焊接過程數據監測與管理的應用研究

喬富強

(天津中德應用技術大學，天津，300350)

焊接過程數據監測與管理的應用研究

喬富強

(天津中德應用技術大學，天津，300350)

針對焊接現場環境復雜，數據采集不統一的問題，提出了搭建無線網絡ZigBee，利用OPC技術進行數據采集。為了隔絕企業辦公網對焊接現場的影響，提出了使用安全隔離網閘，并采用UDP協議將焊接數據傳輸到企業辦公網。

數據采集；ZigBe；OPC技術；UDP協議

0 前言

在焊接生產過程中，焊接管理人員如何有效地取得焊接過程的數據是分析焊接質量的重要依據，由于不能親臨焊接生產現場，管理人員了解每臺焊機的工作狀態及設備運行狀況等信息存在很大的困難。監測系統是保證產品質量穩定性和設備高效穩定運行的有效手段，能夠提供生產進度、實時參數等信息。

1 焊接監測網絡傳輸

要實現對焊接設備的全面生產管理，就必須對設備工作過程進行監測，通過連接不同的傳感器，能夠采集不同焊接過程參數并現場分析與存儲，根據用戶設定好的參數對出現問題的焊接進行及時報警，為了進行數據采集及傳輸，必須對焊接現場進行實地考察，確定數據采集系統的安裝位置和方式及網絡傳輸模式的選型。

1.1 IEEE 802.11系列無線局域網技術

無線局域網簡稱WLAN，是利用射頻技術方式構建網絡以取代有線局域網采用雙絞銅線的方式，其配置與維護相比于有線局域網更加容易，并擁有和有線局域網一樣的傳輸速度。

Wi-Fi是WLAN的重要組成部分，Wi-Fi是一種可以將設備終端以無線方式互相連接的技術，事實上它是一個高頻無線電信號。Wi-Fi在基于IEEE 802.11標準下，極大地改善了無線網路產品相互之間的互通性。

IEEE 802.11n在功耗和管理方面進行了重大創新，不僅能夠延長Wi-Fi的電池壽命，還可以嵌入到其它設備中，如醫療監控設備，樓宇控制系統，實時定位跟蹤標簽和消費電子產品，可以不斷地監測和收集數據。

1.2 ZigBee技術

ZigBee是一種無線網絡協議，它使用低速進行短距離的傳輸[2]。基于 IEEE 802.15.4 標準，最底層是物理層和媒體訪問層。ZigBee可由數萬個無線數傳模塊搭建成一個無線網絡平臺，數傳模塊相當于一個移動的網絡基站，它的通訊距離可從75m到數公里，這能滿足用戶所期待的無線數據的傳輸。ZigBee具有靈活多變的網絡拓撲，能大量的連接焊接設備的網絡節點。

相對于其它無線通信協議如wifi，ZigBee通信協議較為簡單，設備的安裝與調試不需要精通無線通信協議的專業人員。ZigBee協議定位于低成本，所以建立無線網絡成本較低，且其能耗低，維護成本相對較低。ZigBee網絡能滿足焊接現場的數據傳輸。

2 焊接監測數據采集與監控

焊接監測數據采集可由基于單片機的焊接過程數據采集卡釆集各類傳感器信號，如電壓、電流、送絲速度、氣體流量等，經數據作處理后傳送至監控機。從焊接現場到監控機，將釆用ZigBee網絡來實現數據傳輸。為了使監控機能夠順利讀取來自現場的數據，我們將使用OPC技術。

OPC技術能將各個硬件設備的驅動程序和通信程序封裝在OPC服務器上，上層應用軟件可以不關心硬件的性能特點，而通過標準的OPC接口訪問OPC服務器。它能夠直接與現場的PLC，數據采集設備連接，快速有效地獲取現場實時數據。監控程序可通過OPC獲得現場實時數據。

OPC以OLE／COM／DCOM技術為基礎，采用Client／Server模式。OPC Server服務器提供了許多標準接口，Client客戶端通過這些接口，可以獲取與 OPC Server 相連的硬件裝置的信息，而無須了解這些硬件設備的細節信息。也就是說，程序員可以通過統一的接口程序代碼，操作不同的硬件設備。

OPC Server服務器由三部分構成：服務器、組、項。服務器對象封裝了服務器對象的相關屬性和方法，并作為容器來存放組對象。組對象裝了組對象的相關屬性和方法，并作為容器來存放項對象，組織和管理項 。OPC項表示監測的節點，所有的項的訪問要通過組來實現，數據項是讀寫數據的最小邏輯單位。簡單的講，在一個組對象中，可以加入多個 OPC數據項。

OPCDA標準規定了兩種通訊的方式：同步通信和異步通信。同步通信適用于傳輸的數據量較小的監控，異步通信適用于傳輸的數據量較大的監控，能防止數據請求時的阻塞，并能節省CPU資源和網絡資源，焊接數據采集應使用異步通訊。OPC的異步通訊有四種方式：數據訂閱、異步讀、異步寫、異步刷新。

3 焊接數據查詢與統計

企業內的相關部門人員不在焊接現場時，需要通過企業辦公網查看如焊接電流、電弧電壓、送絲速度、焊接時間等實時畫面和歷史報表等。為了實現這些功能，需要將數據傳輸到企業OA數據庫中，通過OA系統，管理者可以在企業辦公室，及時全面地了解整個焊接車間的生產情況，這將大大提高管理者的工作效率和管理水平，也節約了管理成本。

為了保證焊接現場的安全，焊接現場作為工業級網絡必須要與企業辦公內網進行隔絕。因此，在企業的焊接現場專網與企業辦公內網之間要設置安全隔離網閘，用來隔絕企業辦公網對焊接現場的影響。

由于采用安全隔離網閘設備進行單向傳輸，現場數據向企業辦公網傳輸數據時要采用UDP協議。UDP協議即用戶數據報協議，是一種面向雙方的無連接協議。處于在OSI模型中的傳輸層，是IP協議的上面一層。UDP協議的是將網絡數據流量以數據包的形式進行發送。每一個數據包用前8個字節來表示報頭信息，剩余字節封裝需要傳輸的數據。焊接現場監控機負責將UDP數據包通過源端口進行發送，而企業辦公網中負責接收數據的服務器中的服務程序通過目標端口來進行數據的接收，并負責將數據存儲到企業OA數據庫中。

為了進行焊接數據的查詢與管理，企業應采用B/S架構進行項目開發，B/S架構采用動態網頁技術，加入信息系統的開發理念，能完全適應網絡辦公需求，也是現代信息系統的首選技術。

利用不斷成熟的Web瀏覽器技術，開發工具可有多種選擇：JSP+J2EE，ASP+IIS，ASP. NET+ Framework，PHP+Apache等。B/S最大的優點就是不需用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網的電腦就能使用，客戶端零安裝、零維護，系統的擴展非常容易。

[1]邱寶，郝小江.焊接系統中無線監控的設計與實現[J].電焊機,2012,10(10):35-37.

[2] 朱俊杰，楊成本等.基于ZigBee技術的焊接電源群組化監測系統設計[J].電焊機,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

天津市高等學校科技發展基金計劃項目（20120822）