网络电焊机控制系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及材料加工制造网络控制系统，特别是电焊机网络的控制系统。
背景技术
焊接规范是决定焊接质量的重要因素，实际生产中必须根据工艺评定后确定的规范严格执行，但由于在焊接现场，焊接规范需要人为设置，加上一些外界因素的影响，往往使焊接规范在执行过程中产生较大偏差，从而影响焊接质量。
【发明内容】
本发明的目的对网络上的电焊机的工艺进行统一管理，实现焊接生产过程信息化。网络上的电焊机以下简称网络电焊机。
本发明是电焊机网络控制系统，是由网络电焊机控制单元(1)、网络通讯网关(2)、现场管理计算机(3)、公共网络(4)、焊接规范数据库服务器(5)组成。控制单元(1)设置在电焊机的机柜中，网络通讯网关(2)设置在电焊机的机柜中，或者设置在电焊机的机柜之外。控制单元(1)通过通讯接口(1-2)与网络通讯网关(2)连接，网络通讯网关(2)与现场管理计算机(3)连接，现场管理计算机(3)通过公共网络(4)与焊接规范数据库服务器(5)连接。
网络电焊机控制单元(1)由主控单片机(1-1)、通讯接口(1-2)、电焊机控制参数存储器(1-3)、数字量输出电路(1-4)、模拟量输出电路(1-5)、模拟量采集电路(1-6)、显示器(1-7)、键盘输入电路(1-8)组成，键盘输入电路(1-8)将按键的操作信息传送至主控单片机(1-1)，数字量输出电路(1-4)通过接插件与固态继电器模块连接实现开关量控制，模拟量采集电路(1-6)与网络电焊机中焊接电压反馈电路和焊接电流分流器连接，采集电焊机运行及状态信息并发送至主控单片机(1-1)，模拟量输出电路(1-5)与电焊机焊接电流给定或着送丝速度给定相连，将电焊机控制参数存储器(1-3)中的规范变成实际输出给网络电焊机。
主控单片机(1-1)由U1(W78E58)及其外围元件连接构成，通讯接口(1-2)由U17(MAX232)及其外围元件连接构成，电焊机控制参数存储器(1-3)由U4(27128)及其外围元件连接构成，显示器(1-7)由显示驱动芯片6963C和采用128×64点阵LCD显示器U7及其外围元件连接构成，键盘输入电路(1-8)由U19(8279)及其外围元件连接构成，数字量输出电路(1-4)由U5(8255)及其外围元件组成，模拟量采集电路(1-6)由U15(AD574)及其外围元件组成，模拟量输出电路(1-5)由U20、U21(DAC0832)及其外围元件组成。
网络电焊机的网络通讯网关(2)是由网关单片机(2-1)、通讯接口(2-2)、以太网通讯接口(2-3)、接插件(2-4)组成，其中接插件(2-4)为标准RJ45接插件，接插件(2-4)连接现场管理计算机(3)，网关单片机IC1通过通讯芯片IC3与电焊机的控制单元(1)交换信息。
网关单片机(2-1)由IC1(ATMEL AT89C51)及其外围元件连接构成，通讯接口(2-2)是由IC3(MAX232)及其外围元件连接构成的RS232通讯接口，以太网通讯接口(2-3)由IC2(RTL8019AS)及其外围元件组成，通过RS232通讯接口将网络电焊机的控制单元(1)与网络通讯网关(2)连接起来，接插件(2-4)是RJ45接插件，通过双绞线连接现场管理计算机(3)。
本发明的电焊机网络控制方法，其控制步骤如下：
A.为每一台网络电焊机设置一个IP地址码并存储在网络电焊机网络控制系统的网络通讯网关(2)中。
B.操作者通过键盘输入电路(1-8)将输入的焊件号和焊缝号通过网络通讯网关(2)传送给现场管理计算机(3)。
C.由现场管理计算机(3)通过以太网与焊接规范数据库服务器(5)连接，根据给定的焊件号和焊缝号从数据库中确定焊接规范，经以太网和现场管理计算机(3)及网络通讯网关(2)传送给网络电焊机控制单元(1)并存储在电焊机控制参数存储器(1-3)中。
D.由网络电焊机控制单元(1)控制电焊机按电焊机控制参数存储器中的参数进行运行。
在电焊机运行期间，网络电焊机控制单元(1)周期性地将电焊机的实际运行参数传送网络通讯网关(2)，经由网络通讯网关(2)通过现场管理计算机(3)传送给焊接规范数据库服务器(5)记录电焊机的历史参数。所述的电焊机网络控制方法可适用于直流手工焊机、气保焊机(包括CO2焊机和MIG/MAG焊机)、埋弧焊机。
本发明将焊接规范的执行设备-电焊机进行了网络化，规范参数由输入的工件号和焊缝号从焊接规范数据库查询后自动设置，避免了人为影响，而且提高了效率。同时对焊接过程中地参数进行定时监测，将结果存入数据库中以供查询。实现了焊接生产过程的网络化统一管理和监控，使焊接生产实现了信息化和规范化。
本发明的网络电焊机，在每一电焊机侧设置网络通讯网关，通过通讯接口与电焊机主控模块连接，通讯网关通过双绞线与现场管理计算机连接，现场管理计算机通过以太网络与远程中心焊接规范数据库服务器连接，从而建立网络电焊机控制系统。现场的电焊机可以随时下载焊接规范并执行；远程中心焊接规范数据库服务器可对网络中的任一台运行的电焊机状态进行监控并对状态参数进行记录。
【附图说明】
图1是本发明电焊机网络控制系统的结构示意图。
图2是本发明电焊机网络控制系统的主控单元的结构框图。
图3是本发明电焊机网络控制系统的网络通讯网关的结构框图。
图4是图2所示电焊机网络控制系统的主控单元的电路图。
图5是图2所示电焊机网络控制系统的主控单元中模拟量输出电路(1-5)、和模拟量采集电路(1-6)的电路图。
图6是图3所示电焊机网络控制系统的网络通讯网关的电路图。
下面结合附图展开本发明的实施例。
【具体实施方式】
图1为本发明的电焊机网络控制系统的框图，是由网络电焊机控制单元(1)、网络通讯网关(2)、现场管理计算机(3)、公共网络(4)、焊接规范数据库服务器(5)组成。控制单元(1)设置在电焊机的机柜中，网络通讯网关(2)设置在电焊机的机柜中，或者设置在电焊机的机柜之外。控制单元(1)通过通讯接口(1-2)与网络通讯网关(2)连接，网络通讯网关(2)与现场管理计算机(3)连接，现场管理计算机(3)通过公共网络(4)与焊接规范数据库服务器(5)连接。
如图2所示，网络电焊机控制单元(1)由主控单片机(1-1)、通讯接口(1-2)、电焊机控制参数存储器(1-3)、数字量输出电路(1-4)、模拟量输出电路(1-5)、模拟量采集电路(1-6)、显示器(1-7)、键盘输入电路(1-8)组成，键盘输入电路(1-8)将按键的操作信息传送至主控单片机(1-1)，数字量输出电路(1-4)通过接插件与固态继电器模块连接实现开关量控制，模拟量采集电路(1-6)与网络电焊机中焊接电压反馈电路和焊接电流分流器连接，采集电焊机运行及状态信息并发送至主控单片机(1-1)，模拟量输出电路(1-5)与电焊机焊接电流给定或着送丝速度给定相连，将电焊机控制参数存储器(1-3)中的规范变成实际输出给网络电焊机。
如图2、图4、图5所示，网络电焊机主控单元主要包括：由U1(W78E58)及其外围元件连接构成的主控单片机(1-1)；由U17(MAX232)及其外围元件连接构成的主控通讯接口(1-2)；由U4(27128)及其外围元件连接构成的电焊机控制参数存储器(1-3)；由显示驱动芯片6963C和采用128×64点阵LCD显示器U7及其外围元件连接构成的显示器(1-7)；由U19(8279)及其外围元件连接构成的键盘输入电路(1-8)，将按键的操作信息传送至主控单片机(1-1)；由U5(8255)及其外围元件组成的数字量输出电路(1-4)，通过接插件与固态继电器模块连接实现开关量控制，如起弧、送丝等；由U15(AD574)及其外围元件组成的多路模拟量采集电路(1-6)，负责与网络电焊机中焊接电压反馈电路和焊接电流分流器连接，用于采样电焊机运行及状态信息并发送至主控单片机(1-1)；由U20、U21(DAC0832)及其外围元件组成的模拟量输出电路(1-5)与电焊机焊接电流给定(直流手工焊机)或送丝速度给定(气体保护焊)相连，主要负责将规范及程序存储单元(1-3)中的规范变成实际输出给网络电焊机。
图4和图5所示电路可设置在一块控制板上。控制板的核心是单片机U1，用于控制网络电焊机的所有基本功能。整个网络电焊机的控制参数均存放在U4中，网络电焊机所有控制参数取自U4。电焊机的网络通讯功能由U17完成，网络通讯时，由U17传送来的参数被保存在U4中，通讯完成后，电焊机采用U4中保存的新参数完成控制工作，主控单片机U1间隔一定时间周期性地通过U17向网络通讯网关2传送电焊机的运行参数。
如图3所示，网络电焊机的网络通讯网关(2)是由网关单片机(2-1)、通讯接口(2-2)、以太网通讯接口(2-3)、接插件(2-4)组成，其中接插件(2-4)为标准RJ45接插件，接插件(2-4)连接现场管理计算机(3)，网关单片机IC1通过通讯芯片IC3与电焊机的控制单元(1)交换信息。
如图3、图6所示，网络电焊机网络通讯网关主要包括：由IC1(ATMELAT89C51)及其外围元件连接构成的网关单片机(2-1)；由IC3(MAX232)及其外围元件连接构成的RS232通讯接口(2-2)；由IC2(RTL8019AS)及其外围元件组成的以太网通讯接口(2-3)。图6中接插件COM连接图4中接插件JP1，即通过RS232将网络电焊机的控制单元(1)与网络通讯网关(2)连接起来，接插件RJ45通过双绞线连接现场管理计算机(3)。网络通讯网关以网关单片机IC1为控制核心，它通过通讯芯片IC3与电焊机的控制单元交换信息。IC2是一专用网络控制芯片，负责以太网络通信控制。
电焊机在网络中的地址也由电焊机网络的网络通讯网关(2)确定，采用的是IP地址系统，每一块电焊机网络控制模块可以唯一设定一个IP地址和子网掩码，从而可以在网络中唯一标识电焊机结节。多台电焊机可以组网，网络联接介质采用非屏蔽双绞线，最大联接距离为100米，可用中继器延长通讯距离，采用星型拓扑结构，星型拓扑的中心结节为交换机或集线器。同一网段的网络中必须有一个结节是作为现场管理计算机(3)，对电焊机网络进行管理。一台现场服务器只能管理一个网段，一个网段中最多可支持253台电焊机节点。焊接规范库安装在焊接规范数据服务器(5)上，焊接规范数据服务器(5)可以为本地结节也可为远程结节，与电焊机网络可以不在同一网段。
现场管理计算机(3)完成网络中电焊机节点的初始化过程。初始化过程主要完成电焊机的IP地址说明标签和子网掩码的设置。现场管理计算机(3)还可完成最多253台电焊机的扫描监控过程。
操作者将焊接工件号和焊缝号由键盘输入网络电焊机主控单元(1)中，主控单元(1)将输入的信息编码后发送至RS232串口再经网络通讯网关(2)进行协议转换为支持TCP/IP协议规范的信号经双绞线传送至现场管理计算机(3)，现场管理计算机(3)将输入信息通过公用网络(4)，以工件号和焊缝号为索引从焊接规范数据服务器(5)中检索出相应的规范编码后发送给与相应的电焊机连接的网络通讯网关(2)，网络通讯网关(2)将数据传送给网络电焊机主控单元(1)的电焊机控制参数存储器(1-3)中，然后施加到焊机上，完成从网络数据库调用规范的过程。如果根据工件号和焊缝号从焊接规范数据服务器(5)中没有检索到相应的规范，则通讯过程与前述过程相同，只是返回错误信息，提示重新输入或退出。
焊接过程开始后，现场管理计算机(3)定时扫描网络中正在进行焊接的电焊机，并对焊接规范进行采样后，将每次采样数据存入焊接规范服务器(5)中的检测数据库。
焊接规范数据库服务器(5)中安装焊接规范数据库和检测数据库，它们采用Web数据库系统，根据工作性质不同，将用户分为三种不同的权限，它们是：超级用户，主要对焊接规范数据库进行维护、修改、添加和删除等，该用户主要为工艺制定，维护部门人员；普通用户，可以浏览焊接规范数据库，该用户主要为焊接现场操作人员；检测用户，只能浏览检测数据库。