基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电阻焊机联网控制领域，尤其是一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，所述电阻焊机控制管理系统采用三层结构两层网络模式；所述三层结构，下层为电阻焊机，中间层为电网平衡控制单元，上层为上位机监控系统；所述两层网络，中间层电网平衡控制单元与下层电阻焊机采用CAN总线网络连接，中间层电网平衡控制单元与上层上位机监控系统采用工业以太网方式连接；本发明创造具有的优点和积极效果是：实现控制三相电力平衡和网络系统管控一体化，不仅电网平衡负荷电流计算能够在一个周波内完成，而且所有焊机的工作状态及焊接结果都可以实时显示，极大地提高车间自动化和管理水平。
【专利说明】基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及电阻焊机联网控制领域，尤其是一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统。
【背景技术】
[0002]汽车焊装车间的焊接生产线上往往需要几十台至数百台电阻焊机，这些电阻焊机需要在同一时刻同时通电并行工作，这就给工厂的供电容量提出了很高的要求，往往会使工厂电网超负荷，导致断电影响正常生产，另外，现有汽车厂家焊接生产线上的电阻焊机一般都是独立控制，无法对电阻焊机的使用进行集中控制，对焊接质量无法进行及时的分析和监控，因为管理人员无法及时看到各种运行参数，也就无法分析焊接工艺中存在的问题。
[0003]目前，国内虽有一些电阻焊机控制管理系统，但基本都是将电网平衡和焊机监控管理分成两套系统单独控制。电网平衡控制大都通过PLC或IPC实现，采用星型网络拓补结构进行电缆连接，由于焊机在车间的布局具有很大分散性，故接线量大，接线距离长，可靠性差；而要同时完成焊机的监控、编程、数据库管理等功能又必须再配置另外的CAN或RS-485等总线系统，不仅设备繁杂，同时又进一步增加了系统成本和维护难度，还是很难满足实际生产的需要。
【发明内容】
[0004]本发明创造要解决的问题是克服现有技术不足，提供一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，使“电网平衡”和“实时监控”全部通过总线通讯方式实现，采用CAN总线和交换式工业以太网组成的异构网络体系，实现控制三相电力平衡和网络系统管控一体化。
[0005]为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是:一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，所述电阻焊机控制管理系统采用三层结构两层网络模式；
[0006]所述三层结构，下层为电阻焊机，中间层为电网平衡控制单元，上层为上位机监控系统；
[0007]所述两层网络，中间层电网平衡控制单元与下层电阻焊机采用CAN总线网络连接，中间层电网平衡控制单元与上层上位机监控系统采用工业以太网方式连接；
[0008]所述CAN总线网络为多个，根据电阻焊机在车间的工位布局将其划分为不同的CAN总线网络；
[0009]所述电阻焊机设置CAN通讯控制电路，所述CAN通讯控制电路用于把电阻焊机连接到CAN总线网络中；
[0010]所述电网平衡控制单元设置CANOpen现场总线模块和以太网接口，所述电网平衡控制单元用于CAN总线网络与工业以太网转换；
[0011]所述上位机监控系统设有以太网交换机；
[0012]所述CAN总线网络一端连接电阻焊机的CAN通讯控制电路，另一端连接电网平衡控制单元的CANOpen现场总线模块，形成多主机控制局域网，所述电网平衡控制单元的以太网接口通过工业以太网与上位机监控系统的以太网交换机进行数据传递通讯；
[0013]所述电网平衡控制单元采用嵌入式PC控制系统，责运行电网平衡控制软件，包括嵌入式PC控制装置、显示系统、CANopen现场总线模块、电力测量模块、电源隔离模块，所述嵌入式PC控制装置自带以太网接口，可以实现与上位机系统通讯，所述CANopen现场总线模块、电力测量模块、电源隔离模块采用E-Bus总线方式与嵌入式PC控制系统进行通讯；所述嵌入式PC控制系统具有工业PC和硬件PLC双重功能；
[0014]所述上位机监控系统负责实时监控现场焊机的工作状态，包括PC机管理系统、监视器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机，所述监视器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机连接PC机管理系统，所述PC机管理系统包括PC主机、Windows操作系统、实时数据库系统、PLC实时核系统和上位机管理软件。上位机监控系统主要实现焊接参数的实时采集、焊机故障实时监测、焊接工艺参数远程编程、焊接参数和故障信息的数据库管理功能；
[0015]所述上位机监控系统通过工业以太网实现和工厂管理系统的连接；
[0016]所述每个CAN总线网络，最大通讯距离是1000米，最多可以控制64台焊机。
[0017]本发明创造具有的优点和积极效果是:
[0018]1、通过对CAN总线和交换式工业以太网异构网络体系的结合使电网平衡和实时监控全部通过总线通讯方式实现，实现控制三相电力平衡和网络系统管控一体化，结构简
单，安全可靠。
[0019]2、在通信网络的支持下，数据的实时处理得到保障，不仅电网平衡负荷电流计算能够在一个周波内完成，而且所有焊机的工作状态及焊接结果都可以实时显示。
[0020]3、实时监控、远程编程、数据管理与电网平衡控制能够在一套系统中实现，丰富的软件功能极大地提高车间自动化和管理水平。
[0021]4、取消星型结构的电网平衡部分大量的电缆连接，真正意义上通过总线通讯方式实现联网和限容功能。电阻焊机即可工作于联网方式，也可工作于单机(脱机)方式。当系统发生故障或停机时，电阻焊机可自动进入脱机工作状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的系统结构原理框图
[0023]图2为电网平衡控制单元原理框图
[0024]图3为电阻焊机控制板原理框图
[0025]图4为上位机管理系统的原理框图
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本发明包括多台电阻焊机、电网平衡控制单元、上位机监控系统和工厂管理系统；电阻焊机通过其内部焊机控制板电路上的CAN通讯控制电路组成CAN总线局域网络；根据电阻焊机在车间的工位布局将其划分为不同的CAN总线网络，每个CAN总线网络最多可以控制64台电阻焊机；CAN总线网络的一端连接120欧姆总线特性电阻焊机，另一端与电网平衡控制单元上的CANOpen现场总线模块，形成多主机控制局域网；电网平衡控制单元负责运行电网平衡控制软件，同时作为上位机系统和电阻焊机通讯数据的中转站；电网平衡控制单元与上位机监控系统采用的是工业以太网ADS方式进行数据传递，通过电网平衡控制单元转换装置将CAN总线与工业以太网实现无缝、高效连接，借助工业以太网通信速率快、信息量大、组网灵活等优点实现对焊机的实时监控；上位机监控系统通过以太网实现与工厂管理系统的数据共享。
[0027]如图2所示，电网平衡控制单元控制部分主要由嵌入式PC控制系统、显示系统、多块CANopen现场总线模块、电源隔离模块和高灵敏度的电力测量模块组成，嵌入式PC控制装置自带以太网接口，这些模块之间采用E-Bus总线方式进行通讯；嵌入式PC装置具有工业PC和硬件PLC双重功能，可以同时独立运行4套PLC任务，它的扩展组件功能非常完善，可以根据需要完成各种复杂的控制任务；CANopen现场总线模块是为实现嵌入式PC与CAN总线网络连接而设计的，通过它实现电网平衡控制单元与电阻焊机组成的CAN网络数据通讯；电力测量模块可以测量所有相关的三相交流电参数，电阻焊机供电变压器的电网电压可以直接测量，电网电流通过简单的电流互感器测量，有助于进行全面的电网分析和能源管理；根据电阻焊机负载持续率低的工作特点，我们对电网使用采用分时控制策略，控制供电变压器各相线上同时通电焊接焊机的数量，可有效稳定电网电压；为控制电阻焊机的启动顺序实现电网平衡控制，需要在电阻焊机控制板软件中增加两个控制信号:焊接申请信号和焊接应答信号，每台焊机在通电焊接的前一个周波向电网平衡控制系统发出焊接申请信号，电网平衡控制系统接收到焊接申请后，根据当前的电网电压和申请情况，对提出焊接申请的焊机进行排队，根据排队的次序及焊机工位优先权等因素决定可以通电的焊机，从而实现通电焊接过程的联锁控制管理
[0028]如图3所示，电阻焊机主控板主要由同步控制主控板、电流电压反馈电路、相位同步与控制电路、输出控制电路、输入控制电路、焊接信号控制电路、CAN通讯控制电路、开关稳压电源、RS485通讯控制电路组成；同步控制主控板为单片机系统，包括数据存储器RAM、程序存储器、扩展I/O接口、串行口、CAN总线接口、PWM，它完成全机的控制；RS485通讯控制电路为编程器通讯接口电路，可以完成与编程监视器的通讯，设置电阻焊机的参数、网络编号、限容方式、优先权等信息；CAN通讯控制电路用于把电阻焊机连接到CAN总线网络中，实现与电网平衡控制单元的双向通讯；输出控制电路，包括故障、焊接终了、夹紧、气阀输出等信号；输入控制电路，包括启动、复位、单连点、夹紧等，经过光电隔离电路等进入CPU ;开关稳压电源，提供全机所需的+24V、±15V、+5V、+9V电源，相位同步与控制电路由脉冲形成电路。
[0029]如图4所示，上位机管理系统主要由PC机管理系统、监视器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机组成；PC机管理系统是整个上位机系统的控制核心，PC机管理系统主要包括PC主机、Windows操作系统、实时数据库系统、PLC实时核系统和上位机管理软件。上位机管理系统主要实现焊接参数的实时采集、电阻焊机故障实时监测、焊接工艺参数远程编程、焊接参数和故障信息的数据库管理等功能。PC机管理系统通过工业以太网实现与电网平衡控制单元和工厂管理系统。
[0030]使用了在线同步和动态调整等先进算法，对网络内每一台焊机的通电请求都进行计算判断，在一个周波(20ms)内给出允许通电或禁止通电的响应；根据变压器容量，限制同时工作的焊机电流总和；根据三相平衡度，限制相间最大电流差值；各个电阻焊机重要性不同，可加权对待。[0031]工作状态实时显示，包括焊接状态、等待状态、空闲状态、故障状态、离线状态的实时显示；焊接参数实时显示，包括规范号、工位号、焊接电流、焊接时间、控制角、导通角、焊点数；故障信息实时显示，包括焊机号、工位号、故障号、故障原因、解决方法。
[0032]统一编程，可以在集中控制室内对任意一台焊机编程，不同焊机编程数据可以互相拷贝，同时，可随意调入任意一台焊机的编程数据。数据库管理，提供对各项参数的查询、修改、删除等方法，可形成Excel统计报表，并进行打印。信息共享，可与车间级信息管理系统(ERP )集成，通过网络共享信息。
[0033]以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【权利要求】
1.一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，其特征在于:所述电阻焊机控制管理系统采用三层结构两层网络模式； 所述三层结构，下层为电阻焊机，中间层为电网平衡控制单元，上层为上位机监控系统； 所述两层网络，中间层电网平衡控制单元与下层电阻焊机采用CAN总线网络连接，中间层电网平衡控制单元与上层上位机监控系统采用工业以太网方式连接； 所述CAN总线网络为多个，根据电阻焊机在车间的工位布局将其划分为不同的CAN总线网络； 所述电阻焊机设置CAN通讯控制电路，所述CAN通讯控制电路用于把电阻焊机连接到CAN总线网络中； 所述电网平衡控制单元设置CANOpen现场总线模块和以太网接口，所述电网平衡控制单元用于CAN总线网络与工业以太网转换； 所述上位机监控系统设有以太网交换机； 所述CAN总线网络一端连接电阻焊机的CAN通讯控制电路，另一端连接电网平衡控制单元的CANOpen现场总线模块，形成多主机控制局域网，所述电网平衡控制单元的以太网接口通过工业以太网与上位机监控系统的以太网交换机进行数据传递通讯。
2.根据权利要求1所述的一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，其特征在于:所述电网平衡控制单元采用嵌入式PC控制系统，负责运行电网平衡控制软件，包括嵌入式PC控制装置、显示系统、CANopen现场总线模块、电力测量模块、电源隔离模块，所述嵌入式PC控制装置自带以太网接口，可以实现与上位机系统通讯，所述CANopen现场总线模块、电力测量模块、电源隔离模块采用E-Bus总线方式与嵌入式PC控制系统进行通讯；所述嵌入式PC控制系统具有工业PC和硬件PLC双重功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，其特征在于:所述上位机监控系统负责实时监控现场焊机的工作状态，包括PC机管理系统、监视器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机，所述监视器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机连接PC机管理系统，所述PC机管理系统包括PC主机、Windows操作系统、实时数据库系统、PLC实时核系统和上位机管理软件。上位机监控系统主要实现焊接参数的实时采集、焊机故障实时监测、焊接工艺参数远程编程、焊接参数和故障信息的数据库管理功能。
4.根据权利要求1所述的一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，其特征在于:所述上位机监控系统通过工业以太网实现和工厂管理系统的连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于异构网络技术的电阻焊机控制管理系统，其特征在于:所述每个CAN总线网络，最大通讯距离是1000米，最多可以控制64台焊机。
【文档编号】G05B19/418GK103455018SQ201310428195
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】尉学森, 成海晖, 尹戈, 于洋展 申请人:天津七所高科技有限公司