CN101767452A - 通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚乙烯管道的电熔焊接，旨在提供一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机及通过无线网络实现电熔焊接质量监控的方法。该电熔焊机包括与电熔焊机主体相连的微处理器，以及分别与微处理器相连的身份验证模块、异常情况报警模块与无线数据收发模块，微处理器中内置有质量监控程序。其方法包括：对焊工的身份识别与资质认定、焊接工程项目管理、焊接参数管理、焊接前的预检、焊接质量的控制等内容。本发明可实现聚乙烯管道电熔接头焊接质量管理：包括管道接头定位、焊工资质校验、焊接数据存档、焊接质量校验等功能；可实现焊工资质与等级管理和焊接工程项目管理。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯管道的电熔焊接，特别涉及一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机及通过无线网络实现电熔焊接质量监控的方法。
背景技术
电熔焊接是聚乙烯管道主要的连接方式之一，由于其较高的安全性与较低的使用事故率而在聚乙烯燃气管道领域得到了广泛的应用。然而，目前国内外还没有一套针对聚乙烯管道电熔接头的检测与安全评定的标准。传统钢管的检测与安全评定方法并不适用与聚乙烯管道，因而无法对在役聚乙烯管道电熔接头进行检测评定。由此在聚乙烯管道上形成一个***的真空，安全性难以得到保障。另外，我国目前缺乏对职业焊工的管理及其等级评定的有效方法。焊接规范性主要依靠焊工自身觉悟和职业素养控制，因而也无法从源头确保施工质量的可靠性和稳定性。
根据现场调研表明，引起电熔焊接缺陷的主要因素有：(1)未均匀刮削氧化皮；(2)未按要求对中安装；(3)未按规定的焊接时间焊接；(4)焊接现场的动力波动(通常难以察觉)。其中未按要求对中最终会导致电阻丝短路造成局部过焊。
现有国内外的全自动电熔焊机主要有意大利Ritmo公司的Polyweld Man电熔焊机，德国罗森博格公司的Rofuse电熔焊机以及国内的博众、德先等电熔焊机品牌。这些焊接基本都采用基于微处理器的晶闸管或IGBT调压模块实现电压控制，具有操作简单、自动调压控压、环境温度自动补偿、焊接可追溯性等功能。但是这些焊机无法避免以上四种工程中最容易引起焊接缺陷的焊接缺陷因素的发生。这几种焊机虽然都具有可追溯性，但是由于他们采用单机存储打印等方法，具有容易丢失、查找困难、记录数据量少等明显的不足。
实用新型专利CN200720093689.2提出一种新型智能高频电熔焊机，它具有防止焊接过程中电压波动、电压输出精度高、重量轻以及节能等优点，但该焊机没有考虑到焊接过程中电阻的变化，而且无法实现对焊接接头进行定位或对焊接过程数据进行存储管理等功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机及通过无线网络实现电熔焊接质量监控的方法。
为解决技术问题，本发明提供了一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机，包括与电熔焊机主体相连的微处理器，以及分别与微处理器相连的身份验证模块、异常情况报警模块与无线数据收发模块，各模块分别与电源连接；微处理器中内置有质量监控程序，控制各硬件模块共同完成电熔焊接质量监控功能；其中，身份验证模块包括指纹识别器或ID卡扫描装置；异常情况报警模块接收由质量监控程序传递的信息，并发出报警提示；无线数据收发模块内置2G或3G通信终端，与设于服务器端的无线数据收发模块相互匹配，完成数据收发。
本发明中，还包括与微处理器连接的GPS定位模块。
本发明中，还包括与微处理器连接的条形码扫描器。
本发明中，还包括连接于微处理器的显示模块、用于人机交互的操作键盘、基于微处理器的晶闸管或IGBT调压模块。
本发明还提供了一种基于前述电熔焊机的通过无线网络实现电熔焊接质量监控的方法，包括：
(1)对焊工的身份识别与资质认定
指纹识别器或ID卡扫描装置对焊工的指纹或ID卡进行识别，将相关信息通过无线网络传送至服务器；如与服务器上留存的数据比对吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；
(2)焊接工程项目管理
输入工程项目编号后，无线数据收发模块将相关信息发回服务器；如与服务器上留存数据吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；
(3)焊接参数管理
识别电熔套筒的识别码并传输回服务器，与服务器数据库中信息比对，如确认该电熔接头系认证过的生产厂商的合格产品，则由服务器端传回相应的焊接参数，否则告知现场该产品为不合法；
(4)焊接前的预检
电熔焊机在连接回路上施加一个短时低电压，通过回路电流大小计算电熔套筒内电阻，并将该内电阻与套筒参数的标准值进行比较；若超出标准电阻值的±20％，则警告焊工可能存在电路连接错误、连接线老化、短路或者焊机故障；重复该过程，直至故障排除；若测量电阻值在标称值的±20％以内，说明现场连接正常，进入正常焊接程序；焊机根据现场温度与服务器传回的焊接参数计算补偿量，确定最终的焊接参数；
(5)焊接质量的控制
电熔焊机将焊接电压及时间控制参数转化为对晶闸管调压时间的延迟，输出实时焊接电压；同时利用电熔焊机内部的电流测量装置测量焊接电流，并将记录的焊接电压与焊接电流实时传送回服务器进行存档，以此反复循环直至焊接结束；
服务器端根据焊接过程的电压电流数据计算焊接过程的输入热量，并且与标准值进行比较，若实际焊接热量在标准值±20％以内，则认为焊接过程合法，焊接结束；否则，给出警告信息告知现场焊工焊接热量过多或不足。
作为一种改进，在步骤(5)之前，还包括将GPS定位模块获取的当前位置信息传送回服务器以与工程项目编号进行关联的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)可实现聚乙烯管道电熔接头焊接质量管理：包括管道接头定位、焊工资质校验、焊接数据存档、焊接质量校验等功能；
(2)可实现焊工资质与等级管理：该电熔焊机可严格验证实施焊接的焊工身份，校验焊工的焊接资格，并记录该焊工的每一次焊接操作记录；
(3)焊接工程项目管理：该电熔焊机可以严格按照工程管理单位提出的焊工资质、管件产品等级等要求，对施工人员与现场安装的电熔管件技术规格进行远程在线管理。
本发明是一种新的全自动电熔焊机，与现有的焊机相比，它可以对焊接过程出现的焊接输入热量异常情况进行提示报警，并且给出推荐处理的方案；它配备的无线通讯模块可以将焊接状态数据发送到服务器保存，有利于对工程施工质量进行集中化管理；它可以帮助管道检测管理人员准确快速地定位含缺陷(或高危)电熔接头，防止对已埋入的管道盲目开挖，从而可以节省大量的人力物力财力，而且避免了重新开挖损伤管道本体。
附图说明
图1为本发明的结构示意框图；
图2为本发明实现过程的框图。
具体实施方式
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
本发明中的电熔焊机，包括与电熔焊机主体相连的微处理器，以及通常电熔焊机所具备的显示屏、输入键盘等外联设备。与现有焊机不同的是，本发明中的电熔焊机还包括与电熔焊机主体相连的微处理器，微处理器分别与相连的身份验证模块、异常情况报警模块与无线数据收发模块，各模块分别与电源连接；根据通常做法，微处理器与各模块通过光电隔离模块实现连接，以保证机器运行过程中微处理器不受干扰。微处理器中内置有质量监控程序，控制各硬件模块共同完成电熔焊接质量监控功能；其中，身份验证模块包括指纹识别器或ID卡扫描装置；异常情况报警模块接收由质量监控模块传递的信息，并发出报警提示；无线数据收发模块内置2G或3G通信终端，与设于服务器端的无线数据收发模块相互匹配，完成数据收发。该焊机还包括与微处理器连接的GPS定位模块。
上述各硬件模块中，中央处理器(CPU)可选择德州仪器公司(TI)的TMS320C6000系列高性能DSP，或微芯公司(Microchip)的PIC 16F87X系列高性能单片机，或其他公司如Intel、摩托罗拉、美国模拟器件公司等公司的类似产品；无线数据收发模块可选择北京捷麦公司的G100A型GSM通信模块或其他3G通信终端；条形码输入模块可选用Motorola公司的Symbol1902T型条形码扫描器；焊工身份识别的指纹输入模块可选择富士通公司的MBF300指纹传感器；焊工身份识别的IC卡读写模块可以使用ATMEL公司IC读写器芯片AT45DB041B；焊机GPS定位模块可以选择Garmin公司的GPS 15芯片。其他如晶闸管调压、电压测量、电流测量、显示、报警、人机交互、光电隔离等模块均为非常通用的标准化的功能，故不再本发明中赘述。
质量监控程序是内置于微处理器的软件程序，属软件功能模块，它的作用是：1)分别将电压测量仪与电流测量仪得到焊接电压与焊接电流送到无线数据收发的缓冲区，让其传输回服务器；2)接收服务器传输回来的焊接热量计算与判断结果(如：焊接热量134kJ，冷焊程度34％)，并将其送到显示模块的显示缓冲区；3)若冷焊或过焊程度超过20％，给出报警信号，并通过CPU输送到异常情况报警模块。由于各种软件功能模块都有非常成熟的程序段可供参考，其软件实现方式为本领域技术人员熟知，只不过是选择不同的CPU就要用不同的语言来表达同一个意思而已。比如Microchip系列单片机用自己的编程语言，而Intel系列经常用IBM汇编语言，其高端产品甚至可以用C语言，但表达的内容都是一样的，故不在本发明中赘述。
服务器是独立于电熔焊机的基于网络的单独***。它主要实现以下功能：(1)接收电熔焊机传输回的焊工身份数据(指纹数据或身份ID***)，与服务器数据库中存储的有资质的焊工身份数据比对，若焊工身份合法，则发送确认信号，否则发送验证失败信号；(2)接收电熔焊机传输回的工程项目编号数据，与服务器数据库中存储的工程项目数据编号(该数据由施工单位预先录入)比对，若工程项目编号合法，则发送确认信号，否则发送验证失败信号；(3)接收电熔焊机传输回的电熔套筒识别码，同样在服务器数据库中验证，若为经过认证的厂家生产的合格产品，则传送回相应的经过工艺评定过的焊接参数，否则告知现场该产品为不合法；(4)接收电熔焊机传输回的电阻值和温度，对焊接工艺参数进行补偿修正，将修正过的工艺参数发送回现场；(5)接收电熔焊机传输回的实时焊接电压与焊接电流数据，对其在时间进行积分，直至焊接结束。将最终焊接热量与标准值进行比较，计算冷焊/过焊程度，将结果发送回电熔焊机；(6)接收GPS信号数据，与工程项目数据关联储存。
电熔焊机与服务器之间的数据通信协议约定，可以由软件编写人员确定(通信协议是本领域技术人员熟知的)。
本发明中，基于上述电熔焊机还提出了一种通过无线网络实现电熔焊接质量控制的方法，包括：
(1)对焊工的身份识别与资质认定
指纹识别器或ID卡扫描装置对焊工的指纹或ID卡进行识别，将相关信息通过无线网络传送至服务器，防止焊工资质的随意转用；如与服务器上留存的数据比对吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；
(2)焊接工程项目管理
输入工程项目编号后，无线数据收发模块将相关信息发回服务器；如与服务器上留存数据吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；若工程编号已录入服务器，并由项目管理者授权实施，焊机必须以该项目要求的焊接管件要求对电熔接头进行校核，并自动给出焊接参数。或设定允许由焊工手工输入焊接参数。
(3)焊接参数管理
识别电熔套筒的识别码并传输回服务器，与服务器数据库中信息比对，如确认该电熔接头系认证过的生产厂商的合格产品，则由服务器端传回相应的焊接参数，否则告知现场该产品为不合法；焊接参数输入还有两种方式可供选择。一是采用传统的焊接参数直接输入方法；二是采用条形码识别技术，通过条形码的信息自动识别出其中的焊接参数。
(4)焊接前的预检
现有的电熔焊机预检功能只是判断电路是否存在故障，比如短路或者短路，对于阻值偏大(比如电路老化等)的情况，并不会去是否会发生冷焊。而本专利提出以20％的输入热量不足量对是否存在冷焊进行界定。
电熔焊机在连接回路上施加一个短时低电压，通过回路电流大小计算电熔套筒内电阻，并将该内电阻与套筒参数的标准值进行比较；若超出标准电阻值的±20％，则警告焊工可能存在电路连接错误、连接线老化、短路或者焊机故障；重复该过程，直至故障排除；若测量电阻值在标称值的±20％以内，说明现场连接正常，进入正常焊接程序；焊机根据现场温度与服务器传回的焊接参数计算补偿量，确定最终的焊接参数；
(5)GPS定位管理
在焊工身份和电熔焊接接头都证实为合法以后，焊机通过内部的GPS定位模块获取当前的位置信息，并将该信息传送回服务器与工程项目编号进行关联。
(6)焊接质量的控制
电熔焊机将焊接电压及时间控制参数转化为对晶闸管调压时间的延迟，输出实时焊接电压；同时利用电熔焊机内部的电流测量装置测量焊接电流，并将记录的焊接电压与焊接电流实时传送回服务器进行存档，以此反复循环直至焊接结束；
服务器端根据焊接过程的电压电流数据计算焊接过程的输入热量，并且与标准值(该值的确定参考Jianfeng Shi，Jinyang Zheng等J.Pressure Vessel Technol.131)进行比较，若实际焊接热量在标准值±20％以内，则认为焊接过程合法，焊接结束；否则，给出警告信息告知现场焊工焊接热量过多或不足。通过对比该热量值与理论最优值的大小，判断本次焊接是否过焊或者冷焊缺陷。若确实存在冷焊或者过焊，则通过异常情况报警模块提示焊工，并给出理论计算的冷焊或过焊程度。焊工可以根据实际情况选择切除重新安装、或补焊或不做处理。除非焊工选择补焊，则焊机重新进入焊接程序，否则焊机只将焊工处理结果回传服务器做记录，焊接结束。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机，包括与电熔焊机主体相连的微处理器，其特征在于，还包括分别与微处理器相连的身份验证模块、异常情况报警模块与无线数据收发模块，各模块分别与电源连接；微处理器中内置有质量监控程序，控制各硬件模块共同完成电熔焊接质量监控功能；其中，身份验证模块包括指纹识别器或ID卡扫描装置；异常情况报警模块接收由质量监控程序传递的信息，并发出报警提示；无线数据收发模块内置2G或3G通信终端，与设于服务器端的无线数据收发模块相互匹配，完成数据收发。
2.根据权利要求1所述的电熔焊机，其特征在于，还包括与微处理器连接的GPS定位模块。
3.根据权利要求1所述的电熔焊机，其特征在于，还包括与微处理器连接的条形码扫描器。
4.根据权利要求1至3所述的任意一种电熔焊机，其特征在于，还包括连接于微处理器的显示模块、用于人机交互的操作键盘、基于微处理器的晶闸管或IGBT调压模块。
5.一种基于权利要求1所述电熔焊机的通过无线网络实现电熔焊接质量监控的方法，包括：
(1)对焊工的身份识别与资质认定
指纹识别器或ID卡扫描装置对焊工的指纹或ID卡进行识别，将相关信息通过无线网络传送至服务器；如与服务器上留存的数据比对吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；
(2)焊接工程项目管理
输入工程项目编号后，无线数据收发模块将相关信息发回服务器；如与服务器上留存数据吻合，则传送回确认信号，允许进行后续操作；
(3)焊接参数管理
识别电熔套筒的识别码并传输回服务器，与服务器数据库中信息比对，如确认该电熔接头系认证过的生产厂商的合格产品，则由服务器端传回相应的经过工艺评定过的焊接参数，否则告知现场该产品为不合法；
(4)焊接前的预检
电熔焊机在连接回路上施加一个短时低电压，通过回路电流大小计算电熔套筒内电阻，并将该内电阻与套筒参数的标准值进行比较；若超出标准电阻值的±20％，则警告焊工可能存在电路连接错误、连接线老化、短路或者焊机故障；重复该过程，直至故障排除；若测量电阻值在标称值的±20％以内，说明现场连接正常，进入正常焊接程序；焊机根据现场温度与服务器传回的焊接参数计算补偿量，确定最终的焊接参数；
(5)焊接质量的控制
电熔焊机将焊接电压及时间控制参数转化为对晶闸管调压时间的延迟，输出实时焊接电压；同时利用电熔焊机内部的电流测量装置测量焊接电流，并将记录的焊接电压与焊接电流实时传送回服务器进行存档，以此反复循环直至焊接结束；
服务器端根据焊接过程的电压电流数据计算焊接过程的输入热量，并且与标准值进行比较，若实际焊接热量在标准值±20％以内，则认为焊接过程合法，焊接结束；否则，给出警告信息告知现场焊工焊接热量过多或不足。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(5)之前，还包括将GPS定位模块获取的当前位置信息传送回服务器以便与工程项目编号进行关联的步骤。
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