基于无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统

阳明霞

摘 要：文章结合焊接设备监测技术发展与研究现状，针对有线传输方式在汽車悬挂式点焊质量监控系统中设计应用所存在的不足，提出一种基于无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统设计方案，并对其具体设计和应用实现进行研究，以供参考。

关键词：无线网络;汽车;悬挂式点焊机;点焊质量;监控系统

中图分类号：X942.3  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）03-68-03

前言

悬挂式点焊机在汽车焊装加工中具有较为广泛的应用，并且由于其性能稳定、操作使用较为灵活，且成本较低，十分受欢迎。但是，由于采用悬挂式点焊机进行汽车焊装加工中，其工作电流较大，且需要在短时间内完成点焊操作，容易受电场与温度场的耦合作用引起焊接参数出现瞬时异常变化，从而对汽车焊装加工的质量和效果产生影响。另一方面，汽车悬挂式点焊机的实际设置应用，不仅数量较多，且位置分布相对分散，如果实际应用中存在操作人员的操作不规范以及对点焊机工作状态实时掌握不准确等，都会对汽车焊接加工质量和效果产生影响，进而对有关企业的生产效益与管理水平提升形成制约。针对这种情况，随着汽车焊接设备监测技术的不断发展，在原有的焊接信号有线传输与监控技术基础上，采用无线网络传输方式进行焊接信号有效采集与传输，从而实现对汽车焊装质量的有效监控，成为当前有关领域研究和关注的重点。

1 基于无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统总体框架设计

悬挂式点焊机在汽车焊接加工领域中具有较为广泛的应用，但是，由于点焊工艺本身具有较高的非线性与多变量耦合作用影响，并且其中存在较多的随机因素，导致对点焊质量的影响较大，进行点焊质量控制的问题较多。针对这一情况，当前对悬挂式点焊机在汽车点焊操作中的质量检测，多以破坏性检验方法进行，不仅工作效率较低，且成本较高，检测结果对汽车点焊工艺的整体质量反应也不够全面，迫切需要通过对汽车点焊过程中相应参数的在线监测与分析，以实现点焊质量的有效控制。

根据上述问题，随着计算机技术与通信技术的快速发展，数字化加工与制造领域中对工业网络的建立和应用也越来越多，其在实现汽车点焊过程参数的有效监测与分析控制，从而加强汽车点焊质量监控方面起到了非常积极的作用。但是，由于工业网络在实际设计与应用中，对现场空间的需求较大，且设备类型较多，网络线路连接布设难度较大，导致其局限性与不足也较为突出。针对这种情况，结合ZigBee无线网络技术在工业现场自动化控制数据传输中的作用和优势，进行基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统开发设计，以为有关研究及实践提供参考，具有十分突出的必要性和重要意义。

1.1 总体框架与结构组成

本文所提出的基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统主要包含ZigBee无线通信模块、下位机监测模块与监测中心三大结构部分，如下图1所示，即为基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统的总体结构示意图。

其中，该系统中的下位机监测部分主要包含信号处理电路以及传感器、单片机等设备结构，它在系统运行中利用电流、电压以及压力传感器设备进行点焊过程参数采集，并且其进行信号采集是通过将点焊过程参数转化成能够被测量的电信号实现的，然后再通过单片机将监测获取的电信号转化成数字量信号，并对点焊过程中的电流以及焊接时间、动态电阻曲线等数值进行计算分析，然后利用ZigBee无线网络进行数据信号传输，以通过监测中心根据数据结果进行相应的命令与提示发布，完成对汽车悬挂式点焊质量的监控。

ZigBee网络模块在整个监控系统中主要负责数据传输，通过将下位机监测部分所采集获取的数据信息向监测中心传输，并对监测中心所发出的报警干预指令向下位机监测结构向传递，以满足系统的网络通信与数据传输需求。本文在进行基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统设计中，对ZigBee无线网络结构部分的设计，主要采用的是JN5148-001-M04ZigBee无线网络应用模块，它不仅具有较高的性能，且进行数据传输的能耗较低，内部更是集成设计有较大内存与较高性能的CPU以及有关具有较好无线性能的射频元件，对工业现场自动化控制数据传输的环境适应性较为突出。

此外，基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量控制系统中，监测中心部分主要设置有相应的PC服务器，以对上位机监测软件的运行进行支持，并对各联网点焊机的工作状态进行实时监测，根据监测分析结果基尼下能够异常点焊报警指令发布，以为汽车悬挂式点焊质量控制提供支持。监测中心的服务器内配置有较大容量的数据库，能够对点焊过程参数及有关数据进行存储和管理，以根据数据结果对汽车点焊的单次焊接或整个生产线焊接质量进行监控分析，确保汽车焊接的工艺质量可靠。

1.2 无线网络的组网结构与形式分析

在进行上述汽车悬挂式点焊监控系统设计中，由于ZigBee无线网络的组网设计中，主要包括星形、网状以及树状三种网络拓扑结构形式，并且ZigBee无线网络结构中主要包含控制器、网络终端以及中继器三种设备类型。其中，控制器在ZigBee无线网络中主要用于网络创建与资源分配;而终端则是进行网络连接的最终节点，能够进行自身数据收发，但不支持数据转发功能，并且在整个无线网络运行中能够通过休眠以及唤醒功能促进其能耗有效降低;ZigBee无线网络中的中继器设备则具有数据采集与转发功能，并且能够对网络规模的延伸扩大进行支持，从而信息包的路由路径创建和修复。根据上述对ZigBee无线网络的组网形式与结构情况分析，在进行基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统设计中，考虑到汽车点焊工艺所涉及的设备数量较多，且分布距离设置较远，存在电磁场、温度场等多种耦合作用的干扰影响等，最终确定采用网状的网络拓扑结构形式，通过在各焊接设备中设置相应的下位机监测结构模块，并将其与ZigBee无线网络的终端进行连接，同时，在汽车点焊工艺现场的生产车间四周与中央进行相应的ZigBee无线网络中继器设置，并将监测中心设置在汽车点焊工艺生产车间中，将点焊质量监控系统的监测中心中的PC服务器与ZigBee无线网络控制器通过网络串口进行连接，以构成整个监控系统的网络结构，对监控系统在汽车悬挂式点焊质量中的控制作用实现进行支持。

2 基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统设计与实现

根据上述对基于ZigBee无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统总体结构与组网方式分析，在进行该系统开发与设计实现中，对系统软件的设计则需要从下位机程序设计与ZigBee无线网络模块程序设计、上位机程序设计等方面进行分析。

首先，在进行上述汽车悬挂式点焊质量控制系统的下位机程序设计中，对其程序设计采用计算机C语言进行开发，并且在进行程序编译设计完成后，将其下载到单片机的程序存储器中以对汽车点焊的电流、电极压力以及电压信号进行有效采集与处理，然后将处理信号通过网络连接向ZigBee终端进行发送，如下图2所示，即为该监控系统的下位机程序开发与设计的具体流程示意图。

其次，在进行上述监控系统的ZigBee模块程序设计中，根据其设备类型定义不同，在进行ZigBee模块程序开发与设计中也存在一定的差异，但是，ZigBee网络模块中的各设备均是以联网设计以及实现数据收发/转发等为主要功能和目的，其中，对ZigBee网络模块中控制器程序的开发与设计是整个模块程序开发的关键。根据这一情况，一般在进行ZigBee模块程序开发中，对控制器进行初始化处理后，即需要进行无线网络创建，并进行具有唯一性的PAN ID选定，将其作为该网络的标识符，以进行该频段的通信信道扫描，实现各通信信道中的无线信号活跃程度判断，最终实现其中一个信道选择和确定。对ZigBee网络的控制器程序开发与网络配置完成后，其网络终端与中继器会进行入网请求发送，在控制器网络允许情况下完成入网连接，并在无线网络完全建立实现后，由ZigBee网络的终端节点在监控系统运行中根

据相应的路由路径设置，向控制器节点进行下位机处理数据传送，满足整个监控系统的无线传输需求。

最后，对上述监控系统的上位机程序开发与设计中，其作为监测系统的控制核心，在系统运行中能够通过有关参数设置，实现对下位机传输数据的有效处理、显示与存储管理，并对汽车点焊的焊接时间、电流、电极压力、动态电阻曲线等参数进行实时监测，在监测数据超出报警限制范围时就会利用无线网络进行报警指令发出。其中，对上位机程序的开发与设计是采用计算机Microsoft Visual C++语言进行编程设计，其主界面功能划分主要包含系统控制以及焊接参数波形变化曲线显示、点焊机工作状态等不同区域，系统控制区以系统启动、网络设置以及数据查询、报警设置、参数设置、远程管理等功能为主;而焊接波形曲线变化结果显示区域则是通过对点焊过程的电流、电压、动态电阻曲线等参数监测分析，以波形变化曲线结果进行显示，并能够根据需要进行相应的参数波形选择与显示支持;点焊机工作转态区则以下位机监测对点焊机工作运行的实时状态监测及结果显示为主。

3 结束语

总之，通过对基于无线网络的汽车悬挂式点焊质量监控系统的设计研究，有利于促进其在有关实践及研究中得到有效应用，从而实现对汽车点焊机焊接质量的有效监测和管理，具有十分积极的作用和意义。

参考文献

[1] 罗留祥，邢彦锋.基于BP神经网络遗传算法的薄板CMT点焊变形[J].焊接学报，2019，40（04）：79-83+164.

[2] 梁丽，白洁.连续点焊电极烧损对镁合金点焊质量的影响[J].冶金与材料，2018，38（05）：184+186.

[3] 高星鹏，陈峰，王宇盛，等.基于遗传算法与神经网络微电阻点焊工艺参数优化[J].宇航材料工艺，2018，48（03）：33-37.

[4] 沈洪喆，朱兴元，鄢柯.AM60镁合金搅拌摩擦点焊压入速度与能量输出的关系研究[J].热加工工藝，2018，47（07）：228-232.