電阻點焊生產信息化系統

于永慶

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春130000）

隨著自動化生產的發展，效率提高、產品質量更加受到關注。為產品的穩定性和可靠性得到進一步的提高，要求每個零部件的生產過程可記錄、可追溯。因此電阻點焊信息化系統對于保障點焊質量具有重要意義。

1 電阻點焊生產信息化系統總體方案

1.1 點焊涉及到的關鍵參數。電阻點焊是一個電、熱、力等多因素交互作用的復雜過程，點焊受實際電壓變化、工件質量、電極磨損、焊接電流、焊接時間、電極壓力、電極間動態電阻等多種干擾因素的影響，會導致焊點質量的波動。

1.2 功能簡述。電阻點焊多參數監測系統采用先進傳感器技術和數據采集技術實時采集焊接電流、電極間電壓、動態電極壓力等對焊點質量影響大的相關參數，具有實時顯示點焊工藝參數及其動態曲線、參數越線報警、存儲焊點生產相關信息，數據庫瀏覽和查詢功能，建立和實現電阻點焊生產信息化管理系統。

1.2.1 硬件架構。電阻點焊生產信息化管理系統的硬件結構如圖1 所示。

圖1 電阻點焊生產信息化管理系統的硬件結構圖

1.2.2 軟件功能。電阻點焊生產信息化管理系統的軟件功能由

主程序、參數設置、數據采集、有效值計算、波形顯示、數據存儲、數據查詢和報警模塊等8 個功能模塊組成。其軟件框圖如圖2 所示，數據庫結構如圖3 所示。

圖2 電阻點焊生產信息化管理系統的軟件框圖

電阻點焊生產信息化管理系統的功能如下：（1）自動獲取點焊數據，收集集焊接過程中的電流、電壓及焊接壓力等數據資料。（2）在操作界面上顯示實際焊接電流、焊接壓力圖。（3）記錄焊接點數。（4）可以設置用戶參數，報警界限數據。

2 系統硬件技術方案

2.1 電阻點焊電流采集方案。根據電阻焊接理論與實踐，對點焊質量影響最大的參數是焊接電流。采用電流互感器實現了對主電路的隔離測量。

2.2 電阻點焊電極壓力采集方案。電極壓力是重要的點焊工藝參數，采用實時監測方法。

2.3 高精度數據采集方案。由于電阻點焊過程的瞬時性，要在很短的時間內采集電流信號并保證電流信號的完整度和準確性，增加了信號的采集難度。電阻點焊的時間一般是50Hz工頻交流電的10 個周波左右，也就是200ms 左右，為了使采樣波形盡可能接近實際焊接電流波形，使測量值能準確反映實際值，要求每個周波盡可能采集多點。系統設計在1 個CYC 周波內采集100 個點，則每個點的采樣時間為0.2ms，則采樣頻率為5k。根據香農采樣定理，為保證信號質量，工程上選用的采樣頻率經常大于采樣定理所指出的最小的采樣頻率的5～10 倍左右。采用高精度數據采集卡進行數據采集，利用計算機強大的計算功能進行數據的記錄、分析、存儲和查詢。數據采集常用的形式有以下兩種：（1）基于總線的分布式的數據采集：采用基于現場總線的數據采集智能模塊，流行的現場總線如RS-232、RS-485、CANBUS、PROFIBUS 等。這種數據采集方法易維護、布線簡單、可靠性高，但是采樣速度低，不能滿足本項目的實時性要求。（2）基于板卡的集中式數據采集：采用數據采集卡進行數據采集。將一個基于PXI、PCI 或USB的采集卡接到計算機上，將外部傳感器信號通過導線接入高精度數據采集卡，通過定制的軟件就可以進行采集。這種數據采集方法速度快，目前USB2.0能達到60M/S 的傳輸速度，USB3.0 理論上也能達到628MB/s 的傳輸速度。

2.4 工業控制計算機方案。針對電阻點焊系統的工作環境，可以采用嵌入式無風扇工業平板電腦作為數據采集控制主機。無風扇嵌入式工業平板電腦采用的是全鋁面板和嵌入式主板，先進而堅固的機構設計能夠承受沖擊、振動、濕度和高低溫的極限環境。

相關的產品有：一款基于嵌入式X86 平臺開發的高端人機界面，箱體采用鋁合金與鈑金組合型外殼，兼具輕薄美觀和良好的散熱性能；15 寸真彩液晶顯示屏和高精密電阻式觸摸屏，顯示分辨率為1024×768；搭載Intel 賽揚J1900 工業級超低功耗2.0GHZ CPU，板載2GB 內存,支持MSATA 固態硬盤，并可擴充SATA 硬盤；電源采用直流9V～25V寬電壓輸入，提供更多電源供電方案選擇；產品集成了豐富的I/O接口：2 個千兆以太網口、3 個USB2.0、1個USB3.0，4 個RS232/485 串口、VGA/HDMI 顯示、可選并口和音頻接口，方便用戶擴展各種I/O設備。

支持面板嵌入式安裝、支架式安裝、壁掛式安裝，前面板達到NEMA IP65 防塵防水標準，兼容，win7，win8 以及Linux等主流操作系統和分布式工業組態軟件，用戶只需簡單的組態即可實現功能強大的采集和控制系統。

3 系統軟件技術方案

由于本系統的目標是對點焊工件上的每個焊點進行實時監測，需要本系統操作簡單、抗干擾、穩定可靠、實時性好。系統軟件是電阻點焊生產信息化管理系統的核心。

本系統中的計算機具有可視化的圖形平臺，創建圖形操作界面，來代替常規的面板操作界面。利用計總線傳輸數據到儲存單元或打印機。這樣既解決了傳輸數據的問題又解決了焊接參數的存儲問題，使本系統數據的記錄容量無限擴大。

圖3 系統軟件設計總流程圖

3.1 軟件流程。為實現點焊生產的信息化管理，決定軟件流程如圖3 所示。包括下面幾個步驟：（1）開始運行系統程序，進行系統的初始化工作。建立界面、映射、動態鏈接庫、數據庫的參數等初始化工作。（2）初始化成功后，系統工作狀態完成準備。在操作界面上，按對應的選項，開始監測工作，系統自動識別點焊過程，電流、壓力等數據信息被采集。按壓“停止監測”，系統從監測狀態中退出。可以在報警產生時根據需要進行消音處理。點擊“查詢”按鈕，查詢焊點的焊接過程中信息，完成點焊生產的信息化管理。

本系統的功能模塊是獨立組成。為提高可靠性、簡化開發流程，程序設計采用模塊化，系統擴展和維護也方便易行。系統分為數據采集、設置參數、主程序、有效值計算、波形顯示、數據存儲、數據查詢、報警模塊8 個功能模塊組成，如圖4 所示。

圖4 系統軟件模塊框圖

3.2 軟件的數據處理。數據處理是信息化管理系統的重要組成部分，包括濾波整形、電流計算、壓力計算、測量電壓、計算時間等工作，為數據存儲、波形顯示和建立信息管理系統數據庫使用。

通過電阻點焊生產信息化系統，可以進一步提高電阻點焊的產品質量，充分發揮電阻點焊生產信息化系統在公司生產中的關鍵作用。