自动焊机焊接数据采集及传输的研究

自动焊机焊接数据采集及传输的研究

丁勇

中油（新疆）石油工程有限公司 新疆克拉玛依市 834000

摘要：焊接数据的真实性与准确性，对于油气田地面及长输管道的建设具有极其重要的意义。在物联网、云计算等新技术日新月异的今天，对于工业设备来说，实时采集任何需要监控、存储的数据已经不是难题，工程建设项目施工过程的数据实时采集及应用将会越来越广泛，野外施工焊接数据的实时采集及传输，已经有了可以实现的技术路径。通过计算机编程语言对不同传输协议生成的数据进行转换，形成计算机通用操作系统可以识别的数据存储到数据库中，利用计算机进行处理，对焊接工艺、工效的分析及焊接质量的管控，都有着积极的作用。

关键词：焊接 物联网数据采集数据协议转换

焊接质量，是焊接工程的生命线，它不仅影响着焊接产品的使用性能和寿命，更重要的是关系着人身和财产安全，在油气田地面和长输管道建设领域更是如此。因此，对焊接工艺的控制、焊接记录的真实性和准确性及对焊后的数据进行分析的重要性更加凸显。在目前的焊接施工过程中，自动焊机的焊接参数是存储在电焊机自身的存储器中，需要用移动存储设备从设备中拷贝出来，一般是在在焊接完成后进行数据采集，如出现焊接参数错误，在焊接完成后才能发现。

随着IT技术的飞速发展，物联网、大数据的应用在工程建设领域也不断推进。有部分焊机厂商已经开始进行焊接数据采集和传输的研究，在新型号的焊机中集成了采集与传输模块，使用场所多为工厂生产厂房，采用局域网模式进行数据采集与传输，目的是对焊机设备进行管理、维护，与工程建设单位在野外的使用环境不同，关注重点也不一致，且现有焊机无法使用。因此，结合公司现有焊机设备及野外施工的实际情况，我们开展了自动焊机焊接数据采集及传输（以下简称焊接数据采集）的研究，对现有自动焊机进行改造，重点是通过4G网络将自动焊机的焊接数据实时传输到PC服务器中收集汇总，自动生成相关报表，用于对焊接质量的管理和控制。

焊接数据采集主要分为数据生成、传输、接收三个部分：

1.数据生成

焊接数据的生成由焊机完成。由于每个焊机品牌的控制系统采用的硬件不同，因此需要针对不同的控制系统开展研究工作。此次研究所使用的自动焊机，内置了电流、电压、速度等传感器，可人工输入焊机、焊工、焊口编号等数据。焊机的控制系统控制芯片，通信规格支持RS485及RS232等通讯标准协议。

在传输之前，确定设备ID、每个参数的名称、采样寄存器编号、采样数据长度及数据类型、采样频次等。

2.数据传输

由于我公司的焊机使用环境为野外不固定场所，因此需要使用移动网络进行数据传输。我们选用了无线透传数据传输技术，支持各运营商的2/3/4G网络及数据透明传输模式，可将MODBUS串行通讯协议转换成TCP/IP协议，与PC服务器进行通讯。

在透传工作之前，需要使用配置工具进行设置。首先将通信波特率、校验位、数据位、停止位等串口通信协议数据设置为与焊机PLC相同，包括波特率、校验位、数据位和停止位等参数数据；然后选择工作模式为网络透传，并设定接收数据的服务器地址及传输端口，。数据包的发送方式为与服务器建立连接时向服务器发送一次，数据类型为自定义。

透传工作中，要在服务器端进行数据接收测试。焊接数据通过焊机的RS485接口进行通信，我们在建立连接后，在数据发送窗口输入测试数据，数据接收窗口中能接收到正确的数据即为配置正确，如下图所示，数据传输成功。

3.数据接收

采用计算机编程语言编写计算机软件进行数据转换，并将转换后的数据按格式要求存储到数据库中。我们在软件中建立了配置文件对相关参数进行设置，使软件能够与焊机通信，并且能接收到正确的数据。配置文件主要分成三个部分：服务器配置、数据库配置和设备节点配置。

服务器部分描述了与焊机建立连接的相关参数，包括监听的端口号、设备连接超时时间、最大设备连接数量等。

数据库配置部分描述了数据库的接入方式以及数据存储表格格式，包括服务器地址、用户信息、数据表中各个应用字段参数、数据来源及数据类型等。

设备节点配置部分描述了焊接设备接入参数以及通讯协议，包括了设备名称、采样参数名称、采样寄存器编号、采样周期、采样间隔时间、采样指令等。

至此，焊接数据采集的工作流程全部完成，在焊机启动后，工作数据会自动实时传输到服务器数据库中进行存储。下一步是对数据库中采集到的数据进行处理利用，可以实现焊接参数超范围报警或者施焊环境变化报警等功能，也可以分析统计焊接操作人员水平、焊接纪律、焊接质量、焊接工效等，在此不再赘述。为了应对野外焊接工作风沙大，气温变化大等情况，我们将数据传输模块集成到了全自动焊接工作站中，以适应各种工况环境。

结束语：

在焊接工程中，每一道焊口完成后都要对相关数据进行采集填报。在实际工作中，要求填报的数据量较大、重复低效，加上焊工经过一天的作业，身心俱疲，对数据填报有抵触心理，极易出现数据填报错误、时间滞后等情况。随着焊接数据自动采集及传输的实现，可以极大的减轻人工数据采集量，提高数据的准确性和时效性。掌握焊机数据采集的原理及相关知识，在对现有的焊机进行改造时，成本也能得到有效控制。

参考文献：

陈波；GTAW焊接过程数据采集与系统控制器研制[D]；上海交通大学；2007年

郭磊；熔化极气保焊过程实时监测与质量分析系统研究；南京理工大学；2007年

钟剑文；焊接设备的网络化数据采集与管理；西南交通大学；2015年