專利名稱：一種用于考核焊工作業狀況的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊工考核方法，特別涉及焊工作業過程焊接工藝參數的遠程監控。
背景技術：
焊接工藝是保證焊接質量的重要措施，是焊接過程中的一整套技術規定。一般有工藝部門制定焊接工藝，包括焊接方法、焊前準備、焊接材料、焊接設備、焊接順序、焊接操作、工藝參數以及焊后熱處理等。焊機一般都提供了人機操作界面，以供焊接人員設定焊接參數。焊接人員在作業時不能違反焊接工藝要求，設定超出規范的焊接參數，否則就可能導致焊機工作異常，造成焊接缺陷、焊接品質不良。通常焊接現場環境惡劣，大量焊接人員同時作業，作業者可能為了追求焊接速度或個人偏好，而隨意更改焊接參數，這樣焊接的質量就得不到保證，甚至造成焊機長時間非正常工作而損壞焊機以及危害作業者的人身安全。為了讓焊接人員進行規范作業，就必需對焊接現場的作業人員進行監督和考核。傳統的監督和考核機制是工廠指定專門的技術人員在焊接現場進行巡視。然而，在大量焊接人員同時作業的焊接現場，采用傳統的監督和考核機制效率低下，難以保證所有焊接人員在全過程作業時間內的操作都符合規范，而且這樣會造成了人力資源的浪費。因此，亟須發明一套新的用于考核和監督焊工工作狀況和裝置，該裝置應該是全自動智能化的管理系統。
發明內容本發明提供了一種用于考核焊工作業狀況裝置，對現場作業的焊工進行遠程監管，以確保焊接的質量。實時監控現場所有在作業焊工所使用的焊機工號，對在作業焊機進行遠程監控，實時的監控氣體流量、焊接電流、焊接電壓是否符合焊接工藝規范的要求，以及監控焊接電源供電是否異常，并記錄相關數據以備調用。裝置由控制臺，中位機和下位機三層架構組成，第一層是控制臺計算機完成系統的總控，第二層是中位機完成下位機與控制中心的數據交互，第三層是下位機完成焊接參數的采集和控制以及與焊工的交互。總控制臺上安裝有專用軟件，包括用戶管理模塊，焊接數據管理模塊，焊機監控模塊。控制臺與中位機采用以太網通訊，中位機包括主控模塊、以太網接口模塊，CAN總線接口模塊，無線通訊模塊，焊工身份信息驗證與存儲卡數據讀寫模塊、人機交互模塊。與下位機間根據焊機工作環境分別可以采用CAN有線通訊、GSM無線通訊和智能卡應用三種方式。下位機由氣體流量檢測模塊，焊接電流檢測模塊,焊接電壓檢測模塊,送絲速度檢測模塊，焊工身份驗證卡讀取模塊，人機交互模塊，主控模塊組成。主控模塊對數據的采集和處理由微處理器完成，微處理器內含相關數據處理程序。下位機通過焊工身份驗證與存儲卡讀寫模塊實現焊工身份驗證，焊工只有通過身份驗證才能操作焊機，焊工的身份信息由微處理器讀取并發送至控制臺，同時焊工身份驗證與存儲卡中可以根據需要保存焊接過程中相關的數據。人機交互模塊通過鍵盤或者觸摸屏輸入相關焊接參數并通過液晶顯示屏顯示出來，完成與焊工的交互。焊接電流檢測模塊和焊接電壓檢測模塊對焊接過程電流電壓的檢測通過霍爾傳感器完成。送絲速度檢測模塊對送絲速度的檢測通過檢測送絲電機的反電動勢值后推算完成。焊接電源供電控制模塊由主控模塊控制一交流接觸器實現供電。
說明書附圖可以進一步說明本發明的結構特征，但并不限制本發明的應用。圖I為本發明的一個較佳的系統互連結構示意圖。圖2為本發明的一個較佳的中位機結構示意圖。圖3為本發明的一個較佳的下位機結構示意圖。圖4為本發明的一個較佳的焊接參數檢測和控制模塊實施流程圖。圖5為本發明的一個較佳的焊工身份驗證與存儲卡讀寫模塊實施流程圖。具體實施方法本系統的互連方式，如圖I所示。第一層是控制臺計算機完成系統的總控，第二層是中位機完成下位機與控制中心的數據交互，第三層是下位機完成焊接參數的采集和控制以及與焊工的交互。控制臺計算機是本系統的控制中心，由控制中心工作人員操作，完成系統的總控。本發明開發了用于上位機的控制軟件，能夠實時監控所有作業焊機的焊接參數(主要包括氣體流量、焊接電壓、焊接電流、送絲速度等)、焊機工號、使用者身份信息，并且能夠自動保存相關數據。控制臺計算機可以采用一般的臺式計算機或PC機，只需預裝本系統上位機軟件即可實現。上位機軟件主要包括用戶管理模塊、焊接數據管理模塊，焊機監控監控。用戶登錄界面可以設置登錄密碼，用戶管理界面可以選擇查看全部焊機、在作業焊機、未作業焊機，可以自動(或手動)分配每臺焊機的工號，修改和保存焊接參數，并與中位機通訊。監控主界面實時監測各焊機的工作情況，能實時顯示在線焊機的實時焊接參數等，并能以波形的方式顯示出重要的參數(如焊接電流、焊接電壓)，當監控系統檢測到焊機焊接參數超出所設定的參數，會發出報警信號提醒用戶。上位機與中位機的通訊采用以太網傳輸數據。中位機是控制臺計算機與下位機進行交互的樞紐。中位機接收控制臺計算機發出的指令，進行數據轉換后發送至下位機，實現控制中心對焊機的控制；下位機采集到的數據首先發送至中位機(此發送方式可以是有線數據傳輸和無線數據傳輸)，中位機進行數據轉換后把數據發送至控制臺計算機，實現控制中心對焊機的實時監視。中位機還具有讀取焊工身份信息驗證與存儲卡的中數據的功能，采集到的數據進行處理后發送至控制臺用于焊工的考核。中位機由微處理器(單片機)設計完成，微處理器內含相關數據處理程序。如圖2所示，主要包括主控模塊、以太網接口模塊，CAN總線接口模塊，GSM無線通訊模塊，焊工身份信息驗證與存儲卡數據讀寫模塊、人機交互模塊。本發明中，中位機與下位機的通訊方式有三種，它們是第一種，CAN總線數據傳輸模塊；第二種，無線通訊(或GSM模塊)數據傳輸模塊；第三種，焊工身份信息驗證與存儲卡數據讀寫模塊。三種通訊方式可根據需要，由控制中心指定同時使用或任意使用其中的一種或兩種。控制中心依據焊接現場的環境狀況和通訊成本來選擇具體的通訊方式。需要說明的是當使用第三種通訊方式時，需預先將焊工的身份信息輸入到下位機中，以供焊工身份驗證。在此給出一種選擇實例以供參考，如果焊接現場現階段焊機不需遠距離，則可采用CAN中線通訊方式；如果焊接現場現焊機需要經常移動，或采用有線通訊不便時，可采用無線通訊方式；如果焊接現場焊機需要經常移動，且焊接現場無法進行無線通訊，則可采用第三種通訊方式，即把焊接全程的相關數據保存到焊工的身份識別卡中，焊工作業完畢需將自己的焊工身份信息驗證與存儲卡插入中位機進行考核。身份驗證卡可采用普通IC存儲卡或其他存儲卡(本發明中提供SIP接口模式)。中位機人機交互模塊由液晶屏和鍵盤組成，提供普通用戶模式和管理員模式。普通用戶模式用于簡單的人機交互操作，焊工可使用此模式進行身份驗證和考核；管理模式需輸入密碼，由專門人員進行設置，也可直接通過控制臺計算機進入管理模式。下位機系統控制的具體實現結構，如圖3所示，主要由主控模塊、氣體流量檢測模塊、焊接電壓檢測模塊、焊接電流檢測模塊、送絲速度檢測模塊、焊接電源控制模塊、焊工身份信息驗證與存儲卡讀寫模塊、人機交互模塊組成。主控模塊是下位機的核心，由微處理器(單片機)設計完成，微處理器內含相關數據處理程序。完成相關焊機參數的實時采集和控制、焊工身份驗證卡數據讀取、焊接作業全程相關數據到焊工身份驗證卡的保存、并完成與上位機的通訊和與焊工的交互。氣體檢測和控制模塊，包括氣體流量檢測模塊。氣體流量檢測模塊采用氣體流量傳感器，該傳感器可把氣體流量信號轉換為電壓信號，下位機處理器通過A/D采樣后(也可采用全數字式的氣體流量計，則可直接與微處理器接口省去A/D采樣的步驟)，根據換算關系即可得到氣體流量數據。參考附圖4，一次氣體檢測和控制監控過程簡述如下I).焊機作業時首先由控制中心預設氣體流量規范規定范圍值，下位機處理器保存此數值。2).焊接過程中下位機處理器實時采集焊接過程中的氣體流量值，并發送至中位機。3).下位機處理器計算出氣體流量的實際值并與控制中心預設的氣體流量作差取其絕對值。4).如果此絕對值超出了控制中心預設的誤差上下限數值范圍，則發出報警信號并請求控制中心處理。5).進入下一次監控。焊接電流(和電壓)檢測和控制模塊，包括焊接電流(和電壓)檢測模塊和焊接電流(和電壓)控制模塊。焊接電流(和電壓)檢測模塊采用霍爾傳感器完成，霍爾傳感器可以把焊接中的大電流(大電壓信號)成比例的轉換成小電壓信號以供微處理器采集。參考附圖4，一次焊接電流(和電壓)檢測和控制監控過程簡述如下I).焊機作業時首先由控制中心預設焊接電流(和電壓)規范范圍值，下位機處理器保存此數值。[0036]2).焊接過程中下位機處理器實時采集焊接過程中的焊接電流(和電壓)值，并發送至中位機。3).下位機處理器計算出焊接電流(和電壓)的實際值并與控制中心預設的焊接電流(和電壓)值作差取其絕對值。4).如果此絕對值超出了控制中心預設的誤差上下限數值范圍，則發出報警信號并請求控制中心處理。5).進入下一次監控。送絲速度檢測和控制模塊，包括送絲速度檢測模塊和送絲速度控制模塊。送絲速度檢測模塊對送絲速度的檢測通過檢測送絲電機的反電動勢值后推算完成。微處理器通過A/D采樣送絲電機的反電動勢值，經過簡單的計算就可得到送絲速度。參考附圖4，一次送絲速度檢測和控制監控過程簡述如下I).焊機作業時首先由控制中心預設焊接送絲速度規范范圍值，下位機處理器保存此數值。2).焊接過程中下位機處理器實時采集焊接過程中的送絲速度值，并發送至中位機。3).下位機處理器計算出焊接送絲速度實際值并與控制中心預設的焊接送絲速度值作差取其絕對值。4).如果此絕對值超出了控制中心預設的誤差上下限數值范圍，則發出報警信號并請求控制中心處理。5).進入下一次監控。焊接電源供電控制模塊由主控模塊控制一交流接觸器實現供電。當前焊機空載時間過程或者沒有用戶登錄使用時，切斷焊機電源，降低能耗。身份驗證與存儲卡讀寫模塊。微處理器通過SPI總線協議來完成與焊工身份驗證卡的數據交互。焊工只有通過身份驗證才能操作焊機。參考附圖5，一次焊工身份驗證的過程簡述如下I).焊工把自己的身份驗證與存儲卡插入下位機的身份驗證與存儲卡讀寫模塊提供的卡槽中。2).下位機微處理器檢測到有身份驗證與存儲卡時，通過SPI總線讀取焊工信息，并把此信息發送到中位機，以供控制中心驗證焊工身份。需要說明的是如果下位機與中位機的數據傳輸方式使用的是第三種通訊方式時，則焊工身份信息以存儲在了下位機微處理器中，下位機不需發送數據到中位機。3).當焊工信息得到確認后，微處理器控制液晶顯示器，顯示焊工身份信息，等待焊工確認；如不存在此焊工身份信息，則發出報警信號。4).得到焊工確認后，微處理器控制焊機開啟，并在液晶顯示器上輸入相關信息，提示焊工可以使用該焊機。5).下位機微處理器實時采集和控制焊機參數，并把采集到的焊機參數發送至上位機。需要說明的是，如果下位機與中位機的數據傳輸方式使用的是第三種通訊方式時，則采集到的焊機參數信息不需發送至上位機，而直接通過SPI總線，把數據保存至該焊工的身份驗證與存儲卡中。[0055]6).當焊工作業完畢時，通過相應按鍵或觸屏，輸入關機信號，下位機微處理器，保存相關數據后，實現軟關機。下位機人機交互模塊由液晶屏和鍵盤組成，提供普通用戶模式和管理員模式。普通用戶模式用于簡單的人機交互操作，焊工可使用此模式進行身份驗證和焊機的操控；管理模式需輸入密碼，由專門人員進行設置，也可直接通過控制臺計算機進入管理模式。
權利要求1.一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是該裝置由總控制臺，中位機和下位機三層架構組成，第一層是控制臺計算機完成系統的總控，第二層是中位機完成下位機與控制中心的數據交互，第三層是下位機完成焊接參數的采集和控制以及與焊工的交互。
2.根據權利要求1所述的用于考核焊工作業狀況的裝置的總控制臺，其特征是總控制臺上安裝有專用軟件。
3.根據權利要求1所述的用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是中位機由主控模塊，以太網接口模塊，CAN總線接口模塊，GSM無線通訊模塊，焊工身份信息驗證與存儲卡數據讀寫模塊、人機交互模塊組成。
4.一種用于權利要求1所述的用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機由主控模塊，焊工身份驗證卡讀取模塊，人機交互模塊，CAN總線接口模塊，GSM無線通訊，氣體流量檢測模塊，焊接電流電壓檢測模塊，焊接電壓檢測模塊，送絲速度檢測模塊模塊，焊接電源供電控制模塊組成。
5.根據權利要求1所述的用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是總控制臺與中位機的通訊采用工業以太網數據傳輸方式。
6.根據權利要求1所述的用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是中位機與下位機的通訊根據焊機工作環境特別分別可以采用CAN有線通訊、GSM無線通訊和智能卡應用三種方式。
7.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機的主控模塊對數據的采集和處理由微處理器完成，微處理器內含相關數據處理程序。
8.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是焊工通過下位機的焊工身份驗證卡讀取模塊實現焊工身份驗證，焊工只有通過身份驗證才能操作焊機。
9.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機的人機交互模塊通過鍵盤或者觸摸屏輸入相關焊接參數并通過液晶顯示屏顯示出來，完成與焊工的交互。
10.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機的焊接電流檢測模塊和焊接電壓檢測模塊對焊接過程電流電壓的檢測通過霍爾傳感器完成。
11.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機的送絲速度檢測模塊對送絲速度的檢測通過檢測送絲電機的反電動勢值后推算完成。
12.根據權利要求4所述的一種用于考核焊工作業狀況的裝置，其特征是下位機的焊接電源供電控制模塊由主控模塊控制一交流接觸器實現供電控制。
專利摘要本實用新型提供了一種用于考核焊工作業狀況的裝置，對現場作業的焊工進行遠程監管，以確保焊接的質量。實時監控現場所有在作業焊工所使用的焊機工號，對在作業焊機進行遠程監控，實時的監控氣體流量、焊接電流、焊接電壓是否符合焊接工藝規范的要求，以及監控焊接電源供電是否異常，并記錄相關數據以備調用，裝置由控制臺，中位機和下位機三層架構組成，控制臺與中位機采用以太網通訊，中位機與下位機間根據焊機工作環境分別可以采用CAN有線通訊、GSM無線通訊和智能卡應用三種方式。
文檔編號G05B19/418GK202815518SQ20122020747
公開日2013年3月20日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者侯潤石, 吳勇健, 王光輝, 王進成, 王麗霞 申請人:杭州凱爾達電焊機有限公司