电阻点焊生产信息化系统

于永庆

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春130000）

随着自动化生产的发展，效率提高、产品质量更加受到关注。为产品的稳定性和可靠性得到进一步的提高，要求每个零部件的生产过程可记录、可追溯。因此电阻点焊信息化系统对于保障点焊质量具有重要意义。

1 电阻点焊生产信息化系统总体方案

1.1 点焊涉及到的关键参数。电阻点焊是一个电、热、力等多因素交互作用的复杂过程，点焊受实际电压变化、工件质量、电极磨损、焊接电流、焊接时间、电极压力、电极间动态电阻等多种干扰因素的影响，会导致焊点质量的波动。

1.2 功能简述。电阻点焊多参数监测系统采用先进传感器技术和数据采集技术实时采集焊接电流、电极间电压、动态电极压力等对焊点质量影响大的相关参数，具有实时显示点焊工艺参数及其动态曲线、参数越线报警、存储焊点生产相关信息，数据库浏览和查询功能，建立和实现电阻点焊生产信息化管理系统。

1.2.1 硬件架构。电阻点焊生产信息化管理系统的硬件结构如图1 所示。

图1 电阻点焊生产信息化管理系统的硬件结构图

1.2.2 软件功能。电阻点焊生产信息化管理系统的软件功能由

主程序、参数设置、数据采集、有效值计算、波形显示、数据存储、数据查询和报警模块等8 个功能模块组成。其软件框图如图2 所示，数据库结构如图3 所示。

图2 电阻点焊生产信息化管理系统的软件框图

电阻点焊生产信息化管理系统的功能如下：（1）自动获取点焊数据，收集集焊接过程中的电流、电压及焊接压力等数据资料。（2）在操作界面上显示实际焊接电流、焊接压力图。（3）记录焊接点数。（4）可以设置用户参数，报警界限数据。

2 系统硬件技术方案

2.1 电阻点焊电流采集方案。根据电阻焊接理论与实践，对点焊质量影响最大的参数是焊接电流。采用电流互感器实现了对主电路的隔离测量。

2.2 电阻点焊电极压力采集方案。电极压力是重要的点焊工艺参数，采用实时监测方法。

2.3 高精度数据采集方案。由于电阻点焊过程的瞬时性，要在很短的时间内采集电流信号并保证电流信号的完整度和准确性，增加了信号的采集难度。电阻点焊的时间一般是50Hz工频交流电的10 个周波左右，也就是200ms 左右，为了使采样波形尽可能接近实际焊接电流波形，使测量值能准确反映实际值，要求每个周波尽可能采集多点。系统设计在1 个CYC 周波内采集100 个点，则每个点的采样时间为0.2ms，则采样频率为5k。根据香农采样定理，为保证信号质量，工程上选用的采样频率经常大于采样定理所指出的最小的采样频率的5～10 倍左右。采用高精度数据采集卡进行数据采集，利用计算机强大的计算功能进行数据的记录、分析、存储和查询。数据采集常用的形式有以下两种：（1）基于总线的分布式的数据采集：采用基于现场总线的数据采集智能模块，流行的现场总线如RS-232、RS-485、CANBUS、PROFIBUS 等。这种数据采集方法易维护、布线简单、可靠性高，但是采样速度低，不能满足本项目的实时性要求。（2）基于板卡的集中式数据采集：采用数据采集卡进行数据采集。将一个基于PXI、PCI 或USB的采集卡接到计算机上，将外部传感器信号通过导线接入高精度数据采集卡，通过定制的软件就可以进行采集。这种数据采集方法速度快，目前USB2.0能达到60M/S 的传输速度，USB3.0 理论上也能达到628MB/s 的传输速度。

2.4 工业控制计算机方案。针对电阻点焊系统的工作环境，可以采用嵌入式无风扇工业平板电脑作为数据采集控制主机。无风扇嵌入式工业平板电脑采用的是全铝面板和嵌入式主板，先进而坚固的机构设计能够承受冲击、振动、湿度和高低温的极限环境。

相关的产品有：一款基于嵌入式X86 平台开发的高端人机界面，箱体采用铝合金与钣金组合型外壳，兼具轻薄美观和良好的散热性能；15 寸真彩液晶显示屏和高精密电阻式触摸屏，显示分辨率为1024×768；搭载Intel 赛扬J1900 工业级超低功耗2.0GHZ CPU，板载2GB 内存,支持MSATA 固态硬盘，并可扩充SATA 硬盘；电源采用直流9V～25V宽电压输入，提供更多电源供电方案选择；产品集成了丰富的I/O接口：2 个千兆以太网口、3 个USB2.0、1个USB3.0，4 个RS232/485 串口、VGA/HDMI 显示、可选并口和音频接口，方便用户扩展各种I/O设备。

支持面板嵌入式安装、支架式安装、壁挂式安装，前面板达到NEMA IP65 防尘防水标准，兼容，win7，win8 以及Linux等主流操作系统和分布式工业组态软件，用户只需简单的组态即可实现功能强大的采集和控制系统。

3 系统软件技术方案

由于本系统的目标是对点焊工件上的每个焊点进行实时监测，需要本系统操作简单、抗干扰、稳定可靠、实时性好。系统软件是电阻点焊生产信息化管理系统的核心。

本系统中的计算机具有可视化的图形平台，创建图形操作界面，来代替常规的面板操作界面。利用计总线传输数据到储存单元或打印机。这样既解决了传输数据的问题又解决了焊接参数的存储问题，使本系统数据的记录容量无限扩大。

图3 系统软件设计总流程图

3.1 软件流程。为实现点焊生产的信息化管理，决定软件流程如图3 所示。包括下面几个步骤：（1）开始运行系统程序，进行系统的初始化工作。建立界面、映射、动态链接库、数据库的参数等初始化工作。（2）初始化成功后，系统工作状态完成准备。在操作界面上，按对应的选项，开始监测工作，系统自动识别点焊过程，电流、压力等数据信息被采集。按压“停止监测”，系统从监测状态中退出。可以在报警产生时根据需要进行消音处理。点击“查询”按钮，查询焊点的焊接过程中信息，完成点焊生产的信息化管理。

本系统的功能模块是独立组成。为提高可靠性、简化开发流程，程序设计采用模块化，系统扩展和维护也方便易行。系统分为数据采集、设置参数、主程序、有效值计算、波形显示、数据存储、数据查询、报警模块8 个功能模块组成，如图4 所示。

图4 系统软件模块框图

3.2 软件的数据处理。数据处理是信息化管理系统的重要组成部分，包括滤波整形、电流计算、压力计算、测量电压、计算时间等工作，为数据存储、波形显示和建立信息管理系统数据库使用。

通过电阻点焊生产信息化系统，可以进一步提高电阻点焊的产品质量，充分发挥电阻点焊生产信息化系统在公司生产中的关键作用。