船廠焊機管理監控系統應用

朱安慶， 馬詩龍

(1.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮江 212003； 2.江蘇現代造船技術有限公司， 江蘇 鎮江 212003)

0 引 言

在船舶建造流程中，從鋼材零部件的加工到總段裝配，焊接工時一般占據船體建造工程總工時的30%～40%[1]，焊接質量直接影響船體質量。工件焊接質量問題的影響因素往往是焊工在作業過程中使用的焊接參數與要求的焊接參數不一致，導致工件變形過大或其他焊接質量不合格問題，可能需要工人花費大量時間對工件進行變形校正[2]，嚴重的情況需要重新選擇材料進行加工，不僅浪費船廠大量的人力物力，而且增加船舶建造成本，延長建造周期。船廠焊工是一種自由度較高的職業，管理人員希望焊工在作業時間更具有組織性，更能保證焊工作業時的安全。本焊機管理監控系統運用非接觸式刷卡技術，將采集的焊機焊接數據與對應的焊工綁定，可分析焊工的工作時間，從而更有效地管理作業人員和作業過程。焊機在船廠焊接車間屬于數量最多的用電設備，所以在非焊接時間待機的焊機不僅會產生電能的浪費，而且存在一定的安全隱患。本監控系統通過分析設備的工作狀態，提醒工人在下班時間關閉焊機，增強安全意識?；诖瑥S以上需求，研究船廠焊機管理監控系統解決上述問題是非常必要的。

焊接數據采集技術已經是非常成熟的技術，可以采用具有較高準確性和合適的精度的分流器、霍爾傳感器[3]采集焊接數據，滿足焊機作業數據采集允許的誤差范圍。應用較好的控件和易開發的計算機語言，設計焊機管理監控系統，實現遠程焊機、焊工作業查詢以及焊機、焊工工作時間分布查詢等功能。

本文提出的焊機管理監控系統通過實時采集焊接參數、焊工信息、焊機狀態等信息，應用Wi-Fi技術[4]，實現數據傳輸，現場搭建簡單，減少現場總線復雜的布線工作，使用便捷。本系統在船廠的初步應用情況表明其對焊機作業的智能管理具有一定的推動作用，具有較大的推廣價值。

1 焊機管理系統構成

焊機管理監控系統主要包括焊機數據采集器、無線接入點(Access Point, AP)基站和上位機軟件。焊機上安裝1臺焊機數據采集器，主要實現焊接數據、焊工信息的采集和顯示，同時根據需要覆蓋信號的范圍選擇合適的點位布置無線AP，實現數據采集器與上位機的連接。焊機數據采集器的功能是精準地采集焊接數據，通過設置數據采樣變比，可以將采集的模擬信號準確地換算成實際的焊接數據，同時可以實時顯示焊接數據和網絡連接地址設置。在采集焊接數據的過程中，采集器可以對數據通過自動異或校驗和的方式[5]，檢驗采集數據是否準確，對于無效的數據采取拋棄操作，從而保證采集數據的有效性，最后通過Wi-Fi通信模塊傳輸至無線AP。

無線AP的安裝須考慮船廠分段車間的結構特點和自身的信號覆蓋半徑，安裝高度一般在12 m左右，防止大分段的遮擋切斷焊機數據采集器與無線AP的網絡連接。為保證無線AP信號覆蓋范圍內的焊機數據采集器可以順利地連接，須通過Web網頁設置AP的SSID、密碼和靜態IP，考慮到無線AP與采集器在同一網絡，無線AP和采集器IP地址的網絡地址部分需要一致。

所有采集的有效數據都會被及時地傳輸至終端，為使處于不同網段的無線AP將數據發送至同一個終端，本系統采用3層交換機，在不同無線AP之間實現路由，并與終端構成一個完整的網絡結構。上位機監控軟件包括2個部分：數據采集程序和UI界面。數據采集程序運用線程池，減少程序運行的等待時間，保證焊接數據實時、準確地處理；UI界面主要呈現焊接實時數據和工人工作時間分布等信息。

2 焊機管理監控系統功能

船廠焊機管理監控系統的主要功能包括：焊接數據的實時顯示、焊機工作時間分布、焊工工作時間分布、焊機狀態分析和焊機故障分析等。監控系統在實現這些功能前需向系統錄入焊機、焊工相關信息和焊接參數信息，從而將焊接數據與焊接工人綁定實現對焊機、焊工和焊接作業過程的有效監控。

將焊工信息錄入對應的施工班組，焊工在使用焊機前可刷焊工卡將自己的信息錄入數據采集器，達到匹配的目的，如圖1所示。

圖1 焊工信息錄入界面

焊機作為本系統監控的對象，在使用監控系統前必須錄入監控焊機的詳細信息，如圖2所示。在UI界面的焊機信息錄入界面中，將焊機編碼、IP地址和所在車間區域等信息編輯完整，從而實現對焊機的有效監控。

圖2 焊機信息錄入界面

在焊接作業中，針對不同的焊接工件須使用對應的焊接參數，在監控系統中需提前錄入對應的焊接類型和正確的焊接參數。如圖3所示，設置橫焊、平焊、立焊和仰焊時的焊機電流和電壓值以及焊接過程中會出現的電流和電壓上下限，實現對焊接作業的有效監控。

圖3 焊機參數設置

3 焊機管理監控系統應用

焊機管理監控系統在完成焊機數據采集和無線AP設置后，可應用于船廠焊接車間。以江蘇新時代造船有限公司分段車間為例，展示系統在焊接數據實時顯示、焊機工作時間分布、焊工工作時間分布和焊機故障分析等方面的應用情況。圖4為編號G3-004的焊機收弧過程的焊接數據實時顯示，包括焊機時間與焊接參數動態曲線圖。

圖4 焊接數據實時顯示

在本焊機監控系統UI界面中，用戶可快速查詢焊工在一天內的工作時間分布。圖5所示為編號為01000001的焊工在當前查詢日期內上午的工作時間分布。

圖5 焊工工作時間分布

本焊機管理監控系統可查詢焊機工作歷史狀態與工作時間分布。在焊機監控軟件系統中將焊機狀態分為4種：工作、空載、關機和故障，如圖6所示，同時顯示編號為G3-COO001的焊機在當前查詢日期上午的工作時間分布，有利于用戶了解不同工位焊機的利用率。

圖6 焊機工作時間分布

當焊機發生故障時，工人在焊接現場可通過觸發監控裝置故障按鈕上傳焊機故障信息，焊機故障信息將記錄在故障分析界面，方便用戶查看。維保部門開展維保工作并記錄故障原因，建立維保數據庫，進行故障和維保分析。焊機故障分析如圖7所示。

圖7 焊機故障分析

4 結 論

通過分析當前船廠對焊機管理監控需求的情況，提出應用Wi-Fi為傳輸技術并使用易開發的計算機語言設計焊接作業管理功能模塊，實現焊機管理的相關功能。實地測試結果表明：焊機管理監控系統可以實現焊接數據變化的實時顯示，焊接歷史數據查詢，焊機、焊工的工作時間分布查詢，有利于船廠人員了解焊機的使用情況以及焊工焊接時間和非焊接時間分布；焊機故障分析有助于船廠及時修復焊機，保障船廠焊機設備的完好。