焊接過程信息采集及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺的分析

1、女jl針對焊接制造過程異地、異構(gòu)數(shù)據(jù)管理和處理困難的問題，提出了焊接信息 程監(jiān)測系統(tǒng)整體方案并規(guī)劃了具體的功能模塊，設(shè)計并組裝了焊接參數(shù)釆集的硬 電路結(jié)合產(chǎn)品、部件焊縫、焊接設(shè)備、施焊人員和組織等相關(guān)管理信息，設(shè)計 依據(jù)不同設(shè)備和通道的參數(shù)釆集模式，開發(fā)了相應(yīng)焊接過程參數(shù)釆集軟件模塊， 現(xiàn)了部件焊縫層道規(guī)范（電壓、電流）參數(shù)的釆集，并以波形圖形式顯示與存儲。 于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，分析并實現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實體關(guān)系。設(shè)計完成了基于b/s模式焊 過程參數(shù)及其相關(guān)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布原型系統(tǒng)。并對焊接過程視頻信息的本地釆集、 儲及網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)進行了設(shè)計與研究。實驗表明系統(tǒng)運行正常，基本達到預(yù)期的效果。關(guān)鍵詞：焊接工藝

2、參數(shù)，視頻信息，采集，發(fā)布,b/s模式abstractaiming at the problems occurred in the managing and processing of the differplace and different structure data in the welding manufacture process, a general solutirfor long-distance monitoring system of welding information is put forward and the del function module is plan

3、ed, also a welding parameters collection hardware circuit designed and assembled; meanwhile bases on the related managing information about i products, part weld, welding equipment, parts weld line, welding operator etc., parameter collection mode by different equipments and channels is designed, a

4、parame collection software module for corresponding welding process is created, by doing realized the parameters collection of the parts-welds-layers*beads (voltage and curre: and the displaying and saving of the graphics in the forms of waveshape. based on 1 relation database, analyzes and realizes

5、 the entity relation of the system data, prototype system which is based on b/s mode and is about the network transition parameters and related information which occur in welding process is finished. at t same times, much work has been done in the designing and researching of the vid information'

6、;s local collecting, saving and network transition in the welding process.the experiment shows that the system works well and obtains the prospective resukey fords:welding parameters, video information, collection jssuance , b/s modej 624»!本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，彳本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人

7、已經(jīng) 表或公布過的研究成果也不包含我為獲得任何教育機構(gòu)的學(xué)位或今 歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學(xué)位論文做出的貢獻土已在論文中作了明確的說明。研究生簽名：王玻年t月丄日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱 或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。對 于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。1緒論1.1計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在焊接工程中的應(yīng)用計算機技術(shù)在近2030年來促使傳統(tǒng)的制造工業(yè)向先進制造技術(shù)發(fā)展，制造中已經(jīng)將計算機技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(cad),工藝設(shè)計(capp)、制

8、造(cam： 信息管理系統(tǒng)(mis)、辦公自動化(oa)等領(lǐng)域，將這一系列的計算機輔助技 加以集成，就成為計算機集成制造系統(tǒng)(cims)心】。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)和其他制造部門一樣，都可以看到計算機的應(yīng)用 90年代初國際焊接學(xué)會將這類應(yīng)用概括為“計算機輔助焊接技術(shù)”(computer aid welding, caw)?，F(xiàn)在caw 一詞主要包括焊接結(jié)構(gòu)和接頭的計算機輔助設(shè)計 焊接工裝的計算機輔助設(shè)計、焊接工藝計算機輔助設(shè)計(wcapp)、焊接工藝過 計算機輔助管理、焊接過程模擬、焊接工藝過程控制、傳感器以及生產(chǎn)過程自動 等與計算機有關(guān)的方面。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，cims是圍繞焊接機器人進行裝

9、配、焊接等的信息集成 統(tǒng)，如圖1.1.1所示焊接生產(chǎn)的cims系統(tǒng)的構(gòu)成。以internet為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，給焊接制造工藝及過程信息的融合帶來了不可估量的發(fā)展空間。焊接 產(chǎn)中的計算機網(wǎng)絡(luò)化和焊接專業(yè)信息的網(wǎng)絡(luò)化都得到了很大的發(fā)展。圖l1.1焊接結(jié)構(gòu)cims示意圖碩士論文ati焊接工藝過程的實時監(jiān)測與焊接自動控制是焊接自動化核心技術(shù)之一，網(wǎng)絡(luò)化制 已成為現(xiàn)代制造企業(yè)發(fā)展的新方向，在新制造模式下要求有新測量監(jiān)測系統(tǒng)的出 3網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)對測量系統(tǒng)提岀了很高的要求，最初，測量系統(tǒng)是作為質(zhì)量統(tǒng)的一部分岀現(xiàn)在集成制造系統(tǒng)當(dāng)中0 1985年，ulrichremold等人首先在計算集成制造系統(tǒng)技術(shù)

10、與系統(tǒng)一書中提出了質(zhì)量控制的系統(tǒng)觀和計算機支持的質(zhì)量 制系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)和功能，其底層就是測量系統(tǒng)。1987年，tuttle總結(jié)了計算機助質(zhì)量系統(tǒng)(computer aide quality system caq系統(tǒng))的概念。caq系統(tǒng)運用計算 實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、分析、處理、傳遞的自動化，實現(xiàn)質(zhì)量控制、質(zhì)量保證、質(zhì) 管理的自動化。在同一年，美國kapoor等人提岀了集成質(zhì)量系統(tǒng)integtated qual systemiqs系統(tǒng)的概念°無疑，caq和iqs都對其所依托的測量系統(tǒng)提岀了 息集成的要求。由于制造系統(tǒng)對測量系統(tǒng)的自動化要求不髙，長期以來，caq / 1( 的研究興趣集中在質(zhì)

11、量信息的管理和質(zhì)量保證規(guī)范的建立等方面 的自動控制和信息集成方面著手，通過對質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動采集和反饋控制，達到 證或提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在這樣的背景下，測量系統(tǒng)的自動化、信息化和集成 成為研究的熱點。隨著制造過程質(zhì)量全面控制的提出,無論是caq還是iqs,都需要從測量設(shè)日本學(xué)者stalshi kenai等人開發(fā)了集成的測量與診斷系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了計算 輔助檢測(cat)、加工過程診斷和cad / cam的集成叫焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)最重要的組成部份之一，網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)的發(fā)展勢必相 地對發(fā)展焊接集成制造系統(tǒng)提出更高的要求，而焊接集成制造系統(tǒng)實現(xiàn)的前提， 焊接過程進行遠程質(zhì)量檢測就顯得尤為重要。將計算機

12、技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于傳 的焊接工業(yè)，實現(xiàn)焊接過程的遠程監(jiān)測、缺陷診斷等系統(tǒng)，是實現(xiàn)生產(chǎn)焊接過程 動化的基礎(chǔ)，也是保證焊接質(zhì)量有效途徑。使傳統(tǒng)的焊接工業(yè)能夠快速地融入企 的新的制造模式，也是焊接技術(shù)發(fā)展的熱門方向也是大勢所趨。隨著internet應(yīng) 范圍和空間的不斷拓展以及測控網(wǎng)絡(luò)本身發(fā)展的需要，一種新的基于internet的: 控信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。目前，國內(nèi)外將計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于焊接領(lǐng)域，主要有計算機輔助焊接 藝專家系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)上的焊接專業(yè)信息咨詢系統(tǒng)，機器人智能化離線編程，仿真與, vklilr* m碩士論文13課題研究的意義及研究的主要內(nèi)容焊接制造過程信息的異地和異構(gòu)數(shù)據(jù)

13、的現(xiàn)象比較明顯，體現(xiàn)在設(shè)計和制造數(shù)? 的分散，使得制造過程數(shù)據(jù)的一致性難以得到保證，導(dǎo)致質(zhì)量跟蹤相對比較困難, 結(jié)果導(dǎo)致企業(yè)部門管理和現(xiàn)場監(jiān)測的不協(xié)調(diào)；另一方面，大量異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化和非f 構(gòu)化數(shù)據(jù)（圖形矢量數(shù)據(jù)、圖像和視頻、工藝數(shù)據(jù)和相關(guān)的層次結(jié)構(gòu)類信息等）1 組織也是應(yīng)用的瓶頸之一，本課題目的將這種孤立的設(shè)計和制造狀態(tài)集成到一個2 于b/s運行模式的網(wǎng)絡(luò)平臺上，為焊接制造過程的自動化提供技術(shù)支撐。課題研究成熟后可以用于一些重要的軍品和民品的焊接件生產(chǎn)過程，如兵器 船舶、鍋爐壓力容器等實際生產(chǎn)應(yīng)用行業(yè)，最終形成工廠范圍內(nèi)的焊接過程網(wǎng)絡(luò), 監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對焊接動態(tài)過程實時檢測與反饋，以優(yōu)

14、化調(diào)整焊接參? 保證焊接質(zhì)量；同時還可與生產(chǎn)系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，形成大規(guī)模的工】 過程的測量、控制和管理系統(tǒng)，對提高焊接生產(chǎn)效率，實現(xiàn)焊接參數(shù)的優(yōu)化，保 焊接質(zhì)量具有重大意義。若生產(chǎn)企業(yè)采用本系統(tǒng)，企業(yè)的生產(chǎn)部門、技術(shù)部門、質(zhì)量部門和管理部門i 對焊接參數(shù)實時監(jiān)測，實現(xiàn)了產(chǎn)品焊接質(zhì)量的實時跟蹤和査詢，對于嚴格控制產(chǎn)t 焊接質(zhì)量及焊接缺陷的檢査返修有著重大的意義。質(zhì)檢部門及各種授權(quán)的職能部i 也可以隨時隨地通過internet對焊接車間的生產(chǎn)狀況進行監(jiān)測，査詢。對焊接生j 的運行狀況做到隨時隨地的了解及監(jiān)督。本課題屬于計算機輔助焊接制造（wcam）和焊接檢測（wcat）相結(jié)合的丿 用領(lǐng)域

15、。主要研究內(nèi)容包括：焊接工藝信息實時采集系統(tǒng)的設(shè)計與研究；基于關(guān). 型數(shù)據(jù)庫，分析并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實體關(guān)系；建立基于b/s模式焊接工藝信息遠程監(jiān); 系統(tǒng)，實現(xiàn)對焊接參數(shù)和其他工藝信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布；設(shè)計完成焊接視頻信息采集 存儲和網(wǎng)傳的原型系統(tǒng)。2焊接信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖2.1是系統(tǒng)整體應(yīng)用模型，其工作過程如下：實時采集一臺至多臺焊機焊接 時的工藝規(guī)范參數(shù)（焊接電流和弧壓），將采集到的數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫或文件中，企 業(yè)的生產(chǎn)部門、技術(shù)部門、質(zhì)檢部門等可通過ie瀏覽器査看焊接工藝信息；系統(tǒng)還 具有焊接視頻信息采集、存儲和網(wǎng)傳功能，可在裝有客戶端軟件的客戶端進行查看, 焊接視頻信

16、息有宏觀的焊接現(xiàn)場信息和微觀的熔池視覺和圖像信息。db r斗web,圖2.】焊接信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用模型圖2.1.2焯接參數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)的整體垃it流程本系統(tǒng)的整體設(shè)計流程如圖2.1.2所示，主要分為硬件系統(tǒng)的設(shè)計.本地釆集軟 件系統(tǒng)的設(shè)計，web應(yīng)用程序的設(shè)計三大部分。2.2焊接參數(shù)采集的硬件系統(tǒng)總體設(shè)計作者設(shè)計了焊接參數(shù)采集硬件系統(tǒng)，結(jié)松如圖221,通過賞爾傳感器務(wù)焊接電 流和弧壓信號轉(zhuǎn)換成05v的電壓信號，經(jīng)過濾波和保護電路.經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡和pci 局部總線進入計算機。變壓！電源法波空供電楔塊220v i1 '枝漁昇接電壓h巧 倉»電流傳憋器"j陜電他俠匚 電

17、壓傳感器一= 較測艸孌電汛話號 1旦峙條二階l，有獗池漢器味護電賂/rc:nii«匚蝕圖221本地采集開發(fā)關(guān)系圖2.3焊接參數(shù)本地采集軟件的總體設(shè)計為了使焊接參數(shù)采集軟件具有良好的應(yīng)用性及擴展性，軟件采用模塊化設(shè)計， 各個模塊憲成特定的功能。在進行pc機本地采集程序的開發(fā)時，利用visual o+ 強大的界面設(shè)計能力，為使用者提供了友好、漂亮的用戶界面。軟件包枯數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)置、類示波器、焊接基本信息存儲模塊、焊接基本倍息瀏覽修改模 塊等功能。軟件的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.1所示。2.4焊接視頻信息的釆集及網(wǎng)傳發(fā)布總體設(shè)計如圖2.4.1焊接宏觀視覺信息的采集及遠程發(fā)布的結(jié)

18、構(gòu)圖，系統(tǒng)的硬件由攝 頭，視頻采集卡，焊接視頻服務(wù)器端軟件，焊接視頻客戶端軟件組成。焊接視頻 務(wù)器放在焊接視頻監(jiān)控工作站，負責(zé)焊接宏觀焊接現(xiàn)場視頻信息和微觀的熔池視 信息的采集、存儲、和網(wǎng)傳°焊接視頻信息客戶端軟件完成視頻請求，并完成顯和存儲。圖241焊接視頻信息的采集及其遠程發(fā)布結(jié)構(gòu)碩士論文a. 客戶師選擇 microsoft visual stuido.net 和 visual c+ 6.0 作為應(yīng)用開發(fā)工具，客 端采用統(tǒng)一的ie瀏覽器。主要用treeview控件顯示焊接的基本信息用自定義 activex控件顯示每次采樣的電壓和電流的波形，增加頁面的效果°b. web服

19、務(wù)器本系統(tǒng)選擇 microsoft windows 2000 + iis (internet information service 5.0作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，開發(fā)web應(yīng)用程序，在iis下運行，web服務(wù)器最終要為 覽器提供相應(yīng)的服務(wù)，以html響應(yīng)瀏覽器的請求。瀏覽器端傳送一個請求，w 服務(wù)器可以通過執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)器端程序來完成客戶端的請求。c. 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在internet應(yīng)用開發(fā)中有著重要的作用°本系統(tǒng)microsoft s( server2000作為后臺數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器被用來存儲、查找保存在數(shù)據(jù)庫中的 息°圖251所示是web發(fā)布的原理圖。ado.n

20、et 數(shù)據(jù)庫眼務(wù)器數(shù)據(jù)庫sql server 2000ffi 2.5.1 web發(fā)布原理示意3焊接參數(shù)采集硬件電路設(shè)計3.1數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的基本理論釆樣定理叫 采樣周期ts決定了釆樣信號的質(zhì)量與數(shù)量：門太小，會使xs(nts)的數(shù)量j增，占用大量的內(nèi)存空間；嘰太大，會使模擬信號的某些信息被丟失，這樣一來, 若將采樣后的信號復(fù)成原來的信號，就會出現(xiàn)失真現(xiàn)象，影響數(shù)據(jù)釆集的精度此，必須有一個選擇周期i；的依據(jù),己確定使xs(nts)不失真地恢復(fù)原信號x(t)這個依據(jù)就是采樣定理。設(shè)有連續(xù)的信號x(t),其頻譜為x(f),以采樣周期t$采得的離散信號:xs(nts)。如果頻譜x(f)和采樣周期滿足下列

21、條件:頻譜x(f)為有限頻譜，即當(dāng)|f|>(fc為截止頻率)時，x(f) =0ts<2fc< = fs2fcts s則連續(xù)的信號ysin y(t-nx)5)邁瓦(叭) y(t-nts)唯一確定。式中n = 0, ±1, ±2, 匚就是在采樣時間間隔能辨認的信上的最高頻率稱為截止頻率，又稱為奈奎斯特頻率。采樣定理指出，在一般的情況下,對一個據(jù)有限頻譜的x(f)的連續(xù)的信號x(t)行釆樣，當(dāng)采樣的頻率為f$>2fc時，由釆樣定理得到的釆樣信號xntj能無失爭碩士論文321供電模塊的設(shè)彳焊接參數(shù)采集硬件電路的供電模塊是給霍爾電壓、電流傳感器供電的，分別提

22、供±15v的電壓，主要有變壓器、電橋、電容濾波器、三端集成穩(wěn)壓器組成。m lm79uck)圖3.2供電模塊的電路圖322焊接電流與電弧電壓傳感器對于焊接電流、電弧電壓的采集，本系統(tǒng)采用抗干擾能力強的霍爾傳感技術(shù)。圖3.2.2霍爾傳感器內(nèi)部原理圖在該系統(tǒng)中釆用了 l系列模塊式傳感器即電流傳感器jk500t26及電壓傳感器 jvlooo jk500t26屬于成都晶峰電子有限公司出品的jk系列夾鉗型電流傳感器， jv100屬于該公司的jv系列磁補償電壓傳感器。其中電流傳感器jk500t26為穰爾 型器件，它由一次回路、聚磁環(huán)、位于空隙中的霍爾器件、二次線圈即放大器件組 成，主要根據(jù)磁場平衡

23、原理工作的。其內(nèi)部原理如圖322所示。當(dāng)主回路有一大電 流ip流過時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個強的磁場，這一磁場被聚磁壞聚集，并感應(yīng)霍爾器件，使其有一個信號輸出，這一信號經(jīng)過放大器放大，輸入到功率放大器中，這 時相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流人。由于這一電流要經(jīng)過多匝繞紐， 多匝繞組產(chǎn)生的磁場與主電流產(chǎn)生的磁場相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器 件的輸出逐漸減小，當(dāng)與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與ip所產(chǎn)生的磁場相同時，/不 再增加，這時霍爾器件就達到零磁週檢測作用。上述過程是在1us內(nèi)完成的，是 動態(tài)平衡過程。當(dāng)主回路電流ip產(chǎn)生任何變化時都會破壞這一平衡。一旦磁場失去 平衡，霍爾器件就有信號輸

24、出。該信號經(jīng)過放大器放大后，立即有相應(yīng)的電流流過 二次線圈進行補償，因此二次補償電流的女匝數(shù)在任何時間都與主回路的安匝數(shù)相 等，又因為傳感器的一次匝數(shù)與二次匝數(shù)都是己知的，因而測得二次電流力就可得 知一次電流ip的大小。其主回路與測量回路是完全隔離的,其動態(tài)響應(yīng)時間小于1us, 動態(tài)跟蹤速度di/di高于50a/us,工作 頻率帶寬可達s20khz,并具有強大的過載 能力，當(dāng)原邊電流超過負荷時，傳感器輸出達到飽和，可自動保護后級電路，即使 過載電流達到額定電流的20倍，也不會損壞傳感器，此外本系列產(chǎn)品還具有外型體 積小、重量輕、易于安裝及測牡精度高、線性度好、分布電容小、抗外磁場干擾能 力強、

25、可靠性髙等特點。直測式霍爾電流傳感器.測量范圍500 / 850rms/peak(a),額足輸出5v.測量 孔徑®38mm,負載10kq u，,如圖323示，原邊電流ip產(chǎn)生的磁通量聚集在磁 銘中，并由霍爾器件檢測出霍爾電壓信號，經(jīng)過放大器放大，該電壓信號精確地反 映原邊電流。324為電流傳感器接線原理圖。圖323電流傳感斟原理圖圖3.2.4電流傳感舉接線原理圖在定做的電流傳感器時要求將w變換電路與傳感器制成一體，即傳感器輸出 為電壓信號，該電流傳感器所能傳感的電流范田為：500a500a之間，傳感器對 應(yīng)的輸出為5v+5v之間.即焊接電流為+500a.傳感器輸出為+5v,焊接電流為

26、 一500a,傳感器輸出為一5v。jv100是成都晶峰電子有限公司岀品的jv系列磁補償電壓傳感器。測量范圍 mas/peak (a),額定輸出 100ma,碩磁平衡霍爾電壓傳感器工作原理:原邊電壓vp通過原邊電阻r1轉(zhuǎn)換為原邊電流ip, ip產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓 經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流is通過副邊線圈所產(chǎn)生的磁通量相平衡。副邊電流h精確地反映原邊電壓，如圖325所示。3.2.6電壓傳感器接線原理圖。圖325電壓傳感器原理圖圖3.2.6電壓傳感粘接線原理圖電流和電壓霍爾傳感器的性能指標(biāo)如表3.2。表321電流電壓傳感器性能指標(biāo)日準(zhǔn)確度線性負載 能力s二工作 電源vdc 1響應(yīng) 時間 (us)帶寬

27、 khz跟籬度 di/dta/us波形絕緣耐壓溫漂 c(-2-70)電流 傳感±1(%fs)1%±15<10百流 20>50ft®ac 3k v50hzimin(-25'70)soo電壓 傳感±1(%fs)0.1%2504±15m 20直流20>50任意ac3kv 50hz imin(-25p)<0.1*323濾波電路的設(shè)計實現(xiàn)理想的濾波特性是不可能的，常用的逼近函數(shù)有butterwoeth函數(shù)， chebyshev函數(shù)、btsel函數(shù)，此處選擇巴特沃斯濾波器作為采集的電壓、電流信號 的濾波預(yù)處理，濾掉現(xiàn)場的髙頻

28、干擾呦。單位放大系數(shù)的巴特沃斯低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)的幅度為：hja) = j =r(3j )j1 + 3/0,嚴式中n代表濾波器階次的整數(shù)。其中對任何n值，截止頻率均為rad/so若n 足夠大，當(dāng)3叭分母總接近1的表達式中，血/皺的指數(shù)總為偶數(shù)。將c3.1)式中的畋=lrad/s,為求的h(s),若n是一個復(fù)數(shù)，那么|叫？ =nn 此處，n*是n的共軌復(fù)數(shù)。它滿足下面的方程：因為s=jcw,所以可以寫出：1 二 11 + 3)"1 +(加1或：h(s)/(-$) = (-1)“嚴當(dāng)n = 2時，求多項式的根：1 + (-1)254 =0化簡得到；54 =-1 = 1/180°

29、因此，四個根為：s, = 1/4£ = lv2+j/v2s2-l/13£ = -l/+j/>/2s3 = l/22£ = -l/>/2+j/>/2s4 = "315=1/運 + i/運根s?和為在左半面，所以：h(s) (s+l/v2j/x/2)(s+ l/>/2+j/n/2)_ p+v2s+l)則二階的歸一化(叫=1 rad/s )巴特沃斯多項式為s2+v2s+1。接下來開始設(shè)計具有這種轉(zhuǎn)移函數(shù)的電路。這種電路如圖3.2.7示, 該電路，首先寫出節(jié)點方程，節(jié)點選擇運放的非負端和標(biāo)有v。的節(jié)點：(3.2)(3.3)(3.4)(3-

30、5)=0要分析(3.6)(3.7)化簡兩個方程得到：(2 + rc*)£-(l + m*必二匕(3.8)一乙+(1 +應(yīng)h0(3.9)對式(3.8)和式(3.9)應(yīng)用克萊姆法則，求得v訐0 =2 + rc.s x-1 02 + ac> (1 + rc*) r2cfc2s2 +2rc2s -1(1 + rc2s)(3.10)圖3.2.7系統(tǒng)設(shè)計的巴特沃斯濾波器電路重新整理式(j.10),寫出圖所示電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)：吩卜古1=rc、 r2c.c2(31)最后令式(3.11)中的r = 1q,于是有:(3.12)h(s)=嚴s2 + s +g c.c2式(3.12)具有巴特沃斯級聯(lián)系統(tǒng)

31、中所要求的二階電路系統(tǒng)函數(shù)的形式，即具 有下面形式的轉(zhuǎn)移函數(shù)：(3.13)利用圖322所示電路，并選擇電容值，使其滿足:(3.14)以上介紹了 n階巴特沃斯低通濾波器電路的設(shè)計，該電路具有l(wèi)t3d/s的截止 頻率。比例變換法：在有源和無源濾波器的電路設(shè)計和分析中，使用元件的值為1 q, if, 1h是非 常方便的。盡管這些值對實際元件是不現(xiàn)實的，但極大地簡化了計算。在使用方便 的r, l, c元件值計算完后，可以將方便的值轉(zhuǎn)換成實際的值，值就是所謂的比例 變換法。有兩種比例性；幅度和頻率。在給定頻率下將阻抗乘以一個比例系數(shù)km，則電 路的幅值就乘了一個比例，這樣就將所有的電阻和電感乘了一個系數(shù)

32、km，若令不加 撇的變量代表參數(shù)的初始值，加撇的參數(shù)代表變雖乘參數(shù)后的值，得到：r 二r lkml 、c(3.15)由定義可知kg正實數(shù)，其值可能小于1,也可能大于1。在頻率的比例中，改變電路的參數(shù)，以使各元件的阻抗在新的頻率下的值和原 來的值相等。因為阻抗與頻率無關(guān)，電阻不受頻率比例性的彩響。若令k,代表頻率 比例系數(shù)，電感和電容均乘以1 /kf,則頻率比例性為：r = r , l = likr, c = c/kf(3.16)頻率比例系數(shù)kf也可以是大于1,也可以是小于1的正整數(shù)。電路可同時進行 幅度和頻率比例，比例后的值以及原值是：r' ， lkhil/kj t c =c/mz(3

33、.17)下面將應(yīng)用比例性計算來本系統(tǒng)的二階巴特沃斯濾波器的數(shù)的信號采集的截止 頻率需fh=100hz的電阻和電容參數(shù),按照圖3.2.2的巴特沃思二階濾波電路的參數(shù)。由于二階巴特沃斯濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)：h(s) =選擇電容器c的容輦，計算電阻r的阻值。 由上式可知二階巴特沃斯多項式為：(52+v2i-4-l)從而得到:72 = 2/c|c2=0.707f1 = l/ctc2解得：ci = 1.414f兩個電容產(chǎn)生了截止的角頻率為lwd/s的二階巴特沃斯濾波器。由于:2/rf = cdc當(dāng)需要100hz的截止頻率，所以選擇頻率比例系數(shù)kf=628,幅度比例系數(shù)10000,就可以用10£的電

34、阻了。 令 r = i q , r2 = 1 q(1)頻率轉(zhuǎn)換1 414f 2251/zf1100x2 龍=1125“f亠 100x2阻抗轉(zhuǎn)換r =r=1qx10k = 10kgg = 2251/zf/lok = 0.2251/zfc2 =1125“f/10k = 0.1125 所 所以選則0.22uf和o.hif的電容。324保護電路的設(shè)計為了防止采集過程中尖峰電流對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的破壞，系統(tǒng)的調(diào)理部分設(shè)計 過壓保護電路，過壓保護電路有兩個背靠背穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管的選擇也要適宜,其穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號電壓為宜，太低了將對有效信號起限幅效果使信號失真。這里穩(wěn)壓管參數(shù)為5.6v, 1w。經(jīng)過

35、試驗，對各種交、直流輸入信弋將超過5.6v的電壓穩(wěn)定在56v,這樣將有效地保護數(shù)據(jù)采集被損壞。達到保護 據(jù)釆集卡的效果。電路如圖3.2.8所示。圖329所示為系統(tǒng)四路釆集調(diào)理電路原理圖。包括濾波器、保護電路和對數(shù)采集卡上的其他主要功能的引線接頭。329采集調(diào)理電路原理圖325 pci-1711數(shù)據(jù)采集卡總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3210, pci1711數(shù)據(jù)采集卡性能及特點何：1) 16路i 端或8路差分輸入a/d輸入；12位a/d轉(zhuǎn)換，最大達lookhz釆樣頻率；3)pci, 線式數(shù)據(jù)傳輸控制；4)即插即用的功能；5)板載1k先入先出高速緩沖存儲器；掃描電路自動選擇通道.靈活的輸入類型；7

36、)2路0/人轉(zhuǎn)換通道；8) 16路模擬釆!通道；9)板載可編程計數(shù)器。33 參數(shù)釆集系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計3.3.1系統(tǒng)硬件電路的抗干擾設(shè)計干擾信號可分為串模干擾和共模干擾兩大類，針對這兩種干擾，本系統(tǒng)釆用一些措施進行抗干擾aa.電路板設(shè)計過程抗干擾的設(shè)計由于焊接現(xiàn)場的各種高頻干擾很多，需要對信號進行濾波，濾波電路能有效;可以起到良好的屏蔽和散熱作用，抗干擾效果好，可以把地線所產(chǎn)生的噪音干擾 到最低限度并減小信號線之間的干擾。由于電源線和其他印制線都有電感，當(dāng)電源的變化速率很大時會產(chǎn)生顯著的降。地線壓降是形成公共阻抗干擾的重要原因，所以系統(tǒng)在布線時盡量縮短引線 減小其電感值，對電源線和地線進行了加粗

37、，降低其直流電阻。為了防止寄生電 的出現(xiàn)，在布線時避免了相互平行的長信號線。b.屏蔽線的使用屏蔽線是在信號線的外面包裹了一層銅質(zhì)屏蔽層而構(gòu)成的。采用屏蔽線可以效地克服靜電感應(yīng)的干擾。對于理想的屏蔽層來說，它的串聯(lián)阻抗很低，可以忽不計，所以由瞬時干擾電壓引起的干擾電流，只通過屏蔽層流入大地，由于干擾 流不流經(jīng)信號線，故信號傳輸不受干擾。331系統(tǒng)屏蔽線的使用接線圖如圖3.3.1所示，為了達到屏蔽的目的，屏蔽層要一端接地，另一端懸空。接:點接在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接地點上。3s2系統(tǒng)供電模塊的抗干擾設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，與其他系統(tǒng)一樣，是非常重要的一壞。本系統(tǒng)使丿 220v, 5ohz的市電，由于

38、我國電網(wǎng)的頻率與電壓波動較大，都會直接對數(shù)據(jù)采: 系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，因此必須對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電采取一些抗干擾措施。本系統(tǒng)采用電源低通濾波器，由于電網(wǎng)的干擾大部分是高次諧波，故采用低 濾波器來濾除大于50hz的高次諧波，以改善電源的波形，電源低通濾波器的設(shè)i 如圖3.3.2所示。l14焊接過程信息采集軟件的設(shè)計4.1焊接工藝參數(shù)本地采集軟件設(shè)計釆集軟件的建立是釆用visual c卄6.0及sql server 2000為開發(fā)工具，根據(jù)研 華公司提供的sdk (software development kit)例程，本系統(tǒng)將其傳換為基于mfc (microsoft foundation class)

39、的程序°mfc 是 microsoft 提供的，是放置 windows api的面向?qū)ο蟮陌b的c卄類庫。在mfc程序中并不經(jīng)常直接調(diào)用windows api, 而是從mfc類創(chuàng)建對象并調(diào)用屬于這些對象的成員函數(shù)，這樣使得應(yīng)用程序的開 發(fā)簡化了出)。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的方法。4.1.1采集軟件主界面和實現(xiàn)其類的層次結(jié)構(gòu)a.系統(tǒng)的主界面系統(tǒng)的界面上(如圖4.1.1)有8個焊機的按鈕，當(dāng)鼠標(biāo)進入相應(yīng)焊機按鈕的選擇 區(qū)，在界面上的相應(yīng)的焊機按鈕上將會出現(xiàn)一個框，表示可以選擇此焊機進行采集 參數(shù)了。當(dāng)鼠標(biāo)離開時，框消失。在工具欄上有“設(shè)置數(shù)據(jù)釆集卡”，“釆集信息”，“ 彳力玄| “

40、r 二s心|型昨"j工耳" 少”，舊” 圖4.1.1本地采集系統(tǒng)的主界面-19 一碩士論文“釆集”,“本地查詢”“啟動客戶端”這些功能在將在下一節(jié)詳細介紹。b.參數(shù)采集軟件類的層次結(jié)構(gòu)如圖4.1.2所示。cwed<uagm«< begintimc endtirae card-ochanndl -nctannd2gain inscetinu*stancollecto siopcollceto redotrafroni mx() *open(kviceo ylwdevg) *sctmaklntb() gctmmfoocpcicardltii devfcmv

41、res -pfalconfijj ptalvoirikgeln ptdevfufwes*renddacafraimcard() readdatafrotnoitnnclo *s«cmdl»fb() *sc<cli«inel1nfo() opeudevkeo ooecdevicto *getcardlnfb()prfaliatq cdaurevltw mctrivaktae m.ctricurtem mjretwgld *ohlfhtonjo0()cmyapp rajjconncctioii m server*taidnfunce() *exidnsuncct

42、)£cmyview colicctmode -weds<>c(8 <hatu>d( 16) >onl0un<xidblclk(> onlocdquyo onmausemovco onpopstmtcdo oirbuttoudownocmoinfffime wadtoolbar -m wmiscmusbvcchtmd-nscantimc-glia-nchamtelno*stopcoilcct() swcom)<ktaimeudb(>cdnwstmkmuvi2ue -voltbgcfungcmde rvctcbotfyletfdtfi

43、o >redr«w() >sctmodc() *lnkrtdm()hmrwshopid -mstrwshopnamc i腫 *onwshopaddo *onwitopcm) 心 wihopmo oiiwihopqumyt) *add!ifotocmb(limalogcchtckdigsnvurname-m strv'scrpwd*ook()csetlnfodig in trcoinpid -m strdepid injfrwshupid m incrold m tcrmocid-card.deviceinfo-cardsett1ncdat.* * mctivdti

44、ge m_ctlcurrem in.cdcuftent oncoltectscmo oncolicctstopo *ons«tcard() oncci!ectaiuo()iwcsetlafo祁nj»«c7 mtljmgel *csctla<b()csetlufbpagcl qnarcorapid mttrcompnamc hnjiitctrcomp 心 compadd() xxtcompcm) 心 cwnpodeteo *ocompqumyo *addlnfbtocmti()ccardsettiag.device iw.alsatnnc*onok()csct

45、i 川 pt心 worteaddo hmwoitacm) oiwarimrork) *oi woftttquety () addlafotccmboih-toworudd dttrworitfkkwk p mrwocufsn*onfmd() x)naddkodb() oncikklmlocsctlbfbp«ee7 pmjjprodtypdd i-a tahrodtypename ohodfypedd() ouprodtypecbu poprodtypedclo hfrcdrypcquvyl) kaddhifbtocmm)ejtrmadd hw sommnmmcsed.se.4 nj&

46、#171;crapd r.ftowpname f grgrouplci k)»grou|>add(f ' *owgwipclct) hmjroiipdtlomjdlafotocmb(>cstdftfopt mrtrdepild *m.stroepin4mne心 mtcaddo obmkcm) 心 mtcddo oimacquaryf) addinfotocnix)cs«ufof«tr» pjtwprodior" y.mprodnarne 阿prodaddq *onproddel() ponprodouaiyo -k>n

47、wthoprbdio<) *ongrooprjdio() mddln/otccmbo圖4.1.2系統(tǒng)的類關(guān)系圖-20-碩士論文匚12采集軟件的模塊設(shè)計4丄21采集模塊采集模塊的是本系統(tǒng)的主要模塊，主要完成每臺焊機的電壓電流的釆集，界面 （如圖4.1.3）有幾部分組成“設(shè)置”部分，采集“釆集操作”部分和電弧電壓和焊 接電流的示波器組成，設(shè)置部分分為數(shù)據(jù)釆集卡的設(shè)置和焊接基本信息的設(shè)置。這 兩個模塊將在下節(jié)再介紹，這里先介紹數(shù)據(jù)釆集模塊的“采集操作”部分。處盤;ms號i斗嚴齡其c r!v逮戲嚴m(xù) ® 12堆玉津城*號i3逢霽必道衛(wèi)岑j3iqitq n« was m a、一

48、：； =r *：開兀丸孚口圧3j 52圖4.1.3采集模塊的界面功能設(shè)計：1）采集模式選擇功能采集操作分為手動采集和自動采集功能，界面上有兩個單選框供選擇手動采集 還是自動采集。如果選擇了手動采集的選項，當(dāng)按下手動釆集的按鈕，系統(tǒng)開始采 集電壓和電流參數(shù)。并在電壓電流的類示波器上顯示。當(dāng)選擇的式自動采集選項。 系統(tǒng)會在沒有操作人員的情況下，自動判斷數(shù)據(jù)采集卡的輸入信號是否是已經(jīng)開始 了焊接過程的信號，并開始釆集。2）記錄釆集時間的功能碩士論文焊接過程宿息采集及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺的研究兩個文本框，當(dāng)按下開始采集按鈕時，記下開始釆集的時間，當(dāng)按下 結(jié)束的按鈕，記下結(jié)束采集的時間。并存入數(shù)據(jù)庫。作為一個釆

49、集的信息?？梢杂?錄釆集的開始時間和結(jié)束時間和計算釆集的間隔。3) 后臺運行采集的功能審則設(shè)心黑也息在采集界面的右下角，有一個按鈕“隱藏”。點擊這個按鈕，系統(tǒng)的采集界面 將隱藏起來。轉(zhuǎn)為后臺采集，采集的數(shù)據(jù)當(dāng)選主界面的右擊的下拉菜單中(如圖4丄4 所示)，選擇停止釆集中，所釆集的數(shù)據(jù)會存到數(shù)據(jù)庫中。一般來講，選擇隱藏的 功能，都要開啟需存儲參數(shù)的復(fù)選框(在設(shè)置的面板中)。在這里采用的是windiws 里的多線程編程，允許同時采集幾臺焊機的參數(shù)。ma七號機八專爪圖4,1.4通過右擊下拉菜單控制后臺的采集windows 是多線程(muliti-threaded)搶先多任務(wù)的(pwe mplible

50、)。windows 中一 個可執(zhí)行程序的運行時刻實例稱為進程(process)o 一個進程可以有多個線程(thread), windows是按照線程分配cpu時間片的，而分配的機制就是搶先多任務(wù)方式。線程優(yōu)先級機制。windows給所有當(dāng)前進程分配動態(tài)優(yōu)先級類，為進程所屬的 每一個線程分配相對優(yōu)先級，windows把進程優(yōu)先級類與各線程的相對優(yōu)先級相結(jié) 合，就得到該線程的基優(yōu)先級數(shù)(范圍是1到31)。在操作系統(tǒng)分配cpu的時間片的 時候，高優(yōu)先級的線程總是可以優(yōu)先得到執(zhí)行。同時，髙優(yōu)先級的線程還可以終止 低優(yōu)先級別線程的執(zhí)行，搶占時間片中剩余的時間。不同線程之間的同步。線程同步的方法很多，比如

51、定時器、中斷、休眠、同步 對象等。在windows t,實現(xiàn)中可以依靠系統(tǒng)的多線程、搶先多任務(wù)機制，將顯示 功能在不同于數(shù)據(jù)釆集主線程的單獨線程中實現(xiàn)，然后通過上面提到的優(yōu)先級調(diào)度、 線程同步等機制保證數(shù)據(jù)采集線程不被耗時的顯示線程所延誤。在數(shù)據(jù)釆集和顯示任務(wù)由不同的線程完成的前提下，采集線程的執(zhí)行和休眠可 以釆用定時器或中斷調(diào)度等方式主動控制。而顯示線程的調(diào)度主要有兩種策略：1) 將顯示線程的優(yōu)先級設(shè)置成低于數(shù)據(jù)采集線程的優(yōu)先級，那么顯示線程將始終處于-70 碩士論文焊接過程信息采集及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺的研究等待狀態(tài)，只有在釆集線程休眠后才能獲得cpu時間片執(zhí)行，這實際上是通過 windows的優(yōu)

52、先級調(diào)度機制完成的線程同步；2）使用同步對象，在釆集線程每次休 眠之前激活同步對象，使其變?yōu)椤鞍l(fā)信號”狀態(tài)，通過同步對象喚醒顯示線程執(zhí)行。 上述兩種策略各有利弊，可具體分析選用.或組合運用。這里選用第一種方法即將顯示線程的優(yōu)先級設(shè)置成低于數(shù)據(jù)釆集線程的優(yōu)先 級，完成數(shù)據(jù)采集線程在后臺的運行，保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。采集模塊的程序設(shè)計的規(guī)模較大，所以采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計可以提高程序 的可讀性和可維護性°這里釆用層層封裝的面向?qū)ο笤O(shè)計方法。研華公司提供了函 數(shù)對數(shù)據(jù)采集卡的底層數(shù)據(jù)的采集做好了封裝，研華公司提供了豐富的函數(shù)供我們 調(diào)用，來構(gòu)建采集系統(tǒng)。這里再對研華公司提供的函數(shù)及參考他們

53、例程進一步地封 裝。根據(jù)系統(tǒng)的功能封裝了 cpcicardl7u類，用于對數(shù)據(jù)釆集卡的操作，對數(shù)據(jù) 釆集卡的操作主要的幾步：1）打開數(shù)據(jù)釆集卡：主要由cpcicardl711類的成員函數(shù)bool cpcicardl711:opendevice（）完成。在這個函數(shù)里調(diào)用了研華公司提供的打開數(shù)據(jù) 采集卡的函數(shù)；2）獲得采集卡的信息；3）讀取數(shù)據(jù)；4）然后關(guān)閉數(shù)據(jù)采集卡，釋 放系統(tǒng)的資源。下面對主要函數(shù)的主要實現(xiàn)進行簡要的分析。bool cpcicardl71 l:opendevice（）/打開數(shù)據(jù)采集卡drv_deviceopen(devinib.devicelistdevinfo.gwdevic

54、e.dwdevicenumi (long far *)&devinfo.driverhandle);ptdevfeatures.bufler = (lpdevfeatures)&devfeatures; ptdevfeatures.size = sizeof(devfeatures);/獲取卡的信息函數(shù)，包含容錯的處理。if (errcode = drv_devicegetfeatures(devinfo.driverhandle,(lpt_devicegetfeatures)&ptdevfeatures) != success)drv_geterrormessage(

55、errcode,(lpstr)szerrmsg); drv_deviceclose(long far * )&devinfo.driverhandle); return false;碩士論文焊接過程信息采集及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺的研究/關(guān)閉數(shù)據(jù)采集卡函數(shù)bool cpcicardl71 l:closedevice()drv_deviceclose(long far *)&devinfo.driverhandle); return true;/讀數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)的函數(shù)boolcpcicardl711:readdatafromcard(outdata &outdata, intnnoofchannel, int