CN102681507A - 一种用于考核焊工作业状况的评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于考核焊工作业状况的评价方法及装置，对现场作业的焊工进行远程监管，以确保焊接的质量。实时监控现场所有在作业焊工所使用的焊机工号，对在作业焊接电源进行远程监控，实时的监控气体流量、焊接电流、焊接电压是否符合焊接工艺规范的要求，以及监控焊接电源供电是否异常，并记录相关数据以备调用，装置由控制台，中位机和下位机三层架构组成，控制台与中位机采用以太网通讯，中位机与下位机间根据焊机工作环境分别可以采用CAN有线通讯、GSM无线通讯和智能卡应用三种方式。

Description

一种用于考核焊工作业状况的评价方法及装置

技术领域

本发明涉及一种焊工考核方法，特别涉及焊工作业过程焊接工艺参数的远程监控。

背景技术

焊接工艺是保证焊接质量的重要措施，是焊接过程中的一整套技术规定。一般有工艺部门制定焊接工艺，包括焊接方法、焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、工艺参数以及焊后热处理等。焊机一般都提供了人机操作界面，以供焊接人员设定焊接参数。焊接人员在作业时不能违反焊接工艺要求，设定超出规范的焊接参数，否则就可能导致焊机工作异常，造成焊接缺陷、焊接品质不良。

通常焊接现场环境恶劣，大量焊接人员同时作业，作业者可能为了追求焊接速度或个人偏好，而随意更改焊接参数，这样焊接的质量就得不到保证，甚至造成焊机长时间非正常工作而损坏焊机以及危害作业者的人身安全。为了让焊接人员进行规范作业，就必需对焊接现场的作业人员进行监督和考核。传统的监督和考核机制是工厂指定专门的技术人员在焊接现场进行巡视。然而，在大量焊接人员同时作业的焊接现场，采用传统的监督和考核机制效率低下，难以保证所有焊接人员在全过程作业时间内的操作都符合规范，而且这样会造成了人力资源的浪费。因此，亟须发明一套新的用于考核和监督焊工工作状况和装置，该装置应该是全自动智能化的管理系统。

发明内容

本发明提供了一种用于考核焊工作业状况的评价方法及装置，对现场作业的焊工进行远程监管，以确保焊接的质量。实时监控现场所有在作业焊工所使用的焊机工号，对在作业焊机进行远程监控，实时的监控气体流量、焊接电流、焊接电压是否符合焊接工艺规范的要求，以及监控焊接电源供电是否异常，并记录相关数据以备调用。

为了实现上述目的，本发明提出了气体流量规范系数、焊接电流规范系数、焊接电压规范系数、焊接电源空运行系数。气体流量规范系数等于焊接过程中实际气体流量与规定的气体流量的绝对值除以规定的气体流量值。焊接电压规范系数等于焊接过程中实际电压值与规定的焊接电压值的绝对值除以规定的焊接电压值。焊接电流规范系数等于焊接过程中实际电流值与规定的焊接电流值的绝对值除以规定的焊接电流值。送丝速度规范系数等于焊接过程中实际送丝速度值与规定的送丝速度值的绝对值除以规定的送丝速度值。焊接电源空运行系数等于焊接过程实际焊接时间除以焊接电源通电时间。

装置由控制台，中位机和下位机三层架构组成，第一层是控制台计算机完成系统的总控，第二层是中位机完成下位机与控制中心的数据交互，第三层是下位机完成焊接参数的采集和控制以及与焊工的交互。总控制台上安装有专用软件，包括用户管理模块，焊接数据管理模块，焊机监控模块。控制台与中位机采用以太网通讯，中位机包括主控模块、以太网接口模块，CAN总线接口模块，无线通讯模块，焊工身份信息验证与存储卡数据读写模块、人机交互模块。与下位机间根据焊机工作环境分别可以采用CAN有线通讯、GSM无线通讯和智能卡应用三种方式。

下位机由气体流量检测模块，焊接电流检测模块，焊接电压检测模块，送丝速度检测模块，焊工身份验证卡读取模块，人机交互模块，主控模块组成。主控模块对数据的采集和处理由微处理器完成，微处理器内含相关数据处理程序。下位机通过焊工身份验证与存储卡读写模块实现焊工身份验证，焊工只有通过身份验证才能操作焊机，焊工的身份信息由微处理器读取并发送至控制台，同时焊工身份验证与存储卡中可以根据需要保存焊接过程中相关的数据。人机交互模块通过键盘或者触摸屏输入相关焊接参数并通过液晶显示屏显示出来，完成与焊工的交互。焊接电流检测模块和焊接电压检测模块对焊接过程电流电压的检测通过霍尔传感器完成。送丝速度检测模块对送丝速度的检测通过检测送丝电机的反电动势值后推算完成。焊接电源供电控制模块由主控模块控制一交流接触器实现供电。

附图说明

说明书附图可以进一步说明本发明的结构特征，但并不限制本发明的应用。

图1为本发明的一个较佳的系统互连结构示意图。

图2为本发明的一个较佳的中位机结构示意图。

图3为本发明的一个较佳的下位机结构示意图。

图4为本发明的一个较佳的焊接参数检测和控制模块实施流程图。

图5为本发明的一个较佳的焊工身份验证与存储卡读写模块实施流程图。

具体实施方法

本系统的互连方式，如图1所示。第一层是控制台计算机完成系统的总控，第二层是中位机完成下位机与控制中心的数据交互，第三层是下位机完成焊接参数的采集和控制以及与焊工的交互。

控制台计算机是本系统的控制中心，由控制中心工作人员操作，完成系统的总控。本发明开发了用于上位机的控制软件，能够实时监控所有作业焊机的焊接参数(主要包括：气体流量、焊接电压、焊接电流、送丝速度等)、焊机工号、使用者身份信息，并且能够自动保存相关数据。控制台计算机可以采用一般的台式计算机或PC机，只需预装本系统上位机软件即可实现。

上位机软件主要包括用户登录界面、用户管理界面、监控主界面。用户登录界面可以设置登录密码，用户管理界面可以选择查看全部焊机、在作业焊机、未作业焊机，可以自动(或手动)分配每台焊机的工号，修改和保存焊接参数，并与中位机通讯。监控主界面实时监测各焊机的工作情况，能实时显示在线焊机的实时焊接参数等，并能以波形的方式显示出重要的参数(如：焊接电流、焊接电压)，当监控系统检测到焊机焊接参数超出所设定的参数，会发出报警信号提醒用户。

上位机与中位机的通讯采用以太网传输数据。

中位机是控制台计算机与下位机送行交互的枢纽。中位机接收控制台计算机发出的指令，进行数据转换后发送至下位机，实现控制中心对焊机的控制；下位机采集到的数据首先发送至中位机(此发送方式可以是有线数据传输和无线数据传输)，中位机进行数据转换后把数据发送至控制台计算机，实现控制中心对焊机的实时监视。中位机还具有读取焊工身份信息验证与存储卡的中数据的功能，采集到的数据进行处理后发送至控制台用于焊工的考核。

中位机由微处理器(单片机)设计完成，微处理器内含相关数据处理程序。如图2所示，主要包括：主控模块、以太网接口模块，CAN总线接口模块，无线通讯模块(或GSM模块)，焊工身份信息验证与存储卡数据读写模块、人机交互模块。

本发明中，中位机与下位机的通讯方式有三种，它们是：第一种，CAN总线数据传输模块；第二种，无线通讯(或GSM模块)数据传输模块；第三种，焊工身份信息验证与存储卡数据读写模块。三种通讯方式可根据需要，由控制中心指定同时使用或任意使用其中的一种或两种。控制中心依据焊接现场的环境状况和通讯成本来选择具体的通讯方式。需要说明的是当使用第三种通讯方式时，需预先将焊工的身份信息输入到下位机中，以供焊工身份验证。

在此给出一种选择实例以供参考，如果焊接现场现阶段焊机不需远距离，则可采用CAN中线通讯方式；如果焊接现场现焊机需要经常移动，或采用有线通讯不便时，可采用无线通讯方式；如果焊接现场焊机需要经常移动，且焊接现场无法进行无线通讯，则可采用第三种通讯方式，即把焊接全程的相关数据保存到焊工的身份识别卡中，焊工作业完毕需将自己的焊工身份信息验证与存储卡插入中位机进行考核。

身份验证卡可采用普通IC存储卡或其他存储卡(本发明中提供SIP接口模式)。

中位机人机交互模块由液晶屏和键盘组成，提供普通用户模式和管理员模式。普通用户模式用于简单的人机交互操作，焊工可使用此模式进行身份验证和考核；管理模式需输入密码，由专门人员进行设置，也可直接通过控制台计算机进入管理模式。

下位机系统控制的具体实现结构，如图3所示，主要由主控模块、气体流量检测模块、焊接电压检测模块、焊接电流检测模块、送丝速度检测模块、焊接电源控制模块、焊工身份信息验证与存储卡读写模块、人机交互模块组成。

主控模块是下位机的核心，由微处理器(单片机)设计完成，微处理器内含相关数据处理程序。完成相关焊机参数的实时采集和控制、焊工身份验证卡数据读取、焊接作业全程相关数据到焊工身份验证卡的保存、并完成与上位机的通讯和与焊工的交互。

气体检测和控制模块，包括气体流量检测模块。气体流量检测模块采用气体流量传感器，该传感器可把气体流量信号转换为电压信号，下位机处理器通过A/D采样后(也可采用全数字式的气体流量计，则可直接与微处理器接口省去A/D采样的步骤)，根据换算关系即可得到气体流量数据。本发明提出了气体流量规范系数等于焊接过程中实际气体流量与规定的气体流量的绝对值除以规定的气体流量值的定义。

参考附图4，一次气体检测和控制监控过程简述如下：

1).焊机作业时首先由控制中心预设气体流量规范规定范围值，下位机处理器保存此数值。

2).焊接过程中下位机处理器实时采集焊接过程中的气体流量值，并发送至中位机。

3).下位机处理器根据气体流量规范系数的定义，计算出气体流量规范系数的实际值并与控制中心预设的气体流量规范系数作差取其绝对值。

4).如果此绝对值超出了控制中心预设的误差上下限数值范围，则发出报警信号并请求控制中心处理。

5).进入下一次监控。

焊接电流(和电压)检测和控制模块，包括焊接电流(和电压)检测模块和焊接电流(和电压)控制模块。焊接电流(和电压)检测模块采用霍尔传感器完成，霍尔传感器可以把焊接中的大电流(大电压信号)成比例的转换成小电压信号以供微处理器采集。

本发明提出了焊接电流(和电压)规范系数等于焊接过程中实际电流(和电压)值与规定的焊接电流(和电压)值的绝对值除以规定的焊接电流(和电压)值的定义。

参考附图4，一次焊接电流(和电压)检测和控制监控过程简述如下：

1).焊机作业时首先由控制中心预设焊接电流(和电压)规范范围值，下位机处理器保存此数值。

2).焊接过程中下位机处理器实时采集焊接过程中的焊接电流(和电压)值，并发送至中位机。

3).下位机处理器根据焊接电流(和电压)规范系数的定义，计算出焊接电流(和电压)规范系数的实际值并与控制中心预设的焊接电流(和电压)规范系数作差取其绝对值。

4).如果此绝对值超出了控制中心预设的误差上下限数值范围，则发出报警信号并请求控制中心处理。

5).进入下一次监控。

送丝速度检测和控制模块，包括送丝速度检测模块和送丝速度控制模块。送丝速度检测模块对送丝速度的检测通过检测送丝电机的反电动势值后推算完成。微处理器通过A/D采样送丝电机的反电动势值，经过简单的计算就可得到送丝速度。

本发明提出了送丝速度规范系数等于焊接过程中实际送丝速度值与规定的送丝速度值的绝对值除以规定的送丝速度值的定义。

参考附图4，一次送丝速度检测和控制监控过程简述如下：

1).焊机作业时首先由控制中心预设焊接送丝速度规范范围值，下位机处理器保存此数值。

2).焊接过程中下位机处理器实时采集焊接过程中的送丝速度值，并发送至中位机。

3).下位机处理器根据焊接送丝速度规范系数的定义，计算出焊接送丝速度规范系数的实际值并与控制中心预设的焊接送丝速度规范系数作差取其绝对值。

4).如果此绝对值超出了控制中心预设的误差上下限数值范围，则发出报警信号并请求控制中心处理。

5).进入下一次监控。

焊接电源供电控制模块由主控模块控制一交流接触器实现供电。当前焊机空载时间过程或者没有用户登录使用时，切断焊机电源，降低能耗。

身份验证与存储卡读写模块。微处理器通过SPI总线协议来完成与焊工身份验证卡的数据交互。焊工只有通过身份验证才能操作焊机。

参考附图5，一次焊工身份验证的过程简述如下：

1).焊工把自己的身份验证与存储卡插入下位机的身份验证与存储卡读写模块提供的卡槽中。

2).下位机微处理器检测到有身份验证与存储卡时，通过SPI总线读取焊工信息，并把此信息发送到中位机，以供控制中心验证焊工身份。需要说明的是如果下位机与中位机的数据传输方式使用的是第三种通讯方式时，则焊工身份信息以存储在了下位机微处理器中，下位机不需发送数据到中位机。

3).当焊工信息得到确认后，微处理器控制液晶显示器，显示焊工身份信息，等待焊工确认；如不存在此焊工身份信息，则发出报警信号。

4).得到焊工确认后，微处理器控制焊机开启，并在液晶显示器上输入相关信息，提示焊工可以使用该焊机。

5).下位机微处理器实对采集和控制焊机参数，并把采集到的焊机参数发送至上位机。需要说明的是，如果下位机与中位机的数据传输方式使用的是第三种通讯方式时，则采集到的焊机参数信息不需发送至上位机，而直接通过SPI总线，把数据保存至该焊工的身份验证与存储卡中。

6).当焊工作业完毕时，通过相应按键或触屏，输入关机信号，下位机微处理器，保存相关数据后，实现软关机。

下位机人机交互模块由液晶屏和键盘组成，提供普通用户模式和管理员模式。普通用户模式用于简单的人机交互操作，焊工可使用此模式进行身份验证和焊机的操控；管理模式需输入密码，由专门人员进行设置，也可直接通过控制台计算机进入管理模式。

Claims (18)

1.一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：评价方法的考核指标包括气体流量规范系数、焊接电流规范系数、焊接电压规范系数、送丝速度规范系数、焊接电源空运行系数。

2.根据权利要求1所述的一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：气体流量规范系数等于焊接过程中实际气体流量与规定的气体流量的绝对值除以规定的气体流量值。

3.根据权利要求1所述的一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：焊接电压规范系数等于焊接过程中实际电压值与规定的焊接电压值的绝对值除以规定的焊接电压值。

4.根据权利要求1所述的一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：焊接电流规范系数等于焊接过程中实际电流值与规定的焊接电流值的绝对值除以规定的焊接电流值。

5.根据权利要求1所述的一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：送丝速度规范系数等于焊接过程中实际送丝速度值与规定的送丝速度值的绝对值除以规定的送丝速度值。

6.根据权利要求1所述的一种用于考核焊工作业状况的评价方法，其特征是：焊接电源空运行系数等于焊接过程实际焊接时间除以焊接电源通电时间。

7.一种用于权利要求1所述的考核焊工作业状况的评价方法的用于考核焊工作业状况的装置，其特征是：该装置由总控制台，中位机和下位机三层架构组成，第一层是控制台计算机完成系统的总控，第二层是中位机完成下位机与控制中心的数据交互，第三层是下位机完成焊接参数的采集和控制以及与焊工的交互。

8.根据权利要求7所述的用于考核焊工作业状况的装置，其特征是：总控制台上安装有专用软件，包括用户管理模块，焊接数据管理模块，焊机监控模块。

9.根据权利要求7所述的用于考核焊工作业状况的装置，其特征是：中位机由主控模块，以太网接口模块，CAN总线接口模块，GSM无线通讯模块，焊工身份信息验证与存储卡数据读写模块、人机交互模块。

10.一种用于权利要求7所述的用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：下位机由主控模块，焊工身份验证卡读取模块，人机交互模块，CAN总线接口模块，GSM无线通讯，气体流量检测模块，焊接电流电压检测模块，焊接电压检测模块，送丝速度检测模块模块，焊接电源供电控制模块组成。

11.根据权利要求7所述的用于考核焊工作业状况的装置，其特征是：总控制台与中位机的通讯采用工业以太网数据传输方式。

12.根据权利要求7所述的用于考核焊工作业状况的装置，其特征是：中位机与下位机的通讯根据焊机工作环境特别分别可以采用CAN有线通讯、GSM无线通讯和智能卡应用三种方式。

13.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：主控模块对数据的采集和处理由微处理器完成，微处理器内含相关数据处理程序。

14.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：焊工通过焊工身份验证卡读取模块实现焊工身份验证，焊工只有通过身份验证才能操作焊机。

15.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：人机交互模块通过键盘或者触摸屏输入相关焊接参数并通过液晶显示屏显示出来，完成与焊工的交互。

16.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：焊接电流检测模块和焊接电压检测模块对焊接过程电流电压的检测通过霍尔传感器完成。

17.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：送丝速度检测模块对送丝速度的检测通过检测送丝电机的反电动势值后推算完成。

18.根据权利要求10所述的一种用于考核焊工作业状况的装置的下位机，其特征是：焊接电源供电控制模块由主控模块控制一交流接触器实现供电控制。

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