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  • 管道焊接施工智能化管控系统|管道焊接监控平台解决方案|工况实时监控系统

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    一、技术需求及产品研发背景


    在油气管道、场站建设过程中,焊接施工是最为重要的环节。

    近年来,油气管道建设对施工质量提出了越来越高的要求,由于焊接施工质量很大程度上依赖焊工的作业水平,人的因素给施工质量管控带来诸多不确定性。

    实现焊接施工过程质量管控需要实时采集、处理和分析现场焊接施工参数,如焊接电流、焊接电压、焊层信息、送丝速度和焊接速度等。

    然而目前焊接施工过程中,焊接参数尚未实现自动采集、处理和分析,而人工测量、记录参数有较大局限性,数据的可靠性也难以保证,并且无法进行实时的焊接质量管控。

    传统焊接施工焊接参数难以准确采集
    图1.1传统焊接施工焊接参数难以准确采集

    另一方面,在国家智慧管道建设运营的总体要求下,施工过程自动化、智能化方式已成为共识。焊接过程的质量管控、施工参数的大数据分析以及管道全生命周期的智能化管理成为重要内容。

    这一目标要求管道建设期间进行焊接施工参数智能化采集、分析记录和异常报警,汇总油气管道、场站焊接施工过程的全部数据,建立全生命周期数据库,实现油气管道、场站建设施工的智能化管控。提高油气管道、场站建设施工的整体水平,并为管道、场站的运营管理、问题追溯、智能分析等提供有力的技术支持。

    在此背景下,我公司进行焊接施工过程智能管控系统开发及应用研究,形成焊接施工装备数据采集、传输及管理系统,进行焊接施工参数智能化采集、分析记录、异常报警以及远程传输,通过工业无线网和工业以太网技术实现现场数据的分布式采集传输和远程管理,形成焊接施工的大数据库。在降低人工成本的同时提高管理效率,实现焊接施工质量程序化、标准化智能化和大数据管理,对保障管道、场站的安全运营具有重要意义。


    焊接施工过程智能管控系统示意图焊接施工过程智能管控系统示意图
    图1.2焊接施工过程智能管控系统示意图


     

    二、产品技术构成及特点

    1、技术构成及特点

    管道工程焊接参数的智能监控服务涉及到的核心技术为手工焊、半自动焊和自动焊焊接参数智能监控系统,该系统是专用于焊接过程核心参数实时采集、传输与存储的系统,适用于工程施工焊接质量的实时监控、焊接设备数据采集、焊接数据的存储与管理,实现焊接施工过程的智能监控和管理,在降低人工成本的同时提高管理效率,进一步提高焊接施工水平。

    管道手工焊和半自动焊质量数据过程监控技术系统由多台数据采集终端、无线AP、4G路由器、上位机以及数据采集组态软件组成。其总体方案如图1所示。

    系统总体方案

    图2.1系统总体方案

    (1)现场使用4G网关设备作为采集终端,但是原有网络架构是多个设备信号汇总到一个网络,考虑到每个单体设备数据的稳定性;现场需要更换为每个焊枪配套一个网关。通过4G网络将数据实时发送到中心服务器,因为原有的网关具备断点数据缓存再同步的功能,所以可以考虑取消原有现场工作站。

    (2)中心服务器上架设展示平台软件、数据计算模块、数据采集软件和关系数据库软件;以达到业主要求。

    (3)在沟通了解并采集每个设备内的有效的关键变量,采集后的数据需要进行单位换算,并在可视化界面中准确显示,满足使用需求。

    (4)采集软件使用多线程并行的方式采集数据,每个线程针对10台焊机(或者更多线程每个线程下挂更少设备),保证数据采集频率达到秒级。

    (5)服务器必须使用windows系统,并打上满足系统运行的最新的补丁。

    (6)提供服务期内的软件备份,以及服务器的系统镜像备份。

    (7)展示平台系统,后续持续提供补丁兼容性列表,便于甲方更新系统。系统调试完成后,提供该系统镜像备份,保存至移动硬盘交付甲方,并提供系统恢复操作手册。

    (8)部分具体功能:
    通讯诊断信息:具备网络通讯故障诊断功能,并提供现场可视化界面。
    能从拓扑环网(图形显示实际分布位置)中明确断网位置。
    生产运行实时监视——生产数据采集、存储、展示、查询报表工艺流程监控——数据算法处理分析、提供数据判断。
    设备管理模块——设备状态、设备维修保养。
    事件处理管理——故障处理机制、重要报警管理、报警推送、操作事件。
    记录其他功能——用户管理、操作权限、实时曲线、历史曲线等。

    (9)第三方系统系统集成
    获取设备信息,经过处理后,将结果数据全部上传至客户高层系统。选配具备允许远程访问、操作功能,如果需要甲方提供网络接口。管道焊接数据智能监控系统由焊接终端数据采集系统、现场分布式无线传输系统和焊接数据智能管理系统构成,通过对焊接参数的采集、处理和分析,实现了焊接施工现场的智能质量监控管理并形成焊接施工过程的大数据。

    (10)终端信号采集模块
    针对FCAW-S、FCAW-G、GMAW、SMAW等焊接方法,采用通用型终端信号采集模块设计,可适用于国内外绝大多数厂商的焊机。装设于焊机端,依据现场情况、焊接机组设备配置、焊接电源特性等,对焊接电流、电压、送丝速度以及环境温湿度等参数进行采集。终端信号采集模块抗电磁干扰能力强,工作稳定;信号隔离等级高,信号采集准确可靠;现场安装简单,防护等级高。终端信号采集模块如图2.2所示。

    数据采集模块的焊接电源
    图2.2带数据采集模块的焊接电源


    (11)数据采集控制器
    针对现场工况,开发装设于每个作业点的数据采集控制器,如图2.3、图2.4所示。该控制器内嵌强大的数据处理内核,提供友好便捷的交互界面,具有无线传输、焊口扫描、数据U盘存储等功能,实现对采集数据的实时处理、显示、传输以及超限报警等。


    数据采集终端控制器界面
    图2.3数据采集终端控制器界面

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    图2.4数据采集终端控制器

    数据采集控制器采集监控对象主要包括焊接电流、电压等参数,全部对象如下表1所示。
    表1数据采集对象

    序号 采集对象 采集方法
    1 设备编号 扫码录入
    2 焊接工具 扫码录入
    3 人员编号 扫码录入
    4 焊口编号 扫码录入
    5 焊接位置 设定
    6 焊层/焊道 采集+算法
    7 焊接电流 实时采集
    8 焊枪电压 实时采集
    9 送丝速度 实时采集
    10 焊接速度 采集+算法
    11 层间温度 实时采集
    数据采集控制器具有较强的抗电磁干扰能力、工作稳定可靠;内置高品质开关电源,对现场供电要求宽松;数据采集准确、可靠,数据处理实时性好,数据传输距离远,数据存储空间大;焊接参数获取算法冗余设计,防止系统故障导致数据丢失。

    (12)数据采集终端控制器
    接收来自终端信号采集模块的焊接参数,对采集数据进行处理、分析、记录,并通过现场分布式无线网络将数据传输至现场工作站。
    采用以太网+WI-FI无线网的星型拓扑组网方案,适用于焊接施工现场、稳定可靠、拓展便捷、传输效率高、传输距离远,同时,针对现场数据传输特点开发了数据压缩及解码算法,最大限度地提高了数据的传输速率并且保证了数据传输的安全性。系统组网示意如图5所示。

    图2.5分布式现场网络拓扑图

    针对焊接参数特点,采用无线数据无损压缩—还原算法,解决大量焊接参数并行传输实时性差的问题,通过数据压缩实现数据传输效率的最大化,确保现场无线数据传输的快速、实时、稳定。

    (3)现场工作站
    针对同时接收、处理多个高速数据采集点传输数据的需求,搭建现场分布式无线网络并进行4G网络接入,接收来自同一作业面多台焊机的焊接数据。该系统可实现多通道并发、高吞吐率的数据实时监控功能,该软件具有多路数据接收、分析、存储、实时显示及远程上传、异常报警、历史数据查询等功能,满足现场多点数据采集的需求。数据采集软件界面如图2.6、图2.7、图2.8所示。

    数据采集系统软件主界面

    图2.6数据采集组态软件主界面

    数据采集组态软件实时曲线界面

    图2.7数据采集组态软件实时曲线界面

    数据采集组态软件历史数据查询界面

    图2.8数据采集组态软件历史数据查询界面


    2、主要技术指标

    (1)工作电压:80~260VAC;

    (2)传输距离:最大280m(空旷视距,8dbi天线);

    (3)扫描枪:无线,使用范围≤25米,录入状态声音警示;

    (4)采集数据:电流、电压、层间温度;

    (5)参数:显示器4.3”TFT,分辨率480x272存储器内存128MB;外置U盘不限制,4线电阻式触控面板;

    (6)工作环境:-20~50℃,湿度10%~90%RH(无凝露);

    (7)防护等级:IP67;

    (8)数据保护:双重数据保护机制,自动联网续传。


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