CN105618897A - 一种水下焊接的远程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下焊接的远程控制方法，步骤如下：一，焊接工艺参数曲线设定；二，焊接命令接收，焊接工作执行；三，焊接参数实时检测：采用电流传感器对旋转电弧焊枪的焊接电流进行实时检测；采用频率变送器对旋转电弧焊枪的电弧旋转频率进行实时检测；采用高度传感器对旋转电弧焊枪的焊枪高度进行实时检测；采用距离传感器对旋转电弧焊枪的焊枪旋转半径进行实时检测；四，信号采集与处理；五，最优控制参数获取，工作参数实时调节；六，数据显示及故障诊断。本发明步骤简单、实现方便；不需安装图像监视系统，通过对旋转电弧焊枪的多个参数进行实时检测，获得最佳工艺参数曲线，提高了控制精度和焊接质量，降低了投入成本。

Description

一种水下焊接的远程控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，尤其是涉及一种水下焊接的远程控制方法。

背景技术

随着海洋工程向深海挺进，水下焊接作为水下工程结构安装和维修施工中不可缺少的重要工艺手段，越来越受到各海洋大国的重视。由于水下焊接环境的复杂性和危险性，以及人类生理条件的限制(饱和气体潜水的最大深度只有650m)，发展水下焊接自动化具有十分重要的意义。

由于焊接过程的特殊性，现有焊接远程控制方法大多通过安装图像监视系统来观察焊接熔池和焊缝成型情况，通过对焊接电弧形态进行摄像检测分析，以便更好的研究水下焊接电弧机理、控制焊接过程、优化焊接工艺参数，这必将增加投入成本、降低装置可靠性；而且现有摄像机大多在防水和抗压方面尚不能满足规定的要求，工作的可靠性差，故障率高，因而未能全面应用，给水下焊接实时检测带来了困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种水下焊接远程控制方法，其步骤简单、实现方便，通过对旋转电弧焊枪的多个参数进行实时检测，获得最佳工艺参数曲线，提高了控制精度和焊接质量，降低了投入成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，焊接工艺参数曲线设定：首先工作人员通过人机界面向布设在远程控制中心的监控主机输入焊接工艺参数，监控主机利用内部集成的图形处理软件自动生成给定工艺参数曲线；然后监控主机经接口电路向水下焊接控制器发出系统启动命令；所述人机界面与监控主机相接，所述监控主机与水下焊接控制器通过专用防水通信电缆连接；

步骤二，焊接命令接收，焊接工作执行：所述水下焊接控制器接收到所述监控主机发送的控制命令，调用存储在存储器中的预设程序，根据工艺流程，控制执行机构装置驱动旋转电弧焊枪进行焊接工作；所述执行机构装置包括第一变频器、XY轴运动电机、焊枪XY轴方向运动装置、第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置，所述第一变频器、XY轴运动电机和焊枪XY轴方向运动装置依次相接，所述第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置依次相接，所述第一变频器和第二变频器均与所述水下焊接控制器相接，所述焊枪XY轴方向运动装置和焊枪Z轴方向运动装置均与所述旋转电弧焊枪相接；所述焊接工作方式为：

水下焊接控制器分别向第一变频器和第二变频器发出第一PWM波和第二PWM波，第一变频器根据第一PWM波的频率和占空比对XY轴运动电机的转速进行控制，XY轴运动电机通过焊枪XY轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿XY轴方向进行焊接；第二变频器根据第二PWM波的频率和占空比对Z轴运动电机的转速进行控制，Z轴运动电机通过焊枪Z轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿Z轴方向进行焊接；

步骤三，焊接参数实时检测：采用电流传感器对旋转电弧焊枪的焊接电流进行实时检测；采用频率变送器对旋转电弧焊枪的电弧旋转频率进行实时检测；采用高度传感器对旋转电弧焊枪的焊枪高度进行实时检测；采用距离传感器对旋转电弧焊枪的焊枪旋转半径进行实时检测；所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与所述旋转电弧焊枪相接；

步骤四，信号采集与处理：所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器将检测到的电流信号、频率信号、高度信号和旋转半径信号分别经信号隔离器传输给带通滤波放大器；带通滤波放大器对上述信号分别进行放大和带通滤波，然后传输给信号处理器；信号处理器首先将接收到的信号进行模数转换，然后通过内置神经网络算法获得实时参数特性曲线，最后将所述实时参数特性曲线传输给水下焊接控制器；所述信号隔离器、带通滤波放大器和信号处理器依次相接，所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与信号隔离器相接，所述信号处理器与水下焊接控制器相接；

步骤五，最优控制参数获取，工作参数实时调节：水下焊接控制器将给定工艺参数曲线与实时参数特性曲线做比较，得出偏差信号；然后根据所述偏差信号运用最优化算法得出最优PID控制参数；最后根据所述最优PID控制参数对旋转电弧焊枪的焊接电流、电弧旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径做出实时调节，以获得最佳工作参数曲线；所述PID控制参数包括比例系数、积分系数和微分系数；

步骤六，数据显示及故障诊断：水下焊接控制器与远程监控主机进行实时信息交互，远程监控主机将旋转电弧焊枪的工作参数在所述人机界面上实时显示出来；集成在远程监控主机中的故障诊断软件模块根据所述工作参数对旋转电弧焊枪进行故障诊断，若发生故障，则驱动与远程监控主机相接的报警装置发出报警信号。

上述一种水下焊接的远程控制方法，其特征是：所述水下焊接控制器为PLC。

上述一种水下焊接的远程控制方法，其特征是：所述信号处理器为TMS320C55xDSP。

上述一种水下焊接的远程控制方法，其特征是：所述神经网络为BP神经网络。

上述一种水下焊接的远程控制方法，其特征是：所述最优化算法为粒子群优化算法。

本发明与现有技术相比具有以下优点：步骤简单、实现方便；不需安装图像监视系统，通过对旋转电弧焊枪的多个参数进行实时检测，获得最佳工艺参数曲线，提高了控制精度和焊接质量，降低了投入成本，有效解决了现有水下焊接控制方法工作可靠性差、故障率高、实时检测困难等问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤一，焊接工艺参数曲线设定：首先工作人员通过人机界面向布设在远程控制中心的监控主机输入焊接工艺参数，监控主机利用内部集成的图形处理软件自动生成给定工艺参数曲线；然后监控主机经接口电路向水下焊接控制器发出系统启动命令；所述人机界面与监控主机相接，所述监控主机与水下焊接控制器通过专用防水通信电缆连接；

步骤二，焊接命令接收，焊接工作执行：所述水下焊接控制器接收到所述监控主机发送的控制命令，调用存储在存储器中的预设程序，根据工艺流程，控制执行机构装置驱动旋转电弧焊枪进行焊接工作；所述执行机构装置包括第一变频器、XY轴运动电机、焊枪XY轴方向运动装置、第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置，所述第一变频器、XY轴运动电机和焊枪XY轴方向运动装置依次相接，所述第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置依次相接，所述第一变频器和第二变频器均与所述水下焊接控制器相接，所述焊枪XY轴方向运动装置和焊枪Z轴方向运动装置均与所述旋转电弧焊枪相接；所述焊接工作方式为：

水下焊接控制器分别向第一变频器和第二变频器发出第一PWM波和第二PWM波，第一变频器根据第一PWM波的频率和占空比对XY轴运动电机的转速进行控制，XY轴运动电机通过焊枪XY轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿XY轴方向进行焊接；第二变频器根据第二PWM波的频率和占空比对Z轴运动电机的转速进行控制，Z轴运动电机通过焊枪Z轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿Z轴方向进行焊接；

步骤三，焊接参数实时检测：采用电流传感器对旋转电弧焊枪的焊接电流进行实时检测；采用频率变送器对旋转电弧焊枪的电弧旋转频率进行实时检测；采用高度传感器对旋转电弧焊枪的焊枪高度进行实时检测；采用距离传感器对旋转电弧焊枪的焊枪旋转半径进行实时检测；所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与所述旋转电弧焊枪相接；

步骤四，信号采集与处理：所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器将检测到的电流信号、频率信号、高度信号和旋转半径信号分别经信号隔离器传输给带通滤波放大器；带通滤波放大器对上述信号分别进行放大和带通滤波，然后传输给信号处理器；信号处理器首先将接收到的信号进行模数转换，然后通过内置神经网络算法获得实时参数特性曲线，最后将所述实时参数特性曲线传输给水下焊接控制器；所述信号隔离器、带通滤波放大器和信号处理器依次相接，所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与信号隔离器相接，所述信号处理器与水下焊接控制器相接；

步骤五，最优控制参数获取，工作参数实时调节：水下焊接控制器将给定工艺参数曲线与实时参数特性曲线做比较，得出偏差信号；然后根据所述偏差信号运用最优化算法得出最优PID控制参数；最后根据所述最优PID控制参数对旋转电弧焊枪的焊接电流、电弧旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径做出实时调节，以获得最佳工作参数曲线；所述PID控制参数包括比例系数、积分系数和微分系数；

步骤六，数据显示及故障诊断：水下焊接控制器与远程监控主机进行实时信息交互，远程监控主机将旋转电弧焊枪的工作参数在所述人机界面上实时显示出来；集成在远程监控主机中的故障诊断软件模块根据所述工作参数对旋转电弧焊枪进行故障诊断，若发生故障，则驱动与远程监控主机相接的报警装置发出报警信号。

本实施例中，所述水下焊接控制器为PLC。

本实施例中，所述信号处理器为TMS320C55xDSP。

本实施例中，所述神经网络为BP神经网络。

本实施例中，所述最优化算法为粒子群优化算法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，焊接工艺参数曲线设定：首先工作人员通过人机界面向布设在远程控制中心的监控主机输入焊接工艺参数，监控主机利用内部集成的图形处理软件自动生成给定工艺参数曲线；然后监控主机经接口电路向水下焊接控制器发出系统启动命令；所述人机界面与监控主机相接，所述监控主机与水下焊接控制器通过专用防水通信电缆连接；

步骤二，焊接命令接收，焊接工作执行：所述水下焊接控制器接收到所述监控主机发送的控制命令，调用存储在存储器中的预设程序，根据工艺流程，控制执行机构装置驱动旋转电弧焊枪进行焊接工作；所述执行机构装置包括第一变频器、XY轴运动电机、焊枪XY轴方向运动装置、第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置，所述第一变频器、XY轴运动电机和焊枪XY轴方向运动装置依次相接，所述第二变频器、Z轴运动电机和焊枪Z轴方向运动装置依次相接，所述第一变频器和第二变频器均与所述水下焊接控制器相接，所述焊枪XY轴方向运动装置和焊枪Z轴方向运动装置均与所述旋转电弧焊枪相接；所述焊接工作方式为：

水下焊接控制器分别向第一变频器和第二变频器发出第一PWM波和第二PWM波，第一变频器根据第一PWM波的频率和占空比对XY轴运动电机的转速进行控制，XY轴运动电机通过焊枪XY轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿XY轴方向进行焊接；第二变频器根据第二PWM波的频率和占空比对Z轴运动电机的转速进行控制，Z轴运动电机通过焊枪Z轴方向运动装置驱动旋转电弧焊枪沿Z轴方向进行焊接；

步骤三，焊接参数实时检测：采用电流传感器对旋转电弧焊枪的焊接电流进行实时检测；采用频率变送器对旋转电弧焊枪的电弧旋转频率进行实时检测；采用高度传感器对旋转电弧焊枪的焊枪高度进行实时检测；采用距离传感器对旋转电弧焊枪的焊枪旋转半径进行实时检测；所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与所述旋转电弧焊枪相接；

步骤四，信号采集与处理：所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器将检测到的电流信号、频率信号、高度信号和旋转半径信号分别经信号隔离器传输给带通滤波放大器；带通滤波放大器对上述信号分别进行放大和带通滤波，然后传输给信号处理器；信号处理器首先将接收到的信号进行模数转换，然后通过内置神经网络算法获得实时参数特性曲线，最后将所述实时参数特性曲线传输给水下焊接控制器；所述信号隔离器、带通滤波放大器和信号处理器依次相接，所述电流传感器、频率变送器、高度传感器和距离传感器均与信号隔离器相接，所述信号处理器与水下焊接控制器相接；

步骤五，最优控制参数获取，工作参数实时调节：水下焊接控制器将给定工艺参数曲线与实时参数特性曲线做比较，得出偏差信号；然后根据所述偏差信号运用最优化算法得出最优PID控制参数；最后根据所述最优PID控制参数对旋转电弧焊枪的焊接电流、电弧旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径做出实时调节，以获得最佳工作参数曲线；所述PID控制参数包括比例系数、积分系数和微分系数；

步骤六，数据显示及故障诊断：水下焊接控制器与远程监控主机进行实时信息交互，远程监控主机将旋转电弧焊枪的工作参数在所述人机界面上实时显示出来；集成在远程监控主机中的故障诊断软件模块根据所述工作参数对旋转电弧焊枪进行故障诊断，若发生故障，则驱动与远程监控主机相接的报警装置发出报警信号。

2.按照权利要求1所述的一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于：所述水下焊接控制器为PLC。

3.按照权利要求1或2所述的一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于：所述信号处理器为TMS320C55xDSP。

4.按照权利要求1或2所述的一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于：所述神经网络为BP神经网络。

5.按照权利要求1或2所述的一种水下焊接的远程控制方法，其特征在于：所述最优化算法为粒子群优化算法。