焊机管理监控系统的主要功能包括：焊接数据的实时显示、焊机工作时间分布、焊工工作时间分布、焊机状态分析和焊机故障分析等。监控系统在实现这些功能前需向系统录入焊机、焊工相关信息和焊接参数信息，从而将焊接数据与焊接工人绑定实现对焊机、焊工和焊接作业过程的有效监控。

将焊工信息录入对应的施工班组，焊工在使用焊机前可刷焊工卡将自己的信息录入数据采集器，达到匹配的目的，如图1所示。

图1 焊工信息录入界面

焊机作为本系统监控的对象，在使用监控系统前必须录入监控焊机的详细信息，如图2所示。在UI界面的焊机信息录入界面中，将焊机编码、IP地址和所在车间区域等信息编辑完整，从而实现对焊机的有效监控。

图2 焊机信息录入界面

在焊接作业中，针对不同的焊接工件须使用对应的焊接参数，在监控系统中需提前录入对应的焊接类型和正确的焊接参数。如图3所示，设置横焊、平焊、立焊和仰焊时的焊机电流和电压值以及焊接过程中会出现的电流和电压上下限，实现对焊接作业的有效监控。

图3 焊机参数设置

3 焊机管理监控系统应用

焊机管理监控系统在完成焊机数据采集和无线AP设置后，可应用于船厂焊接车间。以江苏新时代造船有限公司分段车间为例，展示系统在焊接数据实时显示、焊机工作时间分布、焊工工作时间分布和焊机故障分析等方面的应用情况。图4为编号G3-004的焊机收弧过程的焊接数据实时显示，包括焊机时间与焊接参数动态曲线图。

图4 焊接数据实时显示

在本焊机监控系统UI界面中，用户可快速查询焊工在一天内的工作时间分布。图5所示为编号为01000001的焊工在当前查询日期内上午的工作时间分布。

图5 焊工工作时间分布

本焊机管理监控系统可查询焊机工作历史状态与工作时间分布。在焊机监控软件系统中将焊机状态分为4种：工作、空载、关机和故障，如图6所示，同时显示编号为G3-COO001的焊机在当前查询日期上午的工作时间分布，有利于用户了解不同工位焊机的利用率。

图6 焊机工作时间分布

当焊机发生故障时，工人在焊接现场可通过触发监控装置故障按钮上传焊机故障信息，焊机故障信息将记录在故障分析界面，方便用户查看。维保部门开展维保工作并记录故障原因，建立维保数据库，进行故障和维保分析。焊机故障分析如图7所示。

图7 焊机故障分析

4 结 论

通过分析当前船厂对焊机管理监控需求的情况，提出应用Wi-Fi为传输技术并使用易开发的计算机语言设计焊接作业管理功能模块，实现焊机管理的相关功能。实地测试结果表明：焊机管理监控系统可以实现焊接数据变化的实时显示，焊接历史数据查询，焊机、焊工的工作时间分布查询，有利于船厂人员了解焊机的使用情况以及焊工焊接时间和非焊接时间分布；焊机故障分析有助于船厂及时修复焊机，保障船厂焊机设备的完好。