数控气压焊轨机参数采集与质量管理系统

分享到：

钢轨焊接是实现无缝线路铺设的技术关键,采用小型气压焊是现场施工的首选工艺[1,2]。钢轨气压焊的焊接工艺原理是通过气体火焰对钢轨两紧密贴合的清洁端面加热,待贴合面附近的钢轨被加热到塑性状态,金属原子具有了足够的“活化能”,能够穿过贴合面互相急剧扩散时,即对贴面加压顶锻。在高温高压的条件下施以足够的挤压力,使焊接表面之间的距离缩短到原子之间的相互作用半径,达到分子之间的金属键联接,完成重新再结晶,从而获得两钢轨牢固联结的焊接接头[3]。目前,我国新型数控小型气压焊轨机已具备自动控制功能,但是由于施工现场环境条件差,影响因素多,对焊轨施工的实际过程无法跟踪与监测。

　　因此,对气压焊的氧气、乙炔流量、压力和位移等参数进行实时采集与分析非常必要。目前,工业参数采集的常用方法是板卡式采集,即在电脑主机内插入一些板卡来采集参数,这种采集方式所需配件多,占用空间大,对于现场作业的气压焊来说很不方便。本文采用带USB接口的参数采集模块,利用VisualBasic软件的强大功能,开发适用于现场气压焊的参数采集系统。该系统与数控气压焊控制箱联合使用,由USB模块获得所需参数,用USB传输线作为采集模块和笔记本电脑的通信电缆,就能实时地进行气压焊参数的采集,并能及时进行数据处理,使用非常方便。

1　系统硬件设计
1.1　采集模块工作原理
　　系统硬件的核心部分是具有热拔插、即插即用功能的数据采集模块。操作系统选用目前流行的Windows系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统Labview等软件环境。在硬件安装时,只需将模块接口插入计算机内接口插座中,信号电缆从模块提供的接口直接接入。采集模块允许采用16路单端输入方式或8路双端输入方式。数据采集模块主要由模拟多路开关选通电路、差分放大电路、模数转换电路、开关量输入输出电路和接口控制逻辑电路组成。被通道开关选中的模拟信号经由差分放大器放大,再通过12位APD转换器进行变换处理,最终通过USB传输线传入电脑。

1.2　硬件组成
　　数据采集模块装在数控气压焊控制箱中,通过传输线将模块与笔记本电脑相连(图1)。气压焊的质量主要取决于焊接过程中的热输入、压力以及顶锻量(即位移)的大小。因此本系统主要是采集气压焊过程中的氧气、乙炔流量、压力以及位移,通过传感器将这四个参量转换成电压信号,将信号经过滤波、放大处理后输入采集模块的模拟信号输入端,同时,为了实现参数采集系统的自动启停,也为了便于后期的数据处理,本系统还设置了开关量信号的采集。硬件结构见图2。

　　系统中的氧气、乙炔流量是通过气体流量控制阀得到的,压力通过油泵上的压力传感器检测,位移则通过加在焊机上的滑动电阻式位移传感器得到。

2　系统软件设计
2.1　DLL技术
　　动态链接库DLL是一种基于Windows的程序模块,它是在运行时刻被装入和连接的。动态链接库中只包含供应用程序运行时装入该DLL的有关信息,并非是源代码的复制,因此使用动态链接库可以使多个应用程序之间共享代码和资源从而提高运行速率。从VB调用库函数时,要先在全局模块或窗体说明部分用Declare声明所要使用的库函数,然后像使用VB自己的函数一样调用这些函数[4]。Usb7KC.dll是为数据采集模块配制的工作在Windows95P98P2000PNT环境下的一个动态链接库,它所封装的函数可以被其他应用程序在运行时直接调用。
2.2　程序设计
　　VisualBasic(以下简称VB)是一种可视化的编程语言,自面世以来,倍受广大编程人员的青睐。本系统的程序设计部分采用了功能模块化的结构,主要功能模块见图3。

　　1)参数设置模块:该模块主要用来设置焊接现场的一些主要情况,包括钢轨的型号、材料、焊机型号以及现场环境等。
　　2)数据采集模块:该模块是参数采集系统的核心部分,设备连接完毕后,运行程序就可进行参