基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

李恒敏，朱洪亮，許玉東，李榮東，陳閔利，王 浩

（1.成都熊谷加世電器有限公司，四川成都611731；2.四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都610213；3.新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依834000）

基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

李恒敏1，朱洪亮2，許玉東3，李榮東1，陳閔利1，王 浩1

（1.成都熊谷加世電器有限公司，四川成都611731；2.四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都610213；3.新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依834000）

為方便監(jiān)控野外施工的焊接設(shè)備，有效監(jiān)管焊接質(zhì)量、工藝規(guī)范和工程進(jìn)度，開(kāi)發(fā)了一種基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)條件允許時(shí)，直接將焊接設(shè)備的多種數(shù)據(jù)上傳并暫存在中轉(zhuǎn)服務(wù)器內(nèi)，在客戶服務(wù)器開(kāi)啟時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)并存儲(chǔ)到客戶服務(wù)器，供客戶管理終端檢索。系統(tǒng)由專門制造的焊接設(shè)備、中轉(zhuǎn)服務(wù)器、客戶服務(wù)器和客戶管理終端組成，客戶管理終端是基于Windows的軟件設(shè)計(jì)，主要涉及用戶界面、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸。

焊接；焊接設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)控；互聯(lián)網(wǎng)；GPS定位

1 概述

長(zhǎng)輸管道施工都是在野外進(jìn)行，焊接設(shè)備（手工焊機(jī)、半自動(dòng)焊機(jī)、自動(dòng)焊機(jī)）的地理位置隨著施工進(jìn)程不斷改變，工程管理者難以及時(shí)、準(zhǔn)確地掌控和有效管理焊接設(shè)備異地的工作情況，如能將焊接數(shù)據(jù)記錄下來(lái)并發(fā)送給工程管理部門（包括工程甲方、乙方管理者），即可有效監(jiān)管焊接質(zhì)量（工藝規(guī)范實(shí)施情況）、施工過(guò)程和進(jìn)度實(shí)施，方便管理。焊接設(shè)備工作狀態(tài)若能同時(shí)發(fā)給焊接設(shè)備供應(yīng)商，即可了解焊接設(shè)備工作狀況，及時(shí)提供服務(wù)。

系統(tǒng)由客戶管理終端、客戶服務(wù)器、中轉(zhuǎn)服務(wù)器、焊接設(shè)備及相關(guān)軟件構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意

基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）可以在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)條件允許時(shí)上傳數(shù)據(jù)并暫存在中轉(zhuǎn)服務(wù)器內(nèi)，在客戶服務(wù)器開(kāi)啟時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)并存儲(chǔ)到客戶服務(wù)器，供客戶管理終端檢索。焊接設(shè)備通過(guò)中轉(zhuǎn)服務(wù)器向客戶服務(wù)器上傳焊接電流、焊接電壓、氣體流量、送絲速度、焊接速度、開(kāi)始焊接時(shí)間、結(jié)束焊接時(shí)間、焊接時(shí)長(zhǎng)、施工地點(diǎn)（焊接設(shè)備地理位置）等信息，并在管理者認(rèn)為需要時(shí)禁止焊接設(shè)備運(yùn)行，以保證工程質(zhì)量和焊接設(shè)備供應(yīng)商的利益。主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

系統(tǒng)內(nèi)置大容量FLASH，能夠在沒(méi)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的極端條件下保證數(shù)據(jù)不丟失，并在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)后將數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送出去。

系統(tǒng)具有斷點(diǎn)續(xù)傳功能，能夠很好地處理在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的意外斷電，保證用戶數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)源端不丟失。

系統(tǒng)內(nèi)置看門狗，能夠在數(shù)據(jù)采集板系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)重啟系統(tǒng)，極大減少了用戶數(shù)據(jù)的丟失，并且不影響焊接設(shè)備正常工作。

2 工作原理

焊接設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄板記錄并存儲(chǔ)焊接設(shè)備工作數(shù)據(jù)（焊接電流、焊接電壓、氣體流量、送絲速度、焊接速度、開(kāi)始焊接時(shí)間、結(jié)束焊接時(shí)間、焊接時(shí)長(zhǎng)等）和位置信息，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)條件允許時(shí)上傳數(shù)據(jù)并暫存在中轉(zhuǎn)服務(wù)器，最終在客戶服務(wù)器開(kāi)啟時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)并存儲(chǔ)到客戶服務(wù)器，供客戶管理終端檢索。系統(tǒng)原理如圖2所示。

表1 基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

焊接設(shè)備內(nèi)必須置有數(shù)據(jù)采集板（含移動(dòng)流量Sim卡一張）和天線，數(shù)據(jù)采集板從焊接設(shè)備各傳感器提取信號(hào)。嵌入式軟件設(shè)計(jì)主要涉及數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸，GPS定位，以及時(shí)間管理、機(jī)外天線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，模塊設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)原理框圖

考慮到采集板內(nèi)集成多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，可能會(huì)受外界干擾致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，所以設(shè)計(jì)將重要數(shù)據(jù)備份3份，分別保存在FRAM和SRAM里面，并都帶CRC校驗(yàn)，保證用戶數(shù)據(jù)的完整性。在將數(shù)據(jù)傳送至中轉(zhuǎn)服務(wù)器之前，處理器會(huì)預(yù)先解析存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)完全正確，然后打包并加入SHA1校驗(yàn)，確保傳送過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整性。在進(jìn)行RS232通信時(shí)，單片機(jī)將控制整個(gè)通信的流程，包括FLASH內(nèi)快速搜索、握手協(xié)議（需要校驗(yàn)）、分包傳送、自動(dòng)重傳、自動(dòng)糾錯(cuò)，確保通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器（中轉(zhuǎn)服務(wù)器）是基于Linux的軟件設(shè)計(jì)，主要涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)傳送。工作時(shí)通過(guò)GPRS與在外工作的多臺(tái)焊接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，收集來(lái)自焊接設(shè)備的信息，解析并存儲(chǔ)后傳送到客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)獲取端，再通過(guò)局域網(wǎng)傳送到各個(gè)客戶管理終端，供客戶查詢。

圖3 數(shù)據(jù)采集板軟件模塊

3 客戶管理終端

客戶管理終端是基于Windows的軟件設(shè)計(jì)，主要涉及用戶界面、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?？蛻艄芾斫K端在條件允許時(shí)（網(wǎng)絡(luò)信號(hào)良好）能盡快查詢焊接設(shè)備工作相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自客戶服務(wù)器，最終是來(lái)自每一臺(tái)焊接設(shè)備，目前可查詢施工時(shí)間、地點(diǎn)、電流、電壓等信息，讓用戶能在辦公室里方便地監(jiān)控施工過(guò)程。界面如圖4所示。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）提升對(duì)焊接設(shè)備的管理效率。焊接設(shè)備的工作狀態(tài)（是否開(kāi)機(jī)、是否故障等）和位置信息，通過(guò)移動(dòng)通信服務(wù)傳數(shù)據(jù)至客戶服務(wù)器，提升用戶對(duì)焊接設(shè)備的管理效率。

（2）設(shè)備跟蹤功能。可幫助追回被盜焊接設(shè)備，減少施工單位經(jīng)濟(jì)損失，方便焊接設(shè)備供應(yīng)商提供及時(shí)的服務(wù)。

（3）焊接參數(shù)傳送?？筛鶕?jù)用戶的特殊需求定制特定的焊接參數(shù)上傳功能。

（4）新焊接設(shè)備出廠時(shí)已包含了5年的移動(dòng)通信費(fèi)用。

5 在長(zhǎng)輸管道工程中的應(yīng)用

2016年中國(guó)的長(zhǎng)輸管道工程開(kāi)始恢復(fù)施工，配有基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的A-808/48（φ1 219 mm）管道自動(dòng)內(nèi)焊機(jī)、A-300X單焊炬管道自動(dòng)外焊機(jī)、A-610雙焊炬管道自動(dòng)外焊機(jī)都參與了中俄原油管線二線和陜京四線天然氣管線工程的管道自動(dòng)焊接施工。應(yīng)用情況如表2、圖5、圖6所示。

圖4 客戶管理終端界面

通過(guò)工程的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了熊谷GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性、可靠性，為進(jìn)一步在野外施工中推廣該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。

Welding equipment remote monitoring system based on GPS and mobile internet

LI Hengmin1，ZHU Hongliang2，XU Yudong3，LI Rongdong1，CHEN Minli1，WANG Hao1
（1.Chengdu XiongguJiashi Electrical Co.，Ltd.，Chengdu 611731，China；2.Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd.，Chengdu 610231，China；3.Xin Jiang Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Kelamayi 834000，China）

In order to monitor welding equipment in construction field and to supervise welding quality，specification，progress of work，we develop a kind of remote monitoring system of welding equipment based on GPS and mobile Internet.The system is able to upload data of welding equipment to transit server and store them there temporarily when mobile internet is accessible.Data will be forwarded to client'server and be stored there through internet for client to manage terminal retrieve when client's server is turned on.The system is composed of manual，semi-automatic，automatic welding equipment，transit server，client server and client terminal.Client terminal is software design based on WINDOWS，which is mainly related to user interface，data analysis，data storage and data transmission.

welding；welding equipment；remote monitoring；internet；GPS positioning

表2 2016年中國(guó)長(zhǎng)輸管道工程現(xiàn)場(chǎng)的熊谷管道自動(dòng)焊機(jī)（截止日期：2016-11-20）

圖5 陜京四線施工現(xiàn)場(chǎng)（A-808/48、A-610）

圖6 中俄原油管線二線施工現(xiàn)場(chǎng)（A-808/48、A-300X）

TG409

A

1001－2303（2017）05－0048-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.10

2017-05-01

李恒敏（1990—），男，工程師，主要從事數(shù)字化焊機(jī)和焊接數(shù)字化、信息化技術(shù)研發(fā)工作。E-mail：xsl010116@126.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：李恒敏，朱洪亮，許玉東，等.基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電焊機(jī)，2017，47（05）：48-51.