基于Zigbee的焊接质量监控系统的研究与设计

摘要

焊接是锅炉、压力容器制造过程中的一种主要加工工艺方法。焊接质量的好坏直接影响到锅炉压力容器的质量、进而影响到锅炉压力容器的安全运行和使用寿命[1]。国内外的各种相关资料表明：锅炉压力容器的失效事故中，主要的失效源在焊缝上，其直接原因就在于焊接的质量上。
　　传统的焊接过程可以看作是一种开环的焊接过程，自动化水平低。无法实时将焊接过程参数反馈，也就无法有针对性地对这些参数进行调整。已不适应焊接高质量的发展趋势。急切需要一种对焊接过程进行质量监测，并实时跟踪焊接参数方便加以控制的管理方式，将粗放型管理转变为集约型管理。从整体优化和协调生产过程，以达到更合理的资源利用率，更完善的生产调度，更快速的对市场动态进行反应的目的。
　　本文以上海辅机厂容器车间为研究对象，构建了一套基于 Zigbee的焊接质量监控系统。系统由实时监控系统、诊断及报警系统、焊机能耗分析系统、历史数据库查询、分析和报表系统以及远程WEB监控几大模块组成。本文从本项目需求分析出发一直到整个系统总体架构，主要对实时监控系统的设计与实现进行了研究，其他功能模块简要描述了实现结果。
　　实时监控系统在结构上可以分为三部分：数据采集模块、数据处理模块和Zigbee无线通信模块。其中，数据采集模块需要实时采集现场生产过程中的参数如焊接电流、电弧电压、滚轮架转速和工件层间温度等等，通过信号调理以及A/D转换，将处理后的信号传送给数据处理模块，同时接受来自数据处理模块的控制信号，通过固态继电器输出报警信号。再由CPU完成数据处理，接着使用Zigbee无线通信模块把经过处理的数据帧传送到Zigbee无线网关。
　　本次的焊接场合，焊丝可能飞溅到网线上将其融化，从而导致有线通信失效。此外，远距离和多点采集的场合对有线传输方式来说同样不太合适，其造价也会随着攀升。本次的应用中，工件个体大且重，不便移动，需要焊机进行移动。加上大量的焊接设备随机分布在整个车间内，造成网络布线困难，无法使用有线网络的监控系统。在这种情形下，无线传输就显示出其优越性。在对比几种流行的无线传输方式后，我们选择使用Zigbee为此次使用的通讯协议。
　　经过焊接现场的数据采集和Zigbee的数据传输，数据包被传送到控制室的上位机。我们采用OPC服务器让焊接质量监控系统实时获取这些数据。OPC服务器的设计可以分为以下模块：串口通信模块，通信管理模块和OPC标准接口模块。

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1绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究对象

1.4研究内容与取得的成果

2 焊接质量监控系统需求分析

2.1系统功能

2.2系统管理

2.3网络通讯

2.4相关技术介绍

3 焊接质量监控系统架构

3.1系统逻辑架构

3.2系统物理架构

3.3系统物理配置

4 实时监控系统设计

4.1数据采集模块

4.2数据处理模块

4.3 Zigbee无线通信模块

5 焊接质量监控系统实现与验证

5.1数据采集部分

5.2 Zigbee网络配置

5.3 Zigbee网络通信软件实现

5.4其他功能模块

6 总结与展望

6.1研究总结

6.2研究展望

参考文献

附录

致谢

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