CN104507622B - 在恶劣环境中用于控制工业装置的无线通信网络提高的健壮性 - Google Patents

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Abstract

在某些实施方案中，一种系统包括主节点设备。所述主节点设备包含：通信电路，其被配置为便于经由长距离通信链路与焊接电源单元进行通信，并便于经由短距离无线通信网络与一个或更多个焊接相关设备进行无线通信。主节点设备还包括配置成经由所述短距离无线通信网络不断地提高通信电路与一个或更多个焊接相关设备之间的无线通信的可靠性的控制电路。

Description

在恶劣环境中用于控制工业装置的无线通信网络提高的健 壮性
相关申请的交叉引用
本申请是2012年8月17日提交的、名称为“Wireless Communication NetworkImproved Robustness for Control of Industrial Equipment in Harsh Environments(在恶劣环境中用于控制工业装置的无线通信网络提高的健壮性)”的美国临时专利申请No.61/684，525的非临时申请，在此以参见方式引入该临时申请的全部内容。
背景技术
本发明总体涉及在工业装置间的通信，更具体来说是指在恶劣环境中用于控制工业装置的无线通信网络。
焊接相关设备，例如是焊丝送料器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器、焊接脚踏板等，通常在远离电源例如焊接电源单元的焊接位置被操作。举例来说，这样的远程焊接位置可以是距离电源高达甚至大于300英尺。因此，通常用长的线缆延伸至这些远程焊接位置，而这是非常不方便的。另外，在特定的焊接应用中，如在船只建造应用中，会在任何给定时间在相对狭小区域中使用多个远程焊接位置，由此会加剧延伸线缆至这些远程焊接位置带来的问题。此外，在这样环境中使用无线通信技术有迄今为止被证明存在问题，至少由于噪音考虑(通常会阻碍无线通信)，安全方面的考虑等。
简要说明
当参照附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面以及优点将更好地被理解，在所有附图中相似的标记表示相似的部件，其中：
在一个实施例中，系统包含主节点设备。该主节点设备包含通信电路，通信电路配置为适合通过一个长距离通信链路与焊接电源单元进行通信，以及适合通过短距离无线通信网络与一个或更多个焊接相关设备进行无线通信。主节点设备还包括配置成经由短距离无线通信网络不断地提高通信电路与一个或更多个焊接相关设备之间的无线通信的可靠性的控制电路。
在另一实施例中，方法包括经由短距离无线通信网络在一个或更多个焊接相关设备与主节点设备之间进行无线通信。该方法还包括经由长距离无线通信链路在主节点设备和焊接电源单元之间进行通信。该方法进一步包括不断地提高短距离无线通信网络的可靠性。
在另一实施例中，无线通信网络包括一个或更多个焊接相关设备。一个或更多个焊接相关设备包含焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板。该无线通信网络还包含焊接电源单元，其配置为将来自于电网的功率转换为使用一个或更多个焊接相关设备执行焊接操作所用的功率。该无线通信网络进一步包括主节点设备，其配置为便于经由短距离无线通信网络在一个或更多个焊接相关设备和主节点设备之间进行无线通信，便于经由长距离通信链路在主节点设备和焊接电源单元之间进行通信，以及经由短距离无线通信网络不断地提高主节点设备与一个或更多个焊接相关设备之间的无线通信的可靠性。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面以及优点将更好地被理解，在所有附图中相似的标记表示相似的部件，其中：
图1是根据本发明实施例的可以使用无线通信网络技术的焊接系统的一个实施例示意图；
图2是根据本发明实施例的图1的焊接系统的一个实施例的图表性示意图，其中焊接系统的许多焊接装置和附件组成了本地无线网络，其能够与相关联的焊接电源单元通信，该焊接电源单元可以位于远离焊接系统的焊接装置和附件的位置；
图3是根据本发明实施例的包含多个同时操作的焊接系统的焊接应用的一个实施例的图表性示意图，每个焊接系统具有自己的本地无线网络和相关的焊接支持单元；
图4是根据本发明实施例的焊接系统的示例性通信系统的图表性示意图，该通信系统在该焊接电源单元的后端执行外部通信设备连接；
图5是根据本发明实施例的焊接系统的示例性通信系统的图表性示意图，该通信系统在该焊接电源单元的前端执行外部通信设备连接；
图6是根据本发明实施例的连接于距离延伸型无线路由器的示例性本地无线网络的图表性示意图；
图7是根据本发明实施例的通过主节点设备和焊接电源单元(或其它任何附属节点)上相应的关联按钮的同时按压，实现主节点设备和焊接电源单元之间相互关联的图表性示意图；
图8是根据本发明实施例的示例性焊接电源单元、主节点设备和焊接装置/附属节点设备的图表性示意图，示出了适于执行本地无线网路操作的每个设备的内部电路；以及
图9是根据本发明实施例的多个主节点设备和相关联的本地无线网络(如焊接单元)的嵌合型网络拓扑图表性示意图，其能够彼此通信并分享关于彼此能力的信息，由此实现从多个传感器传输传感器数据。
具体实施方式
回到附图，图1是根据本发明实施例的可以使用无线通信网络技术的焊接系统10的实施例示意图。应当理解，虽然这里描述的焊接系统10被具体为气体金属电弧焊接(GMAW)系统10，但是这里公开的无线通信网络技术也可以用于其他电弧焊接工艺(如FCAW、FCAW-G、GTAW、SAW、SMAW、或类似的电弧焊接工艺)。更具体来说，如下更详细描述的，用在焊接系统10中的所有装置和附件均可配置为相互间无线通信、以及与中央式或分布式焊接控制系统通信。该焊接系统10包括焊接电源单元12，焊接送丝器14，供气系统16，以及焊枪18。该焊接电源单元12总体地给该焊接系统10和其他各种附件供电，并可以通过焊接线缆20与焊接送丝器14相连接，以及使用具有夹子26的导缆24与工件22相连接。在所示出的实施例中，该焊接送丝器14通过焊接线缆28与焊枪18相连接，以在焊接系统10操作期间向焊枪18提供焊丝以及电能。在另一实施例中，焊接电源单元12可以与焊枪18相连接以直接向焊枪18提供电源。
如图1所示的实施例，该焊接电源单元12总体可以包括功率转换电路，其能够从交流电源30(如：AC电网，引擎/发电机设备，或其组合)接收输入功率，调节输入功率，并通过焊接线缆20提供DC或AC输出功率。由此，根据焊接系统10的要求，焊接电源单元12可以向焊接送丝器14供电，焊接送丝器14又向焊枪18供电。终止于夹子26的导缆24将焊接电源单元12连接至工件22以闭合焊接电源单元12、工件22、和焊枪18之间的电路。该焊接电源单元12可包含电路元件(如变压器、整流器、开关等)，根据焊接系统10的要求(例如基于该焊接系统10执行的焊接工艺类型等)，其能够将交流(AC)输入功率转换为直流正极输出(DCEP)，直流阴极(DCEN)输出、直流可变极性、或可变均衡(如：均衡的或非均衡的)交流输出。
如焊接系统10所示，其包含可提供保护气体或保护气体混合物给焊枪18的供气系统16。在所示实施例中，供气系统16通过气体导管32直接与焊枪18相连接，气体导管32是来自焊接电源单元12的焊接线缆20的一部分。在其它实施例中，供气系统16可换成与焊接送丝器14相连接，以及该焊接送丝器14可以调节从供气系统16到焊枪18的气体流量。这里所指的保护气体可以指任何可以提供给电弧和/或焊接池的气体或气体混合物，以提供特定的局部气氛(如：保护电弧、改进电弧稳定性、限制金属氧化物的形成、改进金属表面湿度、改变焊接沉积物的化学成分等)。
另外，在一些实施例中，其他焊接装置和焊接附件(如：焊接相关设备)也可以用在焊接系统10中。例如，在大部分的焊接应用中，焊接系统10中的操作员会佩戴焊接头盔34。该焊接头盔34提供对焊接系统中操作员的保护，尤其保护操作员的眼睛不受在焊接操作中与焊弧相关的闪光。另外，在一些实施例中，焊接头盔34可以给操作员提供关于焊接操作参数的反馈。例如，焊接头盔34可以包含内部显示屏，显示屏构造成在焊接操作中显示焊接参数给操作员。另外，在一些实施例中，焊接悬持控制器36可用于在焊接送丝器14和焊枪18之间通信。该焊接悬持控制器36是可用于远离相关的焊接电源单元12和/或焊接送丝器14的焊接应用的设备，但仍然给远程焊接电源单元12和/或焊接送丝器14提供基本相同的显示器和输入装置。换句话说，当使用相关的远程焊接电源单元12和/或焊接送丝器14上的控制面板不可行或不切实际时，焊接悬持控制器36可以用作远程控制面板。另一方面，在一些实施例中，脚踏板38也可用在焊接系统10中。脚踏板38可用于调整焊接电源单元12和/或焊接送丝器14的焊接参数。例如，当焊接系统10的操作员压下脚踏板38时，从焊接送丝器14和/或焊接电源单元12的焊丝送料速度和/或焊接电流会被增加。
图1所示的焊接装置和附件仅是示例性而非限制性的。许多其他类型的焊接装置和附件也可与焊接系统10结合使用。如下面更详细描述的，与焊接系统10关联使用的所有焊接装置和附件可以被配置为相互可无线通信，以及与中央式和/或分布式焊接控制系统通信。更具体地，本文描述的无线通信网络技术包括智能无线节点和至工业装置的电接口(例如，在图1所示的示例性的焊接装置和附件中)，用于无线地控制和协调与其它工业装置及其之间的命令和数据通信，这样通信网络能够在工业设备之间无缝和安全地交换焊接参数以及作业信息和其他用户数据。这样的无线通信网络技术，使焊接人员或其他工业设备的人员(其在通信原理、射频技术或信息技术领域具有很少经验或没有经验)能够容易地组装和操作包括多个不同装置和附件(例如图1所示的焊接装置和附件)的无线通信网络。本文中所描述的无线通信网络技术使得上述人员可以方便和直观地在作业地点手动组装无线网络，并开始使用这样的无线网络以执行焊接装置和附件的安全和可靠的控制，以及在焊接车间，或在远离焊接车间的区域与其他各方交换信息。
图2是根据本发明实施例的图1中焊接系统10的图表性示意图，所示焊接系统10的许多焊接装置和附件(如：焊接送丝器14、焊枪18、焊接头盔34、焊接悬持控制器36、脚踏板38等)形成了本地无线网络40，其与相关的焊接电源单元12通信，焊接电源单元12可以位于远离焊接系统10的焊接装置和附件的位置(如：高达甚至大于300英尺)。更具体来说，焊接系统10中的每个焊接装置和附件都可以具体地配置为与主节点设备42进行无线通信，主节点设备42又与焊接系统10的相应焊接电源单元12相通信。这样，本地无线网络40形成了在主节点设备42和焊接系统10中的焊接装置和附件(如：通过本地无线连接44)间的星形配置，且本地无线网络40与相应的焊接电源单元12通过主节点设备42无线通信(如：通过长距离通信连接46)，主节点设备42作为本地无线网络40的网络控制器。如下述内容更详细所述，在一些实施例中，长距离通信连接46可以是长距离无线通信连接(如：使用无线通信技术)，如图2所示。但是，在其它实施例中，长距离通信连接46可以是长距离有线通信连接(例如使用有线通信技术)。实际上，在某些实施例中，主节点设备42可以配置为与焊接电源单元12以无线模式和有线模式两者(或者两者之一，视操作条件而定)通信。
可以理解的是，在任何特定的工业环境，一个以上的焊接系统10可彼此间相对近距离使用。例如，在船只建造应用中，具有若干相关的焊接电源单元12的若干焊接系统10可以在任何给定时间用在正在建造的船只上。在这种情况下，可以建立多个本地无线网络40(例如，每个焊接系统10用一个)。图3是具有多个同时操作的焊接系统10的焊接应用48的实施例的图表性示意图，每个焊接系统10具有自己的本地无线网络40和相关的焊接电源单元12。如图3所示，一些焊接系统10可具有各自的焊接电源单元12，其位于相应的本地无线网络40的本地无线覆盖区域中(例如，在某些实施方案中在约20-25英尺之内)，然而许多其他焊接系统10可以具有它们各自的焊接电源单元12，其位于相应的本地无线网络40的本地无线覆盖区域之外。另外，许多本地无线网络40的本地无线覆盖区域会重叠。如下面更详细描述的，本文所指的无线通信网络技术致力于解决这类重叠无线覆盖可能出现的任何问题。
图4是根据本发明实施例公开的焊接系统10的在电源单元12的后端执行外部通信设备连接的示例性通信系统50的图表性示意图，图5是根据本发明实施例公开的焊接系统10的在电源单元12的前端执行外部通信设备连接的示例性通信系统50的图表性示意图。这里所描述的通信系统50规定了配置为特定星形结构的本地无线网络40，由彼此在合理短距离之内的各种焊接装置/附属节点设备52(如：焊接送丝器14、焊枪18、焊接头盔34、焊接悬持控制器36、脚踏板38等)和网络控制器(如：主节点设备42)构成。例如，合理短距离可以是距离主节点设备42约20-25英尺，在特定的实施例中，可以是距离主节点设备42约10英尺至约50英尺的范围内、距离主节点设备42约15英尺至40约英尺的范围内、距离主节点设备42约20英尺到约30英尺范围内、或其他适当的范围。本地无线网络40的物理尺寸(如：无线传输距离)既非必须是固定的，其也并非本地无线网络40正确操作的绝对要求条件。举例来说，在特定实施例中，本地无线网络40的操作(如：无线传输)距离可以是主节点设备42的参数，其可通过主节点设备42自动调节以提供最优无线通信链路质量。尽管不是固定参数或并非本地无线网络40操作的绝对要求条件，但本地无线网络40的距离(如：无线操作距离)越近，则无线通信链路的完整性就会保持得越高。例如，行进更短距离的射频(RF)波将总体上保持更高的通信链路完整性。此外，本地无线网络40的更短的通信距离甚至会进一步提高本地无线网络40的安全性，以及保证其他本地无线网络40不会潜在地相互干扰。
来自各个装置/附属节点设备52的通信业务被送到主节点设备42，该主节点设备用作路由器和优先次序控制器，并且如图4和5所示，其最终以适当的顺序路由正确的消息并将其发送到它们的最终目的地。更具体地，在某些实施方案中，主节点设备42与焊接系统10的焊接电源单元12经由作为长距离通信连接46的射频(RF)通信链路而通信。因此主节点设备可以不使用有线通信而与焊接电源单元12通信，焊接电源单元12所在位置可以距离主节点设备42高达甚至大于300英尺。然而，在某些实施方案中，当条件不允许所述主节点设备42与相关联的焊接电源单元12之间通过长距离通信连接46通信时，焊接线缆20，28(或专用数字链路连接)可以被用作备用通信信道。
在一些实施例中，所用焊接送丝器14邻近本地无线网络40，并远离焊接电源单元12，主节点设备42可以连接在图1所示的焊接线缆20的端部，邻近例如焊接送丝器14。类似地，在一些实施例中，所用焊接送丝器14远离本地无线网络40(如：接近焊接电源单元12)，主节点设备42可以连接在如图1所示的焊接线缆28(或专用数字通信线缆)的端部，邻近例如焊枪18。如上所述，主节点设备42是与本地无线网络40相关联的无线设备，并通过其物理位置靠近焊接操作而使得至焊接电源单元12的较长距离的链路延伸覆盖或能够覆盖通常被物理障碍物如金属或致密混凝土墙，土墩等阻断的区域。远距离通信连接46(例如，在某些实施方案中的RF通信链路)被认为是与本地无线网络40的特殊的链路，这是因为施加在其上的物理限制，如较长的信号传播距离、可能的射频视线损失、多径效应导致的过度反射，较低的RF传输功率等等。
由用户组装的本地无线网络40将是安全的，只要仅允许具有适当的证书并具有同步“用户目的”信息的装置及附件与本地无线网络40“关联”。另外，主节点设备42被允许仅仅控制一个焊接电源单元12。在某些实施方案中，源于本地无线网络40的控制和通信数据的最终目的地是各个焊接装置/附属节点设备52。举例来说，如图4和5所示，焊接电源单元12允许在本地无线网络40的覆盖区域内工作的操作员控制所述焊接电源单元12，以及从焊接电源单元12读取操作参数(例如，电压和电流设置，接触器开/关状态，等等)。在图4所示的实施例中，焊接电源单元12可通过各种硬件接口(例如，焊接电源单元12的“后端)提供将数据从本地无线网路40传送至因特网54上的远程位置(例如，至云存储)的途径，例如但不限于：蜂窝网络通信56，WiFi接入58，有线以太网连接60(例如，局域网(LAN))，全球定位系统(GPS)62，等。
本地无线网络40，通过执行本文中所描述的特殊的安全特征，连接到所谓焊接电源单元12的“前端”或将由本地无线网络40控制的其它工业装置。访问前端允许完全控制正常的用户界面的闭锁(例如，在焊接电源单元12上)和电源，以确保人员安全。控制原理是，在任一时刻，可以仅有一个与焊接电源单元12相关联的焊接装置和附件(例如，焊接装置/附属节点设备52)的控制人员。本地无线网络40执行几个安全特征，以防止未经授权访问本地无线网络40，从而防止未经授权访问被控设备(例如，焊接电源单元12)的前端。
从所述焊接电源单元12的前端到焊接电源单元12的“后端”(通过其来进行焊接电源单元12的往来通信)的数据传送，并且反之亦然，可以通过专有安全防火墙(例如，在焊接电源单元12之内)来控制，专有安全防火墙被设计为满足设备安全的所有要求并被授权访问本地无线网络40中产生的数据。在焊接电源单元12不执行后端连接到外部(公共)网络的情况下(参见例如图5)，在(例如所述焊接电源单元12的)前端提供网关的方法允许访问因特网54(例如，访问云存储，或其他中央式和/或分布式控制系统)。这样，在焊接电源单元12不具有执行后端连接到互联网54所需的硬件和/或软件的情况下，一个特殊的网关设备可以被实现，它提供了所述连接。例如，这种类型的连接可以在加密狗型设备64中执行，当连接到任何一个或所有的蜂窝网络通信56、所述WiFi接入58、所述有线以太网连接60、所述GPS 62等时，其可以实现前端功能和后端功能两者。这样的加密狗型设备64可以插入到焊接电源单元12上的易于接入的连接器，允许加密狗型设备64汲取各种通信链路全时维持所需的功率。有利的是，该领域已有的较旧的焊接电源单元12可以改装这样的加密狗型设备64，除了数据访问因特网54之外，还允许它们提供焊接电源单元12的智能控制。也就是说，从焊接电源单元12的无线节点的连接可以内置于焊接电源单元12或支持作为加密狗型装置64，其可插入在焊接电源单元12中形成的某个接入端口连接器。
主节点设备42是一种设备，其保持与焊接系统10的焊接电源单元12的较长距离(例如，高达或甚至超过300英尺长)的通信连接46，使得两者之间的链路的数据的完整性是比较高的，同时提供故障操作安全模式。主节点设备42还控制由各个焊接装置/附属节点设备52形成的本地无线网络40，以及保持与这些焊接装置/附属节点设备52的相对较高的链路服务质量(LQS)，其中焊接装置/附属节点设备52已经成功关联于本地无线网络40。在主节点设备42和焊接电源单元12之间的长距离通信连接46可以是RF链路或“差分信号”模式的硬线数字通信，例如但不限于：RS-485，RS-422，RS-644等。
在某些实施方案中，主节点设备42可以在物理上位于图4和5所示任何焊接装置/附属节点设备52的外壳内或其附近。换言之，在某些实施方案中，主节点设备42可以在焊接送丝器14中、焊枪18中、焊接头盔34中、焊接悬持控制器36中、脚踏板38中等被实现。例如，如上所述，焊接送丝器14供给各种类型和尺寸的焊丝给焊枪18，以完成焊接行为。送丝器通常从焊接电源如焊接电源单元12获取输入，并产生与通过焊接线缆(例如，图1所示的焊接线缆20，28)传送的能量对应的焊丝供给速度给焊枪(例如，焊枪18)。在某些实施方案中，主节点设备42的功能可以在焊接送丝器14的外壳(例如，壳体)内被实现。
作为另一个实例，如上所述，焊接头盔34是戴在焊接系统10的操作者的头部的设备，并且其为操作人员的眼睛防护紫外(UV)射线和在焊接过程中产生的碎片。焊接头盔34还可以提供数据给操作者(例如，通过使用焊接头盔34内的显示面板或其他指示灯)，该数据涉及焊接电源单元12上当前设置的焊接参数，例如电压，电流，接点闭合状态，等等。焊接头盔34还可以发送数据到焊接电源单元12，其中，该数据由操作者产生(例如，通过激活按钮，键盘，以及在焊接头盔34上的其他用户界面元素)。在某些实施方案中，主节点设备42的功能可在焊接头盔34内被实现。
作为另外的实例，如上所述，焊接悬持控制器36通常是一个电池供电的手持式设备，其具有图形显示器或7段显示器来提供用户界面，以允许操作员观察焊接电源单元12(以及在某些实施方案中，焊接送丝器14)的设置和焊接参数，以及将命令发送到焊接电源单元12(以及在某些实施方案中，焊接送丝器14)，以实现在各种模式的操作。在某些实施方案中，焊接悬持控制器36具有若干控制按钮，允许焊接电源单元12的操作员进行控制。另外，来自本地无线网络40的各种焊接装置/附属节点设备52的其它信息可被显示在焊接悬持控制器36上，和/或从焊接悬持控制器36发送给本地无线网络40的其他焊接装置/附属节点设备52。在一些实施例中，主节点设备42的功能可在焊接悬持控制器36中被实现。
作为另外的实例，如上所述，脚踏板38是位于地板上的设备，它允许焊接系统10的操作员按下其顶部平台，以将某些对电压、电流、接触器状态等的调节作为信号发送给焊接电源单元12(以及在某些实施方案中，焊接送丝器14)。在某些实施方案中，主节点设备42的功能可以在脚踏板38的主体内被实现。此外，在某些实施方案中，主节点设备42的功能可以在焊枪18的主体内被实现。
如图4和5所示，本地无线网络40还可以包括多个传感器66，其在某些实施方案中可以是电池供电的射频设备，射频设备可以与任何附近的主节点设备42进行通信。传感器66可以通过主节点设备42发送数据，使得数据可被上传到互联网54。在某些实施方案中，传感器66甚至实际上可以不与特定的本地无线网络40的操作相关联。换句话说，某些传感器66可以不用于控制与其所通信的主节点设备42关联的焊接电源单元12。然而，传感器66仍可被允许使用本地无线网络40并与任何本地无线网络40自由关联，以便允许将其数据有效载荷运送到特定目标(例如，云存储或其他中央式和/或分布式控制系统)。换言之，主节点设备42可被用于实现传感器66的数据通信，无论传感器66是否是用于焊接操作的焊接系统10的一部分，并且不需要任何手动关联装置来加入本地无线网络40。
在使用长距离无线通信连接46的一些情况中，主节点设备42和焊接电源单元12之间的受控距离可长于主节点设备42的RF波(或其它无线信号)可行进的距离而不会有(或有可接受的)完整性损失。因此，在这些情况下，一个距离延伸无线路由器68可以用于桥接主节点设备42和相关联的焊接电源单元12之间的间隙。图6是根据本发明实施例的连接到距离延伸无线路由器68的示例性本地无线网络40的图表性示意图。距离延伸无线路由器68与主节点设备42的理想距离可以是约300英尺，并且如果主节点设备42和相关联的焊接电源单元12之间的距离明显大于300英尺，距离延伸无线路由器68可以位于主节点设备42和相关联的焊接电源单元12之间。
在某些实施方案，如在下面更详细描述的，当焊接系统10的操作者手持两个靠近的设备(例如，在在大约两英尺之内)，并同时按下每台设备上的“关联”按钮时，就形成了本地无线网络40的主节点设备42和各个焊接装置/附属节点设备52之间的关联。例如，图7是根据本发明实施例的通过同时按压在主节点设备42和焊接电源单元12(或任何其它附属节点)上的相应的关联按钮70而实现相互关联的主节点设备42和焊接电源单元12的图表性示意图。尽管所示为按钮70，但用于手动发起设备关联的任何合适的装置(例如，同步机构)也可以在某些实施例中使用，只要该同步机构充分传达焊接操作者的意愿而将这些设备加入控制和命令网络(例如，本地无线网络40)。各个焊接装置/附属节点设备52还包括用于手动地启动焊接装置/附属节点设备52与主节点设备42的关联的类似装置。因此所述关联过程接受用户意图以形成本地无线网络40，其一旦形成就将被用于维持网络会话，以控制和监控与主节点设备42相关联的焊接电源单元12。一旦本地无线网络40建立，附加的焊接装置/附属节点设备52可以通过在主节点设备42和附加的焊接装置/附属节点设备52之间重复关联过程被添加到本地无线网络40。
所述主节点设备42保持跟踪并控制与主节点设备42的本地无线网络40关联的焊接装置/附属节点设备52之间的通信的各个方面，直到控制会话结束。可以通过多种方式结束控制会话。例如，当主节点设备42被从本地无线网络40去除时控制会话可以被结束。作为示例，如果主节点设备42在特定时间段内(例如，在某些实施方案中约5秒)，还没有从本地无线网络40接收控制信号或发送控制信号给本地无线网络40，则本地无线网络40的控制会话可以被结束。如果主节点设备42断电，或者如果通过任何手段阻止主节点设备42与和它相关联的焊接装置/附属节点设备52通信，则会发生这种情况。在某些实施方案中，如果没有有效的“心跳”(即，向或自主节点设备42通信)，每个焊接装置/附属节点设备52将解除其自身与本地无线网络40的关联，设置其相应的功能为空闲，并进入待机或休眠模式。如果主节点设备42和焊接电源单元12之间的通信链路被中断，此心跳机制会将焊接电源单元12智能地返回到安全状态。控制会话会被结束的另一种情况是，当焊接电源单元12从与其关联的本地无线网络40“消失”，例如当接口加密狗型装置64已经从焊接电源单元12的访问端口连接器被除去，或当焊接电源单元12已经从电源被除去(其中焊接电源单元12没有连通替代备用电源)。在某些实施方案中，如果所述主节点设备42观察到，焊接电源单元12在指定的时间段(例如在某些实施方案中约5秒)不可访问，则主节点设备42会确定本地无线网络40的控制会话已经结束，从本地无线网络的40断开相关的焊接装置/附属节点设备52，关闭网络会话，并使得自己处于待机或休眠模式。
一旦本地无线网络40被建立，命令和消息可从所述主节点设备42被发送至焊接电源单元12，这样的消息可以源于主节点设备42或源于相关联的焊接装置/附件节点设备52。主节点设备42从相关联的焊接装置/附属节点设备52接收的命令和消息被打包，以最佳的数据大小和分组速率被整合，并且被缓存或者立即由主节点设备42发送到焊接电源单元12。每个通信由接收器确认，并使用校验和、AES(高级加密标准)安全签名等进行完整性校验。
因此，该本地无线网络40实施无线通信网络技术，以控制和协调工业装置的各部分(例如，焊接装置/附属节点设备52)之间的命令和数据通信。更具体地，本地无线网络40包括具有用于工业装置(例如焊接装置/附属节点设备52和焊接电源单元12)的电接口的智能无线节点。一旦完成一项作业，本文所述的无线通信技术允许在其他位置的人员重新利用焊接装置/附属节点设备52：通过本文描述的简单和直接的方法，解除与旧的本地无线网络40的关联，并将焊接装置/附属节点设备52手动重新编程为新的无线网络40中的焊接装置/附属节点设备52。
此外，本文描述的无线通信网络技术提供了改进的网络健壮性。例如，本文描述的无线通信网络技术允许多个本地无线网络40在彼此的射频范围内进行操作而不损害或破坏邻近的无线网络(例如，其它本地无线网络40)。尤其是，该架构的健壮和智能足以处理在工业制造工厂的焊接车间中的多个无线控制和通信网络。例如，在某些实施方案中，当建立一个新的本地无线网络40时，主节点设备42将扫描ISM(工业科学和医疗频段)频率范围内的所有信道以寻找操作相邻本地无线网络40的其他主节点设备42。如果相邻的主节点设备42被发现使用相同的ISM信道，则扫描主节点设备42将调查将其自身的本地无线网络40移动到另一个信道的可能性，并且将该信息传达到附近已被检测到的其他主节点设备42。
此外，本文所述的无线通信网络技术提供了处理来自在该未经许可的ISM频带(如WiFi，蓝牙，Zigbee无线，或如附近操作的其它焊接电源单元12的一般噪声源)操作的其它无线节点的干扰的改进方法。这种焊接噪声具有在与ISM频带重叠的频带内产生大的RF能量尖峰的可能性。当建立新的本地无线网络40时，主节点设备42将扫描在ISM频段的所有信道以寻找噪声源。如果噪声源在主节点设备42当前使用的ISM频段被检测到，主节点设备42将调查其他ISM信道以进行转移，并且当发现一个合适的ISM信道时，主节点设备42将重新编程其全部相关联的焊接装置/附属节点设备52到新的ISM信道号。在某些实施方案中，递归检查可以连续尝试找到最无噪声的可用ISM信道。
此外，本文描述的无线通信网络技术提供对焊接装置/附属节点设备52的功率优化改进。例如，本文描述的无线通信网络的技术允许低功率操作和可编程的唤醒时间以用于在本地无线网络40中组装的焊接装置/附属节点设备52。与焊接装置/附属节点设备52功率相关的计时参数，基于操作者对带宽和响应性的需求而被确定，根据可用电池能量的函数被平衡。每个主节点设备42确定与其相关联的焊接装置/附属节点设备52的要求，并执行对请求支持的焊接装置/附件节点装置52的功率管理。需要由主节点设备42管理其功率的焊接装置/附属节点设备52可以利用唤醒计时器进入睡眠模式，唤醒计时器编程一时间段，其仍允许用于适当通信和可接受的响应等待时间的网络参数所需的最小响应时间。如果所需等待时间为0(或瞬间)，则本地无线网络40中的任何焊接装置/附属节点设备52将不被允许进入睡眠模式。
一旦编程有唤醒时间，请求功率管理的每个焊接装置/附属节点设备52会以预定时间段进入“深度睡眠模式”。当睡眠时间段结束时，焊接装置/附属节点设备52被唤醒并可用于响应从主节点设备42发送的心跳确认消息。当焊接装置/附属节点设备52从本地无线网络40被解除关联时，它们被编程为进入深度睡眠模式，直到操作者试图将它们关联到一个新的本地无线网络40时它们才会自深度睡眠模式醒来。
在某些实施方案中，本文描述的无线通信网络技术，可以附加地提供一个“自适应”确定方法，基于由于给定作业位置的持续操作而累积的历史和时间平均值，确定何时在不同无线信道上检查噪声源。采用自适应技术能使主节点设备42在了解和预测何时更可能需要使用噪音减轻对策时，最大化焊接装置/附属节点设备52的电池寿命。
此外，本文所述的无线通信网络技术提供了在给定的本地无线网络40中对焊接装置/附属节点设备52的关联性和安全性进行改进。例如，本文所述的无线通信网络技术使在工业环境中的工人，如在工业建造环境的焊工，能够将不同的工业装置设备(例如，本文所述的焊接装置/附属节点设备52)相关联(通过将这些设备简单地彼此接近并同时按压两个设备上的关联按钮)而形成一个安全控制和通信网络(例如，本地无线网络40)。附加设备(例如，本文中所描述的焊接装置/附件节点装置52)因此可通过将它们与所述主节点设备42相关联而被添加到本地无线网络40。
此外，本文所述的无线通信网路技术提供了需要收集和分发的网络传感器信息。例如，本文描述的无线通信网络技术允许传感器节点(例如，传感器66)在工业环境中与任何附近的本地无线网络40相关联，从而允许传感器数据传输到本地主管、云存储、中央式和/或分布式控制系统等。已编程有最终目的地的IP地址的传感器66可以请求从附近的任何无线网络40接入到该位置，并且这种本地无线网络40将(通过它们的能力和其它邻近网络的能力的智能映射)允许传感器数据被转发到其最终目的地。在某些实施方案中，传感器66将不会破坏其本地数据(例如，如果尚没有形成无限的数据保留)，直到它们从最终目的地收到安全确认：“传感器数据已收到且未以任何方式受到破坏”。
图8是根据本发明实施例的示例性焊接电源单元12，主节点设备42以及焊接装置/附属节点设备52(例如，焊接送丝器14，焊枪18，焊接头盔34，焊接悬持控制器36，脚踏板38等)的图表性示意图，示出了适于本地无线网络40操作的每个设备的内部电路。例如，如图8所示，主节点设备42包括无线通信电路72，被配置成适于经由远距离无线通信链路(例如，图2-5示出的远距离通信连接46)与所述焊接电源单元12无线通信，并被配置成便于经由短程无线通信网络(例如，本地无线网络40的本地无线连接44)与一个或更多个焊接相关设备(例如，焊接装置/附属节点设备52)进行无线通信。可以理解，所述焊接电源单元12还包括无线通信电路72，其被配置为适于经由远距离无线通信链路(例如，图2-5所示的远距离通信连接46)与主节点设备42进行无线通信。此外，该焊接装置/附属节点设备52还包括无线通信电路72，其被配置为便于通过短程无线通信网络(例如：本地无线网络40的本地无线连接44)与主节点设备42进行无线通信。
如上所述，在某些实施例中，在焊接电源单元12与主节点设备42之间的长距离无线通信链路(例如，图2-5所示的长距离通信连接46)可以形成为射频通信链路，并且在焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间的短距离无线通信网络(例如本地无线网路40的本地无线连接44)可以类似的使用射频通信技术。因此，在某些实施方案中，所述设备的无线通信电路72可以包括RF通信电路，例如RF发射器和传感器。然而，在其他实施例中，用于在焊接电源单元12和主节点设备42之间以及在焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间进行无线通信的任何合适装置都可以被使用。
如上所述，所述主节点设备42的无线通信电路72和焊接电源单元12的无线通信电路72可以被配置为在焊接电源单元12和主节点设备42之间建立和利用长距离无线通信链路(例如，图2-5所示的长距离通信连接46)，其可以是大约300英尺的传输距离。然而，在其他实施例中，在焊接电源单元12和主节点设备42之间的长距离无线通信链路(例如，图2-5所示的长距离通信连接46)的传输距离会超过前文提到的300英尺。
此外，如上所述，主节点设备42的无线通信电路72和焊接装置/附属节点设备52的无线通信电路72，可以被配置为建立和利用在焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间的短距离无线通信网络(例如，本地无线网络40的本地无线连接44)，传输距离自主节点设备42约20-25英尺。然而，在其他实施例中，在焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间的短距离无线通信网络(例如，本地无线连接44上的本地无线网络40)的传输距离可以是距离主节点设备42约10英尺到约50英尺范围、距离主节点设备42约15英尺到约40英尺范围、距离主节点设备42约20英尺到约30英尺范围或其他合适范围。在一般情况下，本地无线网络40的本地无线连接44通过降低无线通信电路72的功率而被建立，使得它们不辐射太远，从而浪费电力并与其他附近的设备存在潜在干扰。
此外，如图8中所示，在某些实施方案中，所述主节点设备42和焊接电源单元12包括有线通信电路74，其被配置为适于经由焊接线缆(例如，焊接线缆20，28)或其它有线数字通信链路与焊接电源单元12进行有线数字通信(例如，焊接线缆通信(WCC)，以及其他形式的有线数字通信)，其或作为主要通信模式，或在焊接电源单元12和主节点设备42之间的长距离无线通信链路(如图2-5示出的长距离通信连接46)的通信不被允许时(例如，在远程通信连接46的临时中断期间)使用，或二者兼之。
网络关联与安全
此外，如图8中所示，主节点设备42包括网络关联/安全电路76，其用于使焊接装置/附属节点设备52与所述主节点设备42便于关联，并例如通过防止对焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间所形成的本地无线网络40的未经授权的访问而确保所述焊接装置/附属节点设备52、所述主节点设备42和相关联的焊接电源单元12可相互安全地操作。
如上所述，从每个焊接装置/附属节点设备52中的通信业务被发送到主节点设备42，其用作路由器和优先次序控制器，并且其最终将正确的消息路由到如图4和5所示的最终目的地。只要仅允许具备适当的授权证书(例如，表示该设备是被授权和认证为适合用于主节点设备42的设备)并且已经基于“用户意图”输入(例如，通过按压同步机构，诸如上述的关联按钮70)被同步的焊接装置/附属节点设备52被关联到本地无线网络40，那么在焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间所形成的本地无线网络40就将是安全的。另外，主节点设备42仅允许控制一个焊接电源单元12，从而进一步增强所形成的本地无线网络40的安全性。
如上所述，在某些实施例中，由网络关联/安全电路76所进行的关联过程是由手动按住和保持每个参与配对步骤的装置的特别设计的关联按钮70而启动，使得配对总是在主节点设备42和操作者希望添加到本地无线网络40的每个设备之间被执行。一旦焊接装置/附属节点设备52已成功注册并与主节点设备42相关联，它将一直作为本地无线网络40中的激活参与者，直到本地无线网络40被解散。随着本地无线网络40的解散，每个焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42可以自由地与其它本地无线网络40相关联。
所述主节点设备42(例如，利用网络关联/安全电路76)将通过与焊接装置/附属节点设备52的初始通信确定它是在所述通信会话中的主节点设备42，并且确定在通信会话中的其他节点是具有适当的授权证书、MAC地址和安全访问代码等的焊接装置/附属节点设备52。此验证是必要的，以防止其他不符合安全性和可靠性标准的未被授权和验证的无线设备(例如，Zigbee无线设备)加入本地无线网络40并能够与本地无线网络40上的其它设备交换数据。
一旦焊接电源单元12被主节点设备42所接受，这两个初始设备形成本地无线网络40。在形成本地无线网络40的过程中加入主节点设备42的第一设备始终是焊接电源单元12，或加密狗型设备64，从而所述最简单的和最小的网络包括至少一个控制器(其通常标识为所述主节点设备42)，和一个附属节点，例如焊接电源单元12，其被认为是期望由网络控制器(即，主节点设备42)控制的设备。
在建立所述本地无线网络40后不久，所述主节点设备42(再次被统称为网络控制器)的网络关联/安全电路76将用信道编号、睡眠/唤醒定时器值、初始发射功率水平、以及在本地无线网络40中控制传输所需的其他参数来对附属节点编程。所述主节点设备42的网络关联/安全电路76也将查询来自附属节点的状态信息，例如电池电量、接收器灵敏度、以及对管理附属节点的RF源有用的其他参数。可以理解，这些步骤也将实施于随后添加到本地无线网络40的各种焊接装置/附属节点设备52(例如，不只是启动本地无线网络40的焊接电源单元12或加密狗型装置64)。
这里所描述的关联方法不同于通常的关联方法(例如，Zigbee关联方法)，通常的关联方法允许无线节点通过提供一个唯一的序列号(例如，节点ID)来简单地连接。在实现控制和通信网络时，这类方法不能提供期望的安全水平，因为实际上所有的设备都能够以正确的制造商范围和适当的格式模仿节点ID，从而可以在会导致不安全操作等的不当访问的情况下被授权访问。
如上面关于图7的简要描述，当主节点设备42的网络关联/安全电路76注意到在两个设备上来自用户的关联键按压操作时(例如，对专用关联按钮70的按压)，网络关联/安全电路76启动关联过程。只要按钮70还在被用户保持按下，网络关联/安全电路76就保持在关联模式。在关联模式中，网络关联/安全电路76初始化设置通信信道为15，请求在信道15上的空闲信道评估，并且降低(例如无线通信电路72的)主节点设备42的发射功率到芯片组所允许的最低水平(例如，在某些实施例中为大约-17dBm)，以便限制其他焊接装置/附属节点设备52可以听到其信标并决定加入的传输距离。
主节点设备42然后在信道15上发送信标，宣布其可用作无线传输距离内的焊接装置/附属节点设备52的网络协调器。所有关联发生在信道15，除非主节点设备42和/或焊接装置/附属节点设备52的能量检测电路78认为其为相关噪声信道，这时则使用下一个可用的信道(例如，信道20、25和26)。在某些实施例中，主节点设备42每10毫秒重复信标，并等待20毫秒以从任何希望关联到主节点设备42的焊接装置/附属节点设备52来接收响应。如果在给定的时间段(例如，在某些实施例中为1000毫秒)没有在信道15上接收到应答，并且能量检测电路78的算法报告了相对低的能量(即，信道空闲足以通信)，该网络关联/安全电路76就认为没有焊接装置/附属节点设备52希望与主节点设备42相关联，并终止该关联事务。如果能量检测电路78的算法检测到信道15的噪音，并且用户仍然按压主节点设备42上的关联按钮70时，主节点设备42将发送信标至下一个可用信道(例如，信道20)，并重复该信标过程直到如下两种情况之任一发生：(1)一个焊接装置/附属节点设备52被发现，并且网络关联/安全电路76已经启动关联过程；或(2)一个信道搜寻计数器在遍历过所有可用信道(例如，在某些实施例中的信道20、25)之后回绕到值15。只要用户保持按压主节点设备42上的关联按钮70，在噪声存在时算法将继续在信道间切换，以便找到一个空闲信道，它可以用来完成焊接装置/附属节点设备52向主节点设备42的关联。
如果焊接装置/附属节点设备52被检测到，主节点设备42将从焊接装置/附属节点设备52请求一个MAC(媒体访问控制)地址和一个附属节点功能码，以决定是否将焊接装置/附属节点设备52映射到本地无线网络40或拒绝它。该方法不同于通常的节点关联方法(例如，Zigbee)，在通常的节点关联方法中，如果设备是“正确”类型则被允许关联(即终点节点可以总是连接到协调器节点)。焊接装置/附属节点设备52请求与主节点设备42关联必须满足至少三个最低标准。第一，焊接装置/附属节点设备52必须有一个为0xFFFF的“短网络地址”，这意味着，在焊接装置/附属节点设备52尚未由另一个主节点设备42(即其属于另一个本地无线网络40)固定编程得到一个地址。第二，焊接装置/附属节点设备52必须具备适当的制造商范围内的MAC地址。第三，焊接装置/附属节点设备52必须具备根据关联规则顺序的正确功能。例如，如上所述，第一个连接到所述主节点设备42的节点是所述装置节点(例如，焊接电源单元12或其它受控的工业装置)。此外，焊接装置/附属节点设备52类型的复制品是受限的，并且在某些情况下是防止出现的。例如，一些节点类型在本地无线网络40中被允许每种类型有多个实例，而另一些则不然(例如，每个本地无线网络40中可以只有一个焊枪18，同时每个本地无线网络40中可以有多个传感器66)。此外，关联规则能确保主节点设备42将要建立的本地无线网络40类型所需的功率节省和数据吞吐量的最低设置。
假设该焊接装置/附属节点设备52通过了用于与所述主节点设备42相关联的最低标准，网络关联/安全电路76将焊接装置/附属节点设备52映射到本地无线网络40并编程焊接装置/附属节点设备52具有一个“短网络地址”来代表其功能(在本地无线网络40内)和其它分级网络参数，以及睡眠模式的定时，如果焊接装置/附属节点设备52是一个在操作期间需要被暂时设成休眠的电池供电设备。一旦焊接装置/附属节点设备52已被添加到本地无线网络40中，网络关联/安全电路76将编程焊接装置/附属节点设备52的心跳间隔，并且将期望它提供一个周期性的指示以指示它仍然活着，以保持本地无线网络40的安全性和安全特征。来自于焊接装置/附属节点设备52的心跳数据包可以包括尤其是以下数据：(1)焊接装置/附属节点设备52的电池电平(例如，高、中或低)，(2)焊接装置/附属节点设备52的发送功率水平设置，(3)从以前的数据包测得的接收器灵敏度，(4)任选的焊接装置/附属节点设备52的自定义签名。可以理解，在某些实施例中，该数据的任何和所有子集可以由焊接装置/附件节点装置52提供。
如果焊接装置/附属节点设备52由于电气或机械故障而丢失本地无线网络40，并且这种焊接装置/附属节点设备52在三个连续的心跳周期未能登录主节点设备42，网络关联/安全电路76将以接下来的方式起作用。如果焊接装置/附属节点设备52正在有效控制装置例如焊接电源单元12(例如，确定了所述受控设备的最后控制命令来自焊接装置/附属节点设备52)，则网络关联/安全电路76会立即将该焊接装置/附属节点设备52从本地无线网络40解除，并发送一个错误标志给焊接装置/附属节点设备52，以用于提供用户反馈。如果焊接装置/附属节点设备52是“安全非关键性”，例如用户显示设备，则网络关联/安全电路76将焊接装置/附属节点设备52的丢失记录在一个缓冲区中，并且将尝试通过重复关联信标来定位焊接装置/附属节点设备52，并只允许具有特定地址的特定焊接装置/附属节点设备52自动重新关联，条件是：(1)与第一位置的焊接装置/附属节点设备52关联的本地无线网络40仍在运行(例如，本地无线网络40还没有被拆除)，和(2)短网络地址、节点功能、和制造商代码与检测到已经丢失的节点相匹配。
如果任何焊接装置/附属节点设备52确定它已变成从与其适当地相关联的本地无线网络40断开，焊接装置/附属节点设备52将采取一系列智能化步骤来定位主节点设备42。例如，焊接装置/附属节点设备52可以检查信道噪声，并且当预定信道(例如，由主节点设备42设置)出现噪声时可以切换信道离开该预定信道。此外，该焊接装置/附属节点设备52可以增加它的发射功率到最大允许值。进一步地，焊接装置/附属节点设备52可以发出“受困”包给主节点设备42以告之焊接装置/附属节点设备52出现例如RF传输困难。作为响应，如下面更详细描述的，主节点设备42的网络关联/安全电路76可调节“网络覆盖区”(例如，增加主节点设备42的无线通信电路72的信号强度)以减轻“受困节点”的特殊情况。
如果这些步骤失败，焊接装置/附属节点设备52将确定它已经从与之相关联的本地无线网络40孤立，并会自行复位到非关联型节点，例如，通过改变其短网络地址为0xFFFF、改变其通信信道到信道15、改变其状态为“非关联”、清除其日志和心跳的设置、并把自身变成一个低功耗模式或关闭模式，等待操作者通过按下其关联按钮70来唤醒。由焊接装置/附属节点设备52使用以判断它是否仍然连接到所述主节点设备42的机构，是用于观察由主节点设备42响应于其每个心跳包而发送的确认数据包(“ACK”)的细节。每个数据包，不论心跳与否，将必须在给定的时间段(例如，在某些实施例中为100毫秒)内由主节点设备42确认。作为读取ACK数据包的结果而收集的其他数据将有助于焊接装置/附属节点设备52确定它是否是处于失去与所述主节点设备42的无线通信链路的危险。以下将更详细地描述用于实现这事的机构。
如果由于失去至被控制设备(例如，焊接电源单元12)的远距离通信连接46而使主节点设备42的网络关联/安全电路76决定解散其所形成的本地无线网络40，那么它会发送给与本地无线网络40相关联的每个焊接装置/附属节点设备52一个解除关联请求，并且将删除它的已经以ACK响应于其解除关联请求命令的设备信息的表条目。一旦所有先前与主节点设备42相关联的焊接装置/附属节点设备52成功解除关联，主节点设备42将进入睡眠模式或关闭模式，并等待用户通过按其关联按钮70来唤醒。
改善的健壮性
本文中所描述的无线网络架构允许一个工业无线网络架构容忍传输中断、丢失通信链路、和在相对充满噪声的工厂环境中一般会出现的数据错误；并包括方法：通过在构成本地无线网络40的节点(例如主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52)中内置智能协议来处理RF传输的物理限制。本文描述的技术针对RF传输有些不可靠的内在属性。任何特定的传输可能会丢失或它的数据被损坏，并且任何链路无论其一时看起来多么稳固都会很快变为不可靠的链路。智能处理此类物理限制并提供改进的网络健壮性将在下面更详细地描述。这些技术保证不断改进(例如，某些实施例中每大约100毫秒被更新)的主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52之间(以及在使用长距离无线通信连接46的实施例中的主节点设备42和相关联的焊接电源单元12之间)的无线通信的可靠性。
如上所述，仅当操作人员通过例如按压每个待配对设备上的关联按钮70来表达形成通信链路的意图时，构成本地无线网络40的节点(例如，主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52)之间的通信链路才被建立。同样如上所述，每个本地无线网络40的网络配置始终是“星”型配置，其中主节点设备42用作焊接装置/附属节点设备52与CID(例如，焊接电源单元12)之间的主网络控制器。这样可以保证只有一个主控制器(即主节点设备42)负责建立和管理本地无线网络40，只允许具有合适的证书的焊接装置/附属节点设备52加入本地无线网络40，并知道到每个位于本地无线网络40中的源和目标数据。
在某些实施例中，使用上述的关联过程形成链路时，要被连接的两个节点的无线通信电路72被设置成最低的RF功率模式(例如，具有较短的传输距离)，使得它们的信号不会被其他更远处的主节点设备42检测到，从而使得不会出现操作员意图进行关联的节点关联错误。例如，当将要被关联的节点(例如主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52)上的关联按钮70被按下时，节点的最大传输距离可被调整为小于约2英尺。
如上所述，焊接装置/附属节点设备52提供证书到主节点设备42的网络关联/安全电路76，从而证明它们属于在此所描述的本地无线架构。例如，焊接装置/附属节点装置52提供适当的MAC地址范围、网络设备类别、网络功能以及正确的关联密码等。该证书要求与一般通过Zigbee(802.15.4)、WiFi(802.11.a/b/g/n)或蓝牙(802.15.1)而允许的通常的ad-hoc无线连接不同，通常的ad-hoc无线连接通常允许具有适当的无线电波的任何该设备加入网络，只要该设备指定(多数情况下)了它的网络功能。此处所述的增加证书的要求保证了只有以最高标准被制造和认证的设备才能被允许成为本地无线网络40的一部分。更具体来说，此处所述的增加证书的要求确保用于本地无线网络40的所有设备已经被全面测试和证明为操作相对无误差。由此，常规的无线设备(例如，常规的Zigbee设备)将无法访问操作员创建的本地无线网络40。
一旦关联，一套焊接装置/附属节点设备52(通过各自的主节点设备42)可以控制一个且只能控制一个焊接电源单元12，从而消除了无意中控制附近其它焊接电源单元12的可能性。严格的关联规则保证工业环境中操作人员的安全。此外，利用本地无线网络40形成时的每个主节点设备42发布给本地无线网络40的AES(高级加密标准)密钥，节点之间的所有通信被加密。这样，本地无线网络40的节点之间的通信不能被与本地无线网络40的射频接近度相近的设备攻破。
在本地无线网络40中的每个焊接装置/附属节点设备52具有一个硬编码功能分类，除了通过硬件修改焊接装置/附属节点设备52的识别码以外，此分类不能被修改。因此，例如焊接送丝器14总是用作与其关联的任何本地无线网络40中的送丝器。另外，每个主节点设备42的网络关联/安全电路76仅允许执行特定焊接任务所需的每个特定功能类型的一定数量的节点。例如，在某些实施例中，因为只有一个操作者，操作者在一个时间只可以操作一个焊枪18，并且一个给定的焊枪18在一个时间只可以利用一个焊接送丝器14，主节点设备42可以不允许多于一个的焊接送丝器14或多于一个的焊枪18与本地无线网络40关联。相反，由于多个设备可以显示与焊接操作相关的数据，所以多个显示器节点可以被允许。但是，只有一个这样的显示器节点(例如，给定的焊接悬持控制器36)被允许直接命令相关的焊接电源单元12。在某些实施例中，通过主节点设备42(假设该设备包括控制焊接电源单元12的能力)，控制任务可以从一个设备转移到另一个，但在任何一个时间只可以驻留在一个特定的设备中。
通过上述的关联规则建立的本地无线网络40仅存在于相关的焊接电源单元12是有效的情况。一旦焊接电源单元12已被关闭或加密狗型设备64已从焊接电源单元12的14引脚连接器拔下，通过智能主节点设备42将解散本地无线网络40。此外，主节点设备42有效监视其周围RF环境，并且与其他主节点设备42协商不同的信道，从而允许在相对嘈杂的工业环境中本地无线网络40的最大共存。主节点设备42还通过例如详细的发送确认，监测电池寿命，以及RF质量和周期性心跳发布，保持焊接装置/附属节点设备52和焊接电源单元12之间的通信链路。在本地无线网络40的寿命期间，本地无线网络40中的所有通信链路被智能保持。
如果未被在线供电的焊接装置/附属节点设备52的电池水平被认为太低而不能提供可接受的RF链路，焊接装置/附属节点设备52就不被允许加入本地无线网络40。在此情况下，一个状态警告信息将显示给本地无线网络40中的显示器节点(如焊接头盔34或焊接悬持控制器36)之一的操作者，请求操作者对低电池电量的焊接装置/附属节点设备52的电池进行充电。此外，如下面更详细描述的，主节点设备42持续监视本地无线网络40的每个焊接装置/附属节点设备52的电量水平，以保证焊接装置/附属节点设备52能够在程序控制的唤醒时刻被唤醒(如果它们是电池供电的)，并且能够保持他们各自与主节点设备42的无线通信链路。
一旦与本地无线网络40关联，每个焊接装置/附属节点设备52会以预定的时间间隔给主节点设备42提供心跳数据包。连续丢失一定数量的心跳通常表示该特定的焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42之间的射频链路已丢失，进而焊接装置/附属节点设备52将从本地无线网络40解除关联。
另外，主节点设备42的能量检测电路78连续地监视当前信道的信道噪声，以确认有可接受的“服务质量”的预期，以使传输发生在本地无线网络40内。如果对当前信道检测到的噪声高于某一(例如，预定的或预设的)阈值时，主节点设备42将会找到一个比较空闲的信道，并将所有在其本地无线网络40内的焊接装置/附属节点设备52移到新的信道。主节点设备42还连续地监测由每个焊接装置/附属节点设备52所提供的接收器灵敏度数据，并相应地调整它的发射功率(例如，无线通信电路72的信号强度)，以确保该主节点设备42以合适的信号强度将数据发送出去，该合适的信号强度能被其本地无线网络40内的所有焊接装置/附属节点设备52可靠检测到，但又不会“太大声”而干扰附近的其他网络。换言之，主节点设备42利用来自焊接装置/附属节点设备52的接收器灵敏度数据作为信号强度反馈数据，以适当调整来自主节点设备42的信号发射强度。此外，主节点设备42可以使焊接装置/附属节点设备52的发送功率被类似的调整。
在主节点设备42和焊接电源单元12之间的远距离通信连接46的丢失将被所述焊接电源单元12迅速检测到，并且该设备将被置于安全操作模式。某些用于减轻RF链路暂时丢失的方法，以及重新建立已丢失链路的方法，在上面进行了更详细的描述。这些方法确保所述主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52做出最大努力，以便保持那些否则将会被视为不可靠的RF链路。
此外，主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52之间传输的数据将按最佳数据包大小进行打包。如上所述，本地无线网络40的星形拓扑保证了每个本地无线网络40有单个智能控制器(例如，主节点设备42)，以及主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52之间的有序的数据传输。这样确保产生最小量的无线传输，且焊接装置/附属节点设备52不像传统的ad-hoc拓扑结构一样花时间仲裁他们的通信时机。主节点设备42从其本地无线网络40中的所有的焊接装置/附属节点设备52接收数据，并且主节点设备42使用最佳数据包大小和最佳时机将数据打包并发送到最终目标，这些最佳数据包大小和时机是从本地无线网络40的历史性能监控中实时确定的(例如，在某些实施例中，约每50毫秒进行更新)。这有助于减少不同的焊接装置/附属节点设备52间的数据传输冲突，同时提高传输质量。
功率管理及优化
某些(或全部)焊接装置/附属节点设备52将由机载电池80来供电，而不是被插入到动力源，以促进该焊接装置/附属节点设备52在远程位置之间的便携性。为了便于在本地无线网络40中的所有焊接装置/附属节点设备52(以及主节点设备42和焊接电源单元12)上使用机载电池80，所述主节点设备42(以及其他设备)包括功率优化电路82，其配置为使用独特的方法以在焊接装置/附属节点设备52之间节省电力，同时仍保持所必要的最小等待时间和足够的可用水平。这些功率优化方法执行了自适应算法，以确定对独立于其它无线网络的每个本地无线网络40而言什么是最优睡眠/唤醒计时，同时仍保持所需的可用水平。
按照上述配对过程，所述主节点设备42的功率优化电路82确定关于其所组合的本地无线网络40的至少以下参数：(1)本地无线网络40中焊接装置/附属节点设备52的数量，(2)本地无线网络40中焊接装置/附属节点设备52的类型，(3)最关键的焊接装置/附属节点设备52的计时要求(例如，最大等待时间)，(4)与每个焊接装置/附属节点设备52相关联的最后一组传输在本地无线网络40中的传输功率覆盖区，和(5)可用于操作的最佳信道(例如，如上所述，来自附近设备的测量噪声值最低)。使用该信息，如下更详细描述的，主节点设备42的功率优化电路82制定一个“睡眠模式策略”和日程，以用于其控制下的所有焊接装置/附属节点设备52，来确保本地无线网络40的所有参数都得到满足。
主节点设备42的功率优化电路82通过设置本地无线网络的网络等待时间而开始工作，该设置是依据本地无线网络40中的任一个焊接装置/附属节点设备52的最严格的要求进行的。例如，如果焊接送丝器14的要求是它的供应速率必须以不低于每100毫秒的频率进行更新，则本地无线网络40将被设置在至少在100毫秒内响应。控制受控工业设备(CID)(例如，焊接电源单元12)的节点已经在本文被称作例如加密狗型设备64。这个设备节点被假定为总是由交流电源供电源，例如在图1所示的供电源30，以使它总可用于将警报发送到主节点设备42，或从主节点设备42接收命令。这个设备节点具有由安全要求以及其控制系统的特定环路动态确定的最大等待时间要求。
主节点设备42的功率优化电路82确定用于本地无线网络40中的每个焊接装置/附属节点设备52的“实用等待时间”，以使对装置安全操作而言并不关键的所述焊接装置/附属节点设备52可以在睡眠模式中用去更多时间，这是因为例如用户更新并不关键。在一般情况下，焊接电源单元12，焊接送丝器14，以及焊接悬持控制器36都被认为对于装置安全操作而言是关键的。每个焊接装置/附属节点设备52，其可以支持一个实用等待时间参数(例如，较不严格的等待时间要求)，在完成上述的配对和关联过程后，将这一事实通信给主节点设备42。在一般情况下，实用的网络等待时间参数是可接受的响应时间，其通常比本地无线网络40的整体网络等待时间参数要大，而本地无线网络40的整体网络等待时间参数是基于本地无线网络中最严格的要求而设置的，如上述所述。
主节点设备42的电源优化电路82用下一个唤醒时间减去“网络等待时间参数”(其最初是由全时操作而确定的(例如，在形成本地无线网络40后的第一个五分钟期间))对每个焊接装置/附属节点设备52编程，并且一旦焊接装置/附属节点设备52自身的任务列表为空时(例如，不存在待处理的请求或预定的任务计划)，就与焊接装置/附属节点设备52通信以将其设置在睡眠模式。在某些实施例中，依照本地无线网络40的最慢的焊接装置/附属节点设备52的平均传输等待时间的两倍，计算网络等待时间参数。在某些实施例中，当最后三个传输的平均等待时间比最初计算值高时，则调整网络等待时间参数，这意味着，随着时间的推移，由于某些信道中可能增大的噪声、多个噪声源导致RF频谱的过度拥挤等，焊接装置/附属节点设备52需要更多的时间来唤醒并与主节点设备42进行通信。此外，主节点设备42的功率优化电路82使得主节点设备42进入睡眠模式，其持续时间约为其对本地无线网络40中的全部焊接装置/附属节点设备52所编程的时间的95％。当主节点设备42进入睡眠模式时，所有的网络特定信息(例如，路由表，等待时间计时，节点功能等等)被存储到主节点设备42的非易失性随机存取存储器(RAM)84中，以供主节点设备42醒来时使用。
当在睡眠模式下，在操作者需要在少于正常网络等待时间与CID(例如，焊接电源单元12)通信的情况下，主节点设备42监视在主节点设备42上的特定操作员输入设备86(例如，主节点设备42的外表面上的触摸屏，按钮，按键，开关等等，如图7所示)。激活这些操作员输入设备86中的任何一个都会产生控制所述主节点设备42的处理器88(例如，在某些实施例中的微处理器)的中断，其将主节点设备42从睡眠模式中唤醒，允许所述主节点设备42开始与本地无线网络40的焊接装置/附属节点设备52进行通信。例如，操作员可拿起一个在睡眠模式中的焊接悬持控制器36(用于在本地无线网络40中充当主节点设备42)，并按下焊接悬持控制器36上的按钮以作为处理器88的唤醒事件。处理器88基于按压按钮产生的中断被唤醒，将按压按钮作为一个特殊的命令，发送命令到CID(其从未进入睡眠模式)，并且其后很快确认并执行所请求的命令。如果除该CID节点或主节点设备42之外的节点(例如，焊接装置/附属节点设备52)以相似的方式接收到用户输入，其自己的处理器88(例如，在某些实施例中的微处理器)将该命令记录在它自己的非易失性随机存取存储器(RAM)84中的队列中，并在发送该信息给主节点设备42之前等待网络等待时间计时器到期。
本文这里描述的实施例还允许CID(例如，焊接电源单元12)和/或加密狗型设备64由机载电池80供电(例如，在主要马达被关闭时的引擎驱动单元的情况下)。在这种情况下，CID或加密狗型设备64将对焊接装置/附属节点设备52和主节点设备42的标准睡眠模式操作进行观察，如上文所述。CID或加密狗型设备64将要向主节点设备42报告的最小等待时间值将会考虑到CID或加密狗设备64的全部计时动态和要求，以确保其在所分配的网络等待时间之内进行的响应是安全的。只要本地无线网络40不故意被解散，则根据上述描述的关联过程所建立的本地无线网络40将持续无限数量的睡眠状态。
本文所述的电池监视方法提供了及时和准确的用户通知，以确保对焊接装置/附属节点设备52的机载电池80的电量管理，并且确保将此类信息适当地显示给用户。例如，每一个焊接装置/附属节点设备52发送电池状态信息给主节点设备42，其将为用户提供每个节点剩余电量至显示器90上(参见，如附图7)。在某些实施方案中，这样的通知将以5％或更高的分辨显示图表表示的电池剩余容量，并显示当前使用状态的“剩余使用时间”(例如，以小时和分钟)。此外，在某些实施方案中，所述主节点设备42可显示与它自己的电池容量和剩余使用时间相关的相同信息。充电信息也可从每个焊接装置/附属节点设备52发送到主节点设备42，并当该节点插入电池充电器时显示在显示器90上。例如，所述充电信息可显示“充电电流”以及估计的完全充电时间。此外，在某些实施方案中，主节点设备42可以在焊接装置/附属节点设备52中的任一个的电量水平下降到低于给定阈值(例如，低于约30％)的情况下提供视觉和/或听觉警报，并会继续提供定期报警，直到特定的机载电池80被再充电。此外，在某些实施方案中，如果一个焊接装置/附属节点设备52的机载电池80电量用完，主节点设备42将与其解除关联，并通过显示器90的声音和/或可视化提醒向用户报告所采取的措施。
传感器数据传输
如上所述，可以不必参与焊接操作的传感器66也可利用由工厂人员组建的本地无线网络40。由于本地无线网络40是随机建立的，且只能存在相对较短的时间段，因而传感器66会需要持续地尝试找到其可以连接、并可向外部目的地(例如，云存储或其它中央式和/或分布式控制系统)传送其数据负载的主节点设备42。在某些实施方案中，传感器66将每隔一定间隔(例如，大约每100毫秒)取样其被指定的监视输入，(其可以通过无线链路被编程实现)，并缓冲该数据到其非易失性存储器中直到传感器66可以接入本地无线网络40并发送该缓存数据到它的最终目的地。在某些实施方案中，传感器66最初可以用硬编码的目的地IP地址而被编程，它表示传感器66应发送数据所到达的目标位置。目的地IP地址随后可通过具有合适的证书的请求者被改变(例如，通过本地无线网络40中的主节点设备42或其他显示设备)。
传感器66可与可用的主节点设备42做如下关联。未关联的传感器66可醒来并监听附近任何主节点设备42发出的信标，该设备宣告它们是当前建立的本地无线网络40的主节点设备42，并且他们已经准备好允许任何附近的传感器66(或焊接装置/附属节点设备52)与之相关联。如果主节点设备42在传感器66的射频范围内被检测到，该传感器将请求允许与主节点设备42相关联。这时，所述主节点设备42和传感器66将以与主节点设备和焊接装置/附属节点设备52交换证书的方式(如之前所更加详细的描述)所相同的方式交换证书。例如，该传感器66将关于适当的MAC地址范围、网络设备分类、网络功能、以及正确的关联密码等的信息传送到主节点设备，并且主节点设备42的网络关联/安全电路76将确定传感器66是否与主节点设备42兼容。如果传感器66和主节点设备42被确定为兼容，传感器66和主节点设备42之间的数据链路连接就被建立。这种连接不同于与焊接装置/附属节点设备52所形成的典型“命令和控制”关联。相反，传感器66和主节点设备42之间的连接仅允许传感器数据在传感器66和其他一些目标终点之间移动。换言之，主节点设备42的功能是作为一个智能路由器，用于去向/来自传感器66的传感器数据。
一旦传感器66和主节点设备42之间的连接链路建立后，传感器66将从主节点设备42请求一个“能力列表”。该能力列表告知传感器66：(1)主节点设备42是否有权访问万维网(WWW)，(2)主节点设备42是否知道附近的有权访问WWW的其他主节点设备42，(3)由主节点设备42建立的本地无线网络40的生存期长度，(4)主节点设备42的电池状态(以及它是否是在线供电或电池供电的)，以及(5)由(该传感器66可以与之同步的)主节点设备42进行控制的本地无线网络40的睡眠周期。可以理解，在某些实施例中，“能力列表”可以包括这些列出项目的子集。
如果主节点设备42发布连接到WWW，或如果与传感器66关联的主节点设备42知道附近有已经发布连接到WWW的其他主节点设备42，则传感器66将向主节点设备42发送ping请求，表达其数据存储库的最终目的地。主节点设备42本身可具有互联网连接，在此情况下，主节点设备42充当其控制的本地无线网络40和WWW之间的桥接器，或者它可以通过该CID(例如，焊接电源单元12)的后端转发请求，如上所述。
如果主节点设备42不发布到WWW的连接，或也不知道如何访问WWW(例如，通过其他主节点设备42)，传感器66将解除其自身与主节点设备42的关联(传感器只是与该主节点设备42短暂连接以用于评估该主节点设备42是否接入WWW)，并将继续其发现例程，如上所述。在某些实施例中，如果先前所检测的主节点设备42再次通过传感器66的发现例程被检测到，主节点设备42将该传感器66的硬编码MAC地址存储在其存储器84中，视作之前已经短暂连接过(例如，为了评估WWW接入能力的目的)的传感器，并禁止与它的本地无线网络40关联，除非该主节点设备42在该传感器66上次请求关联后已经获得接入WWW的能力。因而，传感器66将节省时间，使得传感器66不会不必要地浪费电量来再次评估之前已经作过的判断(即，该主节点设备42不能提供访问到WWW)。
如果主节点设备42可以给传感器66提供对WWW的访问，则所述主节点设备42将尝试向传感器66提供的目标地址发送ping，并将等待来自目标地址的响应。如果主节点设备42接收到来自目标地址的Ping响应，且目标地址是有效的，所述主节点设备42将通知该传感器66：可以建立与该目标地址的通信链路，并且它已准备好接收来自传感器66的数据。传感器66随后将其准备传送的全部包的计数以及第一个数据包发送给该目标地址。主节点设备42将缓存该数据，并对数据执行全部的安全和校验和以确保它没有被破坏，并发送该数据包到先前为该传感器66ping过的目标地址。
在最终目的地的服务器将接收数据、计算校验和、并发送校验和以及“当前已接收到的包”的计数作为ACK给主节点设备42。主节点设备42将从最终目的地服务器接收的ACK信息转发给传感器66。如果ACK信息是符合的，传感器66将递减它的数据包计数，并发送下一个数据包到主节点设备42。已被确认由最终目的地IP地址上的服务器成功接收的所有数据，将由传感器66从其非易失性存储器缓冲器中永久删除。此外，该传感器66将在“循环缓冲器日志”中创建日志条目以表示时间和日期，传输到最终目的地的数据的大小，以及被传送的数据的时间和日期范围。在该传感器66很长一段时间内一直无法通过任何邻近主节点设备42(例如，具有适当的接入能力)访问万维网，以及传感器66用尽了非易失性缓冲存储器的情况下，所述传感器66将开始删除最旧的传感器数据，以腾出空间给收集的最新的传感器数据。
数据收集方法和计时参数、睡眠/唤醒和搜索计时参数、以及传感器66的最终目的地IP地址参数，都可由具有适当的证书以及起始(源)IP地址与特定传感器66的最终目的地IP地址相匹配的服务器进行无线地再编程。由此，只有作为最终目的地被传感器66搜寻并且已经从传感器66收到和确认了至少一个数据包的服务器，在成功交换认证后具有修改IP地址设置和传感器66的其他设置的权限。具有适当的证书的最终目的地的服务器还具有查询传感器66当前设置和按照要求传送待送给它的日志的能力。由最终目的地服务器请求的此类状态信息将不会在传感器66上被删除，而标准传感器数据在成功上传至服务器后通常将会被删除。
主节点设备42的嵌合型连接允许传感器数据找到至接入到因特网的焊接单元的路径。根据本发明实施例的图9的示意图示出了多个主节点设备42和相关联的本地无线网络40(如焊接单元)的嵌合型网络92的拓扑，其中它们能够相互通信并共享关于彼此的能力，从而实现从多个传感器66的传感器数据传输。虽然主节点设备42只能控制自己的本地无线网络40和相关联的焊接电源单元12，但是主节点设备42可以相互通信，并允许传感器数据从主节点设备42移动到主节点设备42直到它到达接入因特网的设备。这种设备可以是在前端(工业控制侧)和后端(因特网接入)之间具有内置网关的焊接电源单元12，诸如图9所示的焊接单元#3。如果需要更高水平的服务保障，不与任何本地无线网络40关联的距离延伸型无线路由器68也可以作为因特网的网关，因为在典型的工厂环境中本地无线网络40的形成有可能是相对随机的。
现在返回到图8，主节点设备42和焊接装置/附属节点设备52的某些元件(例如，网络关联/安全电路76，电量检测电路78，和功率优化电路82)被认为是“电路”。可以理解的是，在某些实施方案中，该电路可以作为硬件、硬件和软件的组合、或仅软件实现。例如，在某些实施方案中，其中该电路是软件，所述电路可包括存储在存储器84中的计算机可读指令，并且可在特定设备的处理器88上被执行。然而，在其他实施例中，电路还可以包括硬件元件。例如，在某些实施方案中，所述能量检测电路78可以包括特定的硬件元件以协助噪音水平的检测。
虽然在此仅对本发明的某些特征进行了例示和描述，许多修改和变化将是本领域技术人员所能认识到的。因此，应当理解，所附权利要求意在覆盖所有落在本发明的真正精神内的这些修改和变化。

Claims (29)

1.一种通信系统，包括：
主节点设备，其包括：
通信电路，其被配置成便于经由长距离通信链路与焊接电源单元的内部通信电路进行通信，并且便于经由短距离无线通信网络与一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路进行无线通信；和
控制电路，其被配置成通过不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间经由所述短距离无线通信网络进行的数据传输的可靠性来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的通信的可靠性。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过以下方式不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性，即只有在所述焊接相关设备包括指示所述焊接相关设备可以与所述主节点设备一起使用的授权证书的情况下，才允许所述一个或更多个焊接相关设备与所述短距离无线通信网络相关联。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其中所述授权证书至少包括所述焊接相关设备的媒体访问控制(MAC)地址和功能代码。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过加密和解密数据来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性。
5.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过以下方式来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性，即至少部分地基于所述焊接相关设备的功能类型而限制与所述短距离无线通信网络相关联的焊接相关设备的数量，其中所述焊接相关设备的功能类型包括与焊接相关设备被配置用于执行的焊接任务相关的功能类型。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过不断地监测所述一个或更多个焊接相关设备的电池水平和状态来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过在当前通信信道上的噪声超过阈值时切换到新的通信信道来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性。
8.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述控制电路通过以下方式来不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的所述数据传输的可靠性，即至少部分地基于来自所述一个或更多个焊接相关设备的信号强度反馈数据而主动地调节所述通信电路的信号强度。
9.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器。
10.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊枪。
11.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接头盔。
12.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接悬持控制器。
13.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接脚踏板。
14.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述一个或更多个焊接相关设备中的焊接相关设备包括所述主节点设备。
15.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述通信电路包括射频(RF)发送器和传感器。
16.一种通信方法，包括：
经由短距离无线通信网络在一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路与主节点设备之间进行无线通信；
经由长距离通信链路在所述主节点设备与焊接电源单元的内部通信电路之间进行通信；以及
通过不断地提高所述焊接电源单元与所述一个或更多个焊接相关设备之间经由所述短距离无线通信网络进行的数据传输的可靠性来不断地提高所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路和焊接电源单元的内部通信电路之间的通信的可靠性。
17.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括：只有在所述焊接相关设备包括指示所述焊接相关设备可以与所述主节点设备一起使用的授权证书的情况下，才允许所述一个或更多个焊接相关设备与所述短距离无线通信网络相关联，其中所述授权证书至少包括所述焊接相关设备的媒体访问控制(MAC)地址和功能代码。
18.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括加密和解密经由所述短距离无线通信网络所传送的数据。
19.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括：至少部分地基于所述焊接相关设备的功能类型而限制与所述短距离无线通信网络相关联的焊接相关设备的数量，其中所述焊接相关设备的功能类型包括与焊接相关设备被配置为执行的焊接任务相关的功能类型。
20.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括不断地监测所述一个或更多个焊接相关设备的电池水平和状态。
21.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括：在当前通信信道上的噪声超过阈值时切换到新的通信信道。
22.根据权利要求16所述的通信方法，其中不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性包括：至少部分地基于来自所述一个或更多个焊接相关设备的信号强度反馈数据而主动地调节所述主节点设备的信号强度。
23.根据权利要求16所述的通信方法，其中所述短距离无线通信网络包括具有离所述主节点设备20-25英尺的传输范围的无线通信网络，并且其中所述长距离通信链路包括具有从所述主节点设备到所述焊接电源单元300英尺或更长的传输范围的无线通信链路。
24.根据权利要求16所述的通信方法，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板。
25.根据权利要求16所述的通信方法，其中所述一个或更多个焊接相关设备中的焊接相关设备包括所述主节点设备。
26.一种无线通信网络，包括：
一个或更多个焊接相关设备，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板；
焊接电源单元，其配置成将来自电网的功率转换成用于使用所述一个或更多个焊接相关设备进行的焊接操作的功率；和
主节点设备，其配置成：便于经由短距离无线通信网络在所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路与所述主节点设备之间进行无线通信，便于经由长距离通信链路在所述主节点设备与所述焊接电源单元的内部通信电路之间进行通信，并且通过不断地提高所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的数据传输的可靠性来不断地提高所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路和所述焊接电源单元的内部通信电路之间的通信的可靠性，其中所述焊接电源单元的内部通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备的内部无线通信电路之间的数据传输的可靠性是通过以下方式来不断地提高的，即至少部分地基于所述焊接相关设备的功能类型而限制与所述短距离无线通信网络相关联的焊接相关设备的数量，其中所述焊接相关设备的功能类型包括与焊接相关设备被配置用于执行的焊接任务相关的功能类型。
27.一种通信系统，包括：
主节点设备，其包括：
通信电路，其被配置成：便于经由长距离通信链路与焊接电源单元通信，并且便于经由短距离无线通信网络与一个或更多个焊接相关设备无线通信，其中所述长距离通信链路具有从所述主节点设备到焊接电源单元为300英尺或更大的传输范围，其中所述短距离无线通信网络具有距离所述主节点设备20-25英尺的传输范围；和
控制电路，其配置成通过以下方式不断地提高所述通信电路与所述一个或更多个焊接相关设备之间经由所述短距离无线通信网络进行的无线通信的可靠性，即只有在所述焊接相关设备包括指示所述焊接相关设备可以与所述主节点设备一起使用的授权证书的情况下，才允许所述一个或更多个焊接相关设备与所述短距离无线通信网络相关联；
所述主节点设备用作路由器和优先次序控制器；
其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板。
28.一种通信方法，包括：
经由短距离无线通信网络在一个或更多个焊接相关设备与主节点设备之间进行无线通信，所述短距离无线通信网络具有距离所述主节点设备20-25英尺的传输范围；
经由长距离通信链路在所述主节点设备与焊接电源单元之间进行通信，所述长距离通信链路具有从所述主节点设备到所述焊接电源单元为300英尺或更大的传输范围；以及
通过以下方式不断地提高所述短距离无线通信网络的可靠性，即只有在所述焊接相关设备包括指示所述焊接相关设备可以与所述主节点设备一起使用的授权证书的情况下，才允许所述一个或更多个焊接相关设备与所述短距离无线通信网络相关联，
其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板。
29.一种无线通信网络，包括：
一个或更多个焊接相关设备，其中所述一个或更多个焊接相关设备包括焊接送丝器、焊枪、焊接头盔、焊接悬持控制器或焊接脚踏板；
焊接电源单元，其配置成将来自电网的功率转换成用于使用所述一个或更多个焊接相关设备进行的焊接操作的功率；和
如权利要求27中所定义的主节点设备。
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