CN109286660A - 一种多站分布式焊接智能物联网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多站分布式焊接智能物联网系统，包括离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站以及焊接大数据云平台系统；各离散焊接点信息采集模块收集各工位的焊接过程数据，将数据实时上传到区域焊接工作站。焊接施工区域工作站对各施工点进行焊接过程的监测，实时管理其下属焊接监测点焊接过程的同时收集该区域环境数据，焊接大数据云平台能对各区域焊接工作站进行监测，并能对各区域的焊接施工项目发送长期的失效预警信息和设备能效改善信息并实现各监测站间的信息互换。

Description

一种多站分布式焊接智能物联网系统
技术领域
本发明涉及物联网领域，特别涉及一种多站分布式焊接智能物联网系统。
背景技术
金属材料加工中，最主要的连接工艺技术就是焊接，焊接是一个复杂的物理化学过程，焊接材料、结构、工艺、施工和环境等方面的因素影响焊接质量以及缺陷的形成。焊接事后质量检测费时费力、成本高，并且有些焊接和结构的微小缺陷由于环境和设备的制约无法做到即时检测，但是为以后的使用埋下了无法预料的安全隐患。焊接结构长期处于复杂、苛刻的工作环境中，常常经历持续高负荷工作以及较大温差的冲击，甚至多种应力的作用导致局部表面损坏，进而引发发生重大人身伤害事故。
现阶段大量的应用于焊接质量控制的分析检测系统以及焊接专家系统都是专注于某一领域或者是某一种焊接方法的质量控制以及焊接过程监控，分析的范围较狭窄且大多局限于自动化焊接程度更高的生产线。对于焊接工艺来说，自动化生产方式暂时不能全面取代手工焊接，在大量的野外施工和异形焊接结构中仍然需要焊接技术工人来进行手工操作。这些需要进行户外焊接施工的工程涉及到桥梁、大型钢结构建筑、海洋平台、油气管线等等，关系到国计民生，而且其焊接接头质量需要经得其时间和恶劣环境的考验。如何建立一个适用于各种施工环境的长期有效的焊接保障系统，并能在各个工程施工过程中不断累积经验提取有效数据，发现焊接失效被环境因素影响的重要潜在规律，是一个迫在眉睫需要解决的问题。
发明内容
本发明针对各种不同的焊接方式施工特点，提供了一种多站分布式焊接智能物联网系统，在监控焊接过程的基础上提取焊接过程以及环境数据，各焊接工作站采用模块设计，各功能模块彼此独立，监控站可单独运行，站与平台又可进行实时数据交换。
一种多站分布式焊接智能物联网系统，包括离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站以及焊接大数据云平台系统；
所述离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站与焊接大数据云平台系统依次进行通信连接；
所述离散焊接点采集模块设置在焊接设备上，包括电流采集单元、电压采集单元、离散通信单元以及工控机，所述电流采集单元和电压采集单元均通过离散通信单元与所述工控机相连；
所述区域焊接工作站包括Web服务器、加密模块以及互联网通信模块，所述Web服务器、加密模块以及互联网通信模块依次相连，其中，所述Web服务器接收来自离散焊接点信息采集模块采集的数据，所述加密模块对Web服务器中的数据进行加密处理；
区域工作站对焊接工作点进行控制，通过将区域所有焊接工艺通过工作站下达给站点的工作人员和焊接设备，使其按照工艺要求进行焊接操作。在焊接时，通过采集的数据，判断是否严格按照下达的工艺执行。区域工作站将采集的数据经过处理后，上传给云端数据库。
所述焊接大数据云平台系统包括云平台服务器和数据库分类与标记模块，所述数据库分类与标记模块用于对存储于云平台服务器中的焊接数据进行分类与标记。
离散焊接点信息采集模块采集的数据传输至工控机后，再通过离散通信单元发送至区域焊接工作站，区域焊接工作站形成相对独立的工作网络，各区域工作站将收集处理的数据上传到焊接大数据云平台进行加密保存分析，焊接大数据云平台可以对各焊接工作站实现监控以及质量预警，并可以将数据按权限开放给有需求的不同终端。
将位于室外的离散焊接点，以100-200米为间隔，构建区域焊接工作站，将位于室内的单个焊接生产流水线构建区域焊接工作站；
磁信号由操作员穿戴设备采集，暂时还没有找到合适的传感装置适用于野外施工的声、光信号采集。
进一步地，所述离散焊接点采集模块还包括与离散通信单元相连的室内外环境传感器组，其中室外环境传感器组包括室外环境温度、湿度以及风速传感器，室内环境传感器组包括室内温度、湿度传感器。
进一步地，室外温度、湿度传感器采用RS-WS-*-SMG-*系列的带外置温湿度探头的以太网温湿度变送器或者RS-XZJ-100-W的带外置温湿度探头的无线温湿度变送器；
风速传感器采用RS-FXJT-NO1-360风速变送器；
室内温度、湿度传感器采用挂壁式温湿度变送器RS-WS-NO1-6-6。
进一步地，所述电流采集单元采用宇波霍尔模块，所述电压采集单元采用CHV-25P/100A型霍尔电压传感器，所述电流采集单元和电压采集单元均与采样电路相连，且采样电路与A/D转换单元相连。
进一步地，还包括与离散通信单元进行通信的焊接操作员焊接穿戴设备。
实时采集操作员的操作数据，操作数据通过离散通信单元传输至工控机后，再传输到区域焊接工作站。
所述穿戴设备采用以WT901WIFIC姿态速度传感器模块为核心的WIFI通讯设备，有较强的抗干扰通讯能力。采集野外施工工人所在的位置、速度、加速、磁场信号。
进一步地，还包括互联网查询模块，所述互联网查询模块通过互联网通信模块与焊接大数据云平台系统相连。
进一步地，所述互联网查询模块采用B/S结构。
进一步地，所述焊接大数据云平台系统还包括预警模块，所述预警模块对云平台服务器中的数据与正常工作数据进行比对分析，发出预警信号。
进一步地，还设有权限管理模块，所述权限管理模块通过用户权限设置，用于对连接在互联网上的终端进行不同权限的数据访问。
有益效果
本发明提供了一种多站分布式焊接智能物联网系统，包括离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站以及焊接大数据云平台系统；各离散焊接点信息采集模块收集各工位的焊接过程数据，将数据实时上传到区域焊接工作站。焊接施工区域工作站对各施工点进行焊接过程的监测，实时管理其下属焊接监测点焊接过程的同时收集该区域环境数据，焊接大数据云平台能对各区域焊接工作站进行监测，并能对各区域的焊接施工项目发送长期的失效预警信息和设备能效改善信息并实现各监测站间的信息互换。
该系统可在各种不同的施工环境下将不同地点的焊接过程数据收集分析整理，并对各分散区域焊接工作点进行实时的工作流程管理，实现包括质量、能效以及环境友好的焊接实时监测控制过程。系统包括各工作点的数据采集设备，焊接工作站的智能分析及监控计算机以及焊接云平台数据处理服务器以及它们之间的通讯。
相较于现有技术而言，具有以下几点优点：
1、该系统同时适用于野外和自动化工厂等不同的工作环境，不同的区域不同的现场都配备有现场工作数据服务站，可以将现场所有的工艺数据下达给各分散地点的现场工控机；
2、现阶段焊接物联网均为局域网结构，覆盖区域多为室内焊接生产线，而该系统是基于互联网的可实现全球互通的物联网结构；
3、浏览查询可采用B/S结构而不是现在焊接数字化网络工艺系统采用的C/S结构；
4、可以实现野外非自动化手工焊复杂环境的组网和工艺下达和分析查询；
5、区域化的分级数据处理，去中心化的网络结构。
附图说明
图1为本发明所述系统的结构示意图；
图2为本发明所述系统采用的电流采集单元电路示意图；
图3为本发明所述系统的采样电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1所示，该焊接物联网的整体结构包括离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站以及焊接大数据云平台系统；
所述离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站与焊接大数据云平台系统依次进行通信连接；
所述离散焊接点采集模块设置在焊接设备上，包括电流采集单元、电压采集单元、离散通信单元以及工控机，所述电流采集单元和电压采集单元均通过离散通信单元与所述工控机相连；
所述区域焊接工作站包括Web服务器、加密模块以及互联网通信模块，所述Web服务器、加密模块以及互联网通信模块依次相连，其中，所述Web服务器接收来自离散焊接点信息采集模块采集的数据，所述加密模块对Web服务器中的数据进行加密处理；
所述焊接大数据云平台系统包括云平台服务器和数据库分类与标记模块，所述数据库分类与标记模块用于对存储于云平台服务器中的焊接数据进行分类与标记。
焊接动态数据源主要是通过各传感器来实现，声、光、电、磁、热等不同种类的传感器将焊接过程数据在不同的焊接工作点采集并通过嵌入式终端系统按照特定的数据模型进行简单的数据处理，然后将处理后的数据上传至区域焊接工作站。焊接区域工作站在监控各点工作是否符合事先设定的工艺要求，是否安全施工的基础上，对各施工点进行实时的控制，一旦发现有不符合工艺设定或者安全施工的现象即发出警报，同时将所有工作点的焊接工作数据及区域环境数据记录。区域焊接工作站收集的焊接过程及环境数据上传存储到焊接云平台系统，云平台可以通过大数据分析，对各焊接监测站可能会出现的焊接质量及失效问题进行预警，并对不同行业的施工数据进行产权保护。云平台的数据可以根据不同权限开放给需要数据支持的其他终端用户。
所述穿戴设备采用以WT901WIFIC姿态速度传感器模块为核心的WIFI通讯设备，有较强的抗干扰通讯能力。采集野外施工工人所在的位置、速度、加速、磁场信号。
当焊接工作处于野外和现场以手工焊为主的工作环境，只需要在现场焊接电源上加装一个简单的电流、电压采样装置，并为现场工人佩戴可以检测其当前位置和工作速度、以及当前磁场的穿戴手环。将现场的电流、电压以及工人的焊接速度等基本数据通过无线网络的方式传输到现场工控机上进行第一级数据处理，形成焊接过程数据；
电流、电压数据的采集分别使用宇波霍尔模块、CHV-25P/100A型霍尔电压传感器进行采集，在工业现场可以便捷的安装在现场自动化程度较差的设备上，然后配以专用的采样电路，信号经过处理直接传输给DSP的A/D转换模块，以及DSP连接的网络通信模块共同构成附图2中的可拆卸嵌入式芯片R。因焊接现场环境非常复杂，存在很多干扰源，因此电压和电流的数据采样需要采用系统的硬件抗干扰措施，必须使用专用电路，其采样电路如附图3所示。
同时，在野外的工作环境下，采集当地当前的环境数据，主要包括：温度、湿度、风速等，将采集后的数据通过无线网络的方式传输到工控机上进行数据的第一级处理，形成环境数据；
环境数据传感器安装在焊接区域，主要采集焊接区域的温度、湿度和风速。室外数据采样装置可选用RS-WS-*-SMG-*的带外置温湿度探头的以太网温湿度变送器将数据传输给现场工控机，也可以采用RS-XZJ-100-W的带外置温湿度探头的无线温湿度变送器，然后通过RS-XZJ-100-W无线接收主机将数据直接传输给现场区域工作站。风速传感器选用RS-FXJT-NO1-360风速变送器，数据可以直接传输给现场工控机。室内环境数据可采用挂壁式温湿度变送器RS-WS-NO1-6-6，数据可直接传输给现场工控机。所有环境数据都是按区域工作站独立采集，可以保证数据精度的基础上精简数据量，一个区域工作站上的每个焊接点的环境数据都是一样的，不用按单点采集进行通讯，还可以有效避免环境数据的采集传输过程中的“丢包”现象。
在野外工作环境下，将现场工控机处理后的焊接过程数据和环境数据上传给现场数据工作站，区域工作站除了能够下达相应的工艺数据，还将通过工控机处理采集上来的数据进行进一步的分析处理，监控其是否符合工艺要求的同时，将环境数据和焊接过程数据进行数据的第二级处理形成“XX现场焊接及周边实时数据库”；
在工厂自动化生产线的情况下，可以通过现场工控机直接下达不同焊接方法焊接流程的工艺参数；
焊接机器人等自动化设备上自带的电流电压和激光传感器将数字信号直接传输给工控机，工控机可以直接实现对当前焊接过程的实时监控，并及时矫正当前的工艺数据；
在工厂内，不同焊接生产线上的工控机将焊接数据上传到现场区域工作站，工作站同时采集当前的工厂环境数据，形成“XX生产线焊接实时数据库”；
所有现场数据工作站将数据通过现场Web服务器，经过加密防护处理将数据上传到互联网；
所有数据经过互联网上传至云平台服务器，平台服务器在存储数据的同时将不同的数据库标记时间、分类；
不同的用户可通过互联网根据自己不同的权限查询平台数据库中的不同时段的焊接数据资料，在通过互联网进行查询监控的同时，还能按照权限针对特定工艺和特定区域进行焊接工艺优化建议。
室外温度、湿度传感器采用RS-WS-*-SMG-*系列的带外置温湿度探头的以太网温湿度变送器或者RS-XZJ-100-W的带外置温湿度探头的无线温湿度变送器；
风速传感器采用RS-FXJT-NO1-360风速变送器；
室内温度、湿度传感器采用挂壁式温湿度变送器RS-WS-NO1-6-6。
所述电流采集单元采用宇波霍尔模块，所述电压采集单元采用CHV-25P/100A型霍尔电压传感器，所述电流采集单元和电压采集单元均与采样电路相连，且采样电路与A/D转换单元相连。
电流、电压数据的采集分别使用宇波霍尔模块、CHV-25P/100A型霍尔电压传感器进行采集，在工业现场可以便捷的安装在现场自动化程度较差的设备上，然后配以专用的采样电路，信号经过处理直接传输给DSP的A/D转换模块，以及DSP连接的网络通信模块共同构成附图2中的可拆卸嵌入式芯片R。
因焊接现场环境非常复杂，存在很多干扰源，因此电压和电流的数据采样需要采用系统的硬件抗干扰措施，必须使用专用电路，其采样电路如附图3所示。
该焊接大数据云平台系统还包括互联网查询模块，所述互联网查询模块通过互联网通信模块与焊接大数据云平台系统相连，且所述互联网查询模块采用B/S结构。
所述焊接大数据云平台系统还包括预警模块，所述预警模块对云平台服务器中的数据与正常工作数据进行比对分析，发出预警信号；还设有权限管理模块，所述权限管理模块通过用户权限设置，用于对连接在互联网上的终端进行不同权限的数据访问。
该系统可在各种不同的施工环境下将不同地点的焊接过程数据收集分析整理，并对各分散区域焊接工作点进行实时的工作流程管理，实现包括质量、能效以及环境友好的焊接实时监测控制过程。系统包括各工作点的数据采集设备，焊接工作站的智能分析及监控计算机以及焊接云平台数据处理服务器以及它们之间的通讯。

Claims (9)

1.一种多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，包括离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站以及焊接大数据云平台系统；
所述离散焊接点信息采集模块、区域焊接工作站与焊接大数据云平台系统依次进行通信连接；
所述离散焊接点采集模块设置在焊接设备上，包括电流采集单元、电压采集单元、离散通信单元以及工控机，所述电流采集单元和电压采集单元均通过离散通信单元与所述工控机相连；
所述区域焊接工作站包括Web服务器、加密模块以及互联网通信模块，所述Web服务器、加密模块以及互联网通信模块依次相连，其中，所述Web服务器接收来自离散焊接点信息采集模块采集的数据，所述加密模块对Web服务器中的数据进行加密处理；
所述焊接大数据云平台系统包括云平台服务器和数据库分类与标记模块，所述数据库分类与标记模块用于对存储于云平台服务器中的焊接数据进行分类与标记。
2.根据权利要求1所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，所述离散焊接点采集模块还包括与离散通信单元相连的室内外环境传感器组，其中室外环境传感器组包括室外环境温度、湿度以及风速传感器，室内环境传感器组包括室内温度、湿度传感器。
3.根据权利要求2所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，室外温度、湿度传感器采用RS-WS-*-SMG-*系列的带外置温湿度探头的以太网温湿度变送器或者RS-XZJ-100-W的带外置温湿度探头的无线温湿度变送器；
风速传感器采用RS-FXJT-NO1-360风速变送器；
室内温度、湿度传感器采用挂壁式温湿度变送器RS-WS-NO1-6-6。
4.根据权利要求1所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，所述电流采集单元采用宇波霍尔模块，所述电压采集单元采用CHV-25P/100A型霍尔电压传感器，所述电流采集单元和电压采集单元均与采样电路相连，且采样电路与A/D转换单元相连。
5.根据权利要求1所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，还包括与离散通信单元进行通信的焊接操作员焊接穿戴设备。
6.根据权利要求1所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，还包括互联网查询模块，所述互联网查询模块通过互联网通信模块与焊接大数据云平台系统相连。
7.根据权利要求1所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，所述互联网查询模块采用B/S结构。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，所述焊接大数据云平台系统还包括预警模块，所述预警模块对云平台服务器中的数据与正常工作数据进行比对分析，发出预警信号。
9.根据权利要求8所述的多站分布式焊接智能物联网系统，其特征在于，还设有权限管理模块，所述权限管理模块通过用户权限设置，用于对连接在互联网上的终端进行不同权限的数据访问。
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Application publication date: 20190129

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