专利名称：基于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集和处理系统，特别涉及一种钢管焊接过程质量监测和追溯。
背景技术：
钢管焊接质量的优劣关系到超临界和超超临界发电锅炉运行的安全，可以反映一 个锅炉厂的超临界和超超临界发电锅炉焊接技术水平和生产管理水平。目前，多数厂家的 钢管焊接质量管理都是依靠人工在现场眼看手记来实现，并没有实现对各个工艺流程的全 程实时的数字化自动监控，并记录和保存加工数据。这样，生产者根本无法对加工过程中的 历史数据进行追溯。由于没有对每根钢管予以标识，也没有对每个钢管的焊缝进行标识，在 工厂内完成、并经过质检被判定为焊接符合质量的产品，在运到安装工地时有时被认为是 不合格产品，往往难以分辨。另外，各个加工工艺有是在不同地点、并由不同的操作工完成， 常常会引起钢管焊接信息的不连贯和不完全，从而给质量分析带来不确定的甚至可能是错 误的因素。随着计算机网络技术的发展，数字化的监测系统便可以对现有的钢管焊接质量管 理带来很大的改进和给生产者提供很多便利。但是，完全采取有线的信息监测系统并不能 很好的满足钢管焊接质量监测的需求。由于钢管加工环境十分恶劣，现场可能随处堆积大 量钢材料，给有线监测系统的部署和维护带来极大的不便。因此，我们构建一种无线数据采 集和处理系统，以实现对钢管焊接过程中各个工艺流程的全面监测，以方便生产者既可以 实时掌握和分析钢管质量，又可以对历史数据进行追溯。
发明内容
本发明是针对目前钢管焊接信息不完整导致品质控制困难的问题，提出了一种基 于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统，由于采用IEEE 802. 15. 4无线传感器 网络和RFID无线技术，构建了一种能克服工业环境中各种干扰，能按照传输可靠性自主选 择路径的无线采集和处理系统。针对钢管焊接的工艺流程和工业现场需求，并设计了相应 的监测子系统。最终实现对钢管焊接过程中各个工艺流程的信息整合与处理，使获得全面 且实时的焊接质量分析和管理。本发明的技术方案为一种基于无线传感器网络和射频识别的钢管焊接数据采集 和处理系统，包括焊接信息采集子系统、探伤管理子系统、排管子系统、热处理信息采集子 系统四个子系统，各个子系统采集现场信息通过有线以太网将信息上传给总系统处理。所述焊接信息采集子系统由数个IEEE 802. 15. 4无线网络节点、焊接计算机、监 测仪表和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备组成。该系统中的IEEE 802. 15. 4无 线网络节点包括一个网络协调器(兼备无线网络和有线网络的网关功能)，多个路由器节 点和多个焊接参数测量功能节点；终端功能节点通过电量变送器采集焊接工作台上的钢管 焊接的电流和电压，再将其转换为可经由无线传输的数据包，而后由终端功能节点通过无线路由器将焊接信息上传给无线协调器/网关输送给焊接数据处理计算机。每根钢管上都 有识别其唯一编号的条形码，在焊接工作台进行焊接作业时由具有RFID无线射频功能的 条形码扫描设备提取其编号，并传给焊接数据处理计算机。。最终，焊接计算机将带有条形码的焊接信息上传给总系统。所述探伤管理子系统，由探伤计算机、探伤扫描设备和具有RFID无线射频功能的 条形码扫描设备组成，具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备获取正准备探伤钢管的 条码号并上传给探伤管理计算机，同时，探伤扫描设备记录保存条码号的钢管信息和图片，探伤管理计算机将带有条码号的探伤信息上传给总系统计算。所述排管子系统由排管计算机和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备组成，具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备将排管的钢管编号按照排管顺序提取并发 送给排管计算机，排管计算机通过以太网将钢管的条码信息按照次序上传给总系统计算 机。所述热处理信息采集子系统由温度监测仪表、热处理计算机和多个IEEE802. 15. 4 无线网络节点组成，系统中的IEEE 802. 15. 4无线网络节点包括一个网络协调器，多个路 由器节点和多个终端功能节点，无线终端通过温度变送器采集钢管的温度，并将它转换为包含所测温度信息的数据包，再经由无线路由器和无线协调器将这些信息上传给热处理计 算机，热处理计算机然后将信息最终传至总系统。本发明的有益效果在于本发明基于无线传感器网络和射频识别技术的钢管焊接数据采集和处理系统，实现了钢管焊接过程的全面质量监测和数据采集，不仅排除了钢管 焊缝质量检测的不确定性，，而且对加工信息进行了全面整合，最终实现钢管焊接质量的实 时和全面性管理。
图1为本发明基于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统框图；图2本发明基于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统示意图。
具体实施例方式如图1所示，针对具体的钢管焊接工艺流程，利用IEEE 802. 15. 4和RFID等无线 技术，该监测系统被设计为相应的四个监测子系统焊接信息采集子系统、探伤管理子系 统、排管子系统、热处理信息采集子系统。整个系统的详细部署示意图如图2所示，各个子 系统的功能和结构如下焊接信息采集子系统，是针对钢管加工的第一道工序——焊接而设计的，它的功 能是采集钢管焊接过程中的电流和电压参数。该系统由多个IEEE 802. 15. 4无线网络节 点、焊接计算机、监测仪表和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备组成。该系统中的 IEEE 802. 15. 4无线网络节点包括一个网络协调器(兼备无线网络和有线网络的网关功 能)，多个路由器节点和多个焊接参数测量功能节点；终端功能节点通过电量变送器采集 焊接工作台上的钢管焊接的电流和电压，再将其转换为可经由无线传输的数据包，而后由 终端功能节点通过无线路由器将焊接信息上传给无线协调器/网关输送给焊接数据处理 计算机。每根钢管上都有识别其唯一编号的条形码，在焊接工作台进行焊接作业时由具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备提取其编号，并传给焊接数据处理计算机。其中，网络 协调器节点具有网络自组织的地址分配和将无线网络协议转换为标准串口协议的网关功 能，负责将焊接信息采集子系统中的数据上传给焊接计算机；路由器节点具有自动路由功 能，负责焊接信息的中继与上传；终端功能节点既备有标准的DC4-20mA的接口，承担采集 焊接过程的电流和电压数据，并将这些信息上传给相应的路由器和协调器。 探伤管理子系统，是针对钢管加工的第二道工序——探伤而设计的，它的功能是 采集探伤过程中的图像信息。该系统由探伤计算机、探伤扫描设备和具有RFID无线射频功 能的条形码扫描设备组成。具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备2获取正准备探伤 钢管的条码号并上传给探伤管理计算机，同时，探伤设备对带有该条码号的钢管焊缝进行 探伤，并记录和保存探伤图像。最终，探伤管理计算机将带有条码号的探伤信息上传给总系 统计算。其中，探伤扫描设备负责记录每个钢管的探伤图像信息；条形码扫描仪负责采集条 形码信息，使得每根管的条形码信息和探伤图像信息一一对应；探伤计算机通过有线以太 网将探伤信息上传给总系统。排管子系统，是针对钢管加工的第三道工序——排管而设计的，它的功能是把即 将进行热处理的一排钢管的条形码按照先后顺序进行记录，以便生产者清楚的知道某一钢 管在一排中的具体位置。该系统由排管计算机和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设 备组成。具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备3将即将进行排管的钢管编号按照排 管顺序一一提取并发送给排管计算机，然后排管计算机通过以太网将一排钢管的条码信息 按照次序上传给总系统计算机。热处理信息采集子系统，是针对钢管加工的最后一道工序——热处理而设计的， 它的功能是采集热处理过程中的温度信息。该系统由温度监测仪表、热处理计算机和多个 IEEE 802. 15. 4无线网络节点组成。系统中的IEEE802. 15. 4无线网络节点包括一个网络协 调器，多个路由器节点和多个终端功能节点。IEEE 802. 15. 4无线终端2采集正在进行热处 理的一批钢管的温度，并通过无线路由器2和无线协调器2将温度信息上传给热处理计算 机，热处理计算机然后将信息最终传至总系统。网络协调器节点具有网络自组织的地址分 配和将无线网络协议转换为标准串口协议的网关功能，负责将一组排管的热处理温度上传 给热处理计算机；路由器节点具有自动路由功能，负责温度信息的中继和上传；终端功能 节点采集温度信息并通过IEEE 802. 15. 4网络将这些信息上传。 总系统计算机中，应用组态软件对各个子系统的信息进行整合和处理，并对钢管 焊接过程进行质量评估、趋势分析和质量追溯。
权利要求
一种钢管焊接数据采集和处理系统，其特征在于，它由基于无线传感器网络的焊接信息采集子系统、探伤管理子系统、排管子系统、热处理信息采集子系统四个子系统组成，各个子系统采集现场信息通过有线以太网将信息上传给总系统处理。
2.根据权利要求1所述的钢管焊接数据采集和处理系统，其特征在于，所述焊接信息 采集子系统包括IEEE 802. 15. 4无线网络、焊接数据处理计算机、监测仪表和具有RFID无 线射频功能的条形码扫描设备组成。该系统中的IEEE802. 15. 4无线网络节点包括一个网 络协调器(兼备无线网络和有线网络的网关功能)，多个路由器节点和多个焊接参数测量 功能节点；终端功能节点通过电量变送器采集焊接工作台上的钢管焊接的电流和电压，再 将其转换为可经由无线传输的数据包，而后由终端功能节点通过无线路由器将焊接信息上 传给无线协调器/网关输送给焊接数据处理计算机。每根钢管上都有识别其唯一编号的条 形码，在焊接工作台进行焊接作业时由具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备提取其 编号，并传给焊接数据处理计算机。接着焊接计算机将经过处理的带有条形码编号的焊接 信息上传给总系统计算机。
3.根据权利要求1所述钢管焊接数据采集和处理系统，其特征在于，所述探伤管理子 系统，由探伤计算机、探伤扫描设备和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备组成。具 有RFID无线射频功能的条形码扫描设备获取正准备探伤钢管的条码号上传给探伤管理计 算机；在与焊缝探伤的图像组合后，将带有条码号的探伤信息上传给总系统计算机。
4.根据权利要求1所述钢管焊接数据采集和处理系统，其特征在于，所述排管子系统 由排管计算机和具有RFID无线射频功能的条形码扫描设备组成，具有RFID无线射频功能 的条形码扫描设备将排管的钢管编号按照排管顺序提取并发送给排管计算机，排管计算机 通过以太网将钢管的条码信息按照次序上传给总系统计算机。
5.根据权利要求1所述钢管焊接数据采集和处理系统，其特征在于，所述热处理信息 采集子系统由温度监测仪表、热处理计算机和多个IEEE 802. 15. 4无线网络节点组成，系 统中的IEEE 802. 15. 4无线网络节点包括一个网络协调器，数个路由器节点和数个终端功 能节点，IEEE 802. 15. 4无线终端采集钢管的温度，并通过无线路由器和无线协调器将温度 信息上传给热处理计算机，热处理计算机然后将信息最终传至总系统。
全文摘要
本发明涉及一种钢管焊接数据采集和处理系统，包括基于无线传感器网络的焊接信息采集子系统、探伤管理子系统、排管子系统、热处理信息采集子系统四个子系统。整个系统采用射频识别(RFID)技术跟踪和识别被焊钢管。通过对钢管焊接过程的全面质量监测、数据采集和处理，不仅排除了钢管焊缝质量检测的不确定性，而且对加工信息进行了全面整合，最终实现钢管焊接质量的实时和全面性管理。
文档编号G01K1/02GK101801115SQ20091024752
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者何杏宇, 彭瑜, 林琦彬, 涂煊, 郑丽国, 黄冠宇 申请人:上海工业自动化仪表研究院