数据采集系统在焊接领域中的应用现状

杨闯

摘要：随着德国“工业4.0”的提出，我国提出了“中国制造2025”发展战略，工业生产向信息化、数字化、智能化转变，生产过程数据采集和实时监控是实现智能化生产的重要基础。焊接作为材料加工的重要手段，广泛应用于机械制造、船舶重工、航空航天等重要领域。传统的焊接过程监控不足，焊接过程参数无法保留，焊接过程缺陷无法检测，造成巨大的人身和物质损失，已经无法满足现代精细化、高质量的生产要求，难以实现焊接过程的智能控制。利用数据采集系统可以有效提取焊接设备的操作、焊接工艺、焊接材料消耗、人员管理等信息并进行显示和存储，可以实现产品信息的跟踪，为以后的工作提供经验数据，准确计算焊接和人员成本。该系统有助于提高装备制造业信息化水平，为“中国制造2025”发展战略提供数据基础。

关键词：数据采集系统;焊接领域;申请情况;分析研究

1数据采集系统技术与原理

1.1数据收集

数据采集卡和可编程逻辑控制器（PLC）是常用的数据采集方式。例如，PCL-818L数据采集卡提供了几种常见的测量和控制功能，如模数转换、数模转换、数字输入和输出以及时钟定时器控制。通过数据采集卡，将设备采集到的模拟信号转换成数字信号，传输到工控机，最终显示在HMI上。PLC提供模拟量输入模块，可接收变送器转换的标准电压或电流信号，并通过PLC的计算和分析发出指令。分析的数值将通过特定的通信模式显示在HMI上。开发人员可以在HMI中显示采集的焊接参数，如焊接电压、焊接电流和送丝速度，以及这些参数随时间变化的曲线图，以便设备操作员和车间经理能够实时监控焊接过程。

1.2数据采集模块设计

焊接电源具有低电压、大电流特性，使得难以直接测量，因此具有隔离电气特性的霍尔传感器为最佳方案。选用LV25-P为电压传感器，它是基于磁平衡霍尔原理，在待测电压通过原边电阻时，会在副边输出电流，从而可计算出原边电压。LV25-P额定电压为10～500V，变比2500：1000。系统使用12位逐次逼近型ADC，输入电压为0～3.3V，所以对采样电压进行调节后再进行AD轉换。选用LA200-P为电流传感器，属于闭环式霍尔电流传感器，为非接触式，将待测直流穿过传感器即可测量，LA200-P额定输入电流为200A，额定输出为100mA，变比为1：2000，也需要经过调压电路后再AD转换。

2焊接工艺参数的管理

2.1焊接参数

在焊接过程的在线监测和预警中，焊接工艺参数是否符合工艺人员制定的标准是影响焊接质量的重要因素。在实际生产过程中，由于焊接作业在生产中占有相当大的比例，焊机分布广泛，操作人员技能水平差距大，往往不按照既定的工艺参数进行焊接。数据采集系统中的焊接参数在线监测功能，可以方便生产管理人员对焊接过程进行实时监测，确保焊接参数的准确性。在焊接车间管理系统的监控页面，系统可以汇总车间内焊接设备的运行情况，可分为正常、空载、超限、停机和故障五种状态。同时，还可以获取每台设备的基本信息，如设备号、设备名称、设备IP等。管理者可以点击查看设备的操作参数曲线，例如焊接电压数据曲线。结果表明，此时的焊接电压为27.17V，不超过监测参数范围。此外，还可以显示设备的焊接电流和焊接温度曲线。在焊接过程中，如果工艺参数的设置超出了工艺人员制定工艺的范围，数据采集系统会通过电话向操作员发送报警信息，提醒操作员调整工艺参数，同时将信息上传到管理层，包括企业ERP系统和车间ME，帮助管理人员了解实际焊接情况。

2.2焊接参数的存储和可追溯性

在实际生产过程中，当一个零件出现焊接质量问题时，如焊缝金属的不连续性和不致密性，就需要找出焊接缺陷的来源，即找到焊接过程中的数据。焊接数据通常通过设置采样点存储在Excel或数据库中。工件上有许多焊缝。只有当收集和存储的工艺参数能够与焊缝准确跟踪时，这些数据才会有效;否则，就没有进行分析的条件。某汽车股份有限公司的MAG弧焊参数监控系统为每个工件生成唯一的可追溯代码。可追溯性代码包括工件的产品代码、生产日期、班次、工作站编号、夹具编号、工装编号和序列号。系统将状态数据存储在可追溯代码中，以实现工件与生产时间和焊接参数之间的精确对应。焊接质量控制系统包括一台打印机，该打印机将跟踪代码打印到工件表面，形成模板。焊接开始时，机器人焊工将可追溯代码发送给PLC，然后PLC将可追溯代码发送给服务器，服务器将焊接状态数据记录在相关的焊接规范上，可以更好地满足产品的可追溯性。

3焊接数据库与焊接质量预测专家系统

通过使用该数据采集系统可以对各种焊接方法过程中的数据进行采集和保存，并建立焊接数据库，数据库中的数据可以被不同行业的广域网共享，在焊接数据库中保存的数据主要包括以下几个方面：（1）新材料焊接、焊接工艺研究和试验数据的开发;（2）企业在长期焊接各种成熟稳定的产品过程中积累了大量成熟的焊接工艺文件，包括产品的焊接方法、材料等重要信息;（3）记录产品实际焊接生产过程中由于焊接现场条件等客观因素影响焊接质量的问题，以及焊接工程师为解决这些问题所采取的措施。借助现代计算机强大的存储和计算能力，工程师可以借鉴前人的经验，提高设计效率，减少重复试验，缩短工程周期，科学地为焊接工艺人员解决焊接生产中的各种问题，因此焊接数据库具有广泛的实用价值。近年来，为了进一步实现装备制造业的全面数字化应用，在焊接数据库研究的基础上，提出了焊接质量预测专家系统。

4结论

数据采集系统实现了车间管理数据的在线监测、存储、远程故障诊断和参数发布、记录和查询等功能。（2）随着大数据时代的到来，互联网和云计算技术的成熟，人们越来越关注如何从数千个收集的数据中分析有价值的信息。如果能够建立一套大数据分析系统，优化焊接工艺，共享各企业数据，管理海量数据，提高焊接质量，那么中国的工业智能制造水平将进一步提高。

参考文献

[1]张国浩.PD理论原数据采集系统研究[D].贵州大学，2018.