基于虛擬儀器的CO2弧焊分析儀的研制

Virtual Instrument for Monitoring and Analysing of CO2 Arc Welding

WANG Xiaochuan1, YANG Zonghui2

(1.College of Mechanic and Engineering, Chongqing University,
Chongqi ng 400044, China;
2.Nanjin Engineering College, Nanjin 210013, China)

　　Key words: VI(virtual instrument); monitoring and analysing; CO 2 arc welding

1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　測試分析儀的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括焊接電流、電壓傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等。

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　　數(shù)據(jù)采集卡采用基于PCI總線的AC6111多功能卡，該卡提供16路12位A/D轉(zhuǎn)換，最高采樣頻率可達(dá)400kHz，能夠滿足焊接電弧信號采樣頻率要求。其A/D轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)采用FIFO接口，F(xiàn)IFO容量為4KB，可提供FIFO空、半滿、溢出標(biāo)志，半滿標(biāo)志支持中斷。該卡還提供2路12位D／A輸出、16路可編程開關(guān)量、一路16位計(jì)數(shù)器。
　　采集的電流、電壓信號經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后由顯示器實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數(shù)字、波形，同時(shí)將采集的原始數(shù)據(jù)存盤，用于焊后波形回放、數(shù)據(jù)分析處理、曲線及報(bào)表打印。??

　　軟件開發(fā)選用NI公司的虛擬儀器開發(fā)工具LabWindows/CVI。設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　數(shù)據(jù)采集主要完成焊接電流、電壓信號的采集及實(shí)時(shí)波形顯示?；跀?shù)據(jù)分析處理的需要，要求在一個較長時(shí)間段內(nèi)采集、存儲大量的數(shù)據(jù)，并同時(shí)顯示電流、電壓波形。因?yàn)椴ㄐ蔚膶?shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲都是相當(dāng)耗時(shí)的，如果采用一般的單線程編程，必然會造成數(shù)據(jù)丟失。為此，系統(tǒng)采用多線程編程技術(shù)。本系統(tǒng)中用主線程AcquireDataThread實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集(200kHz)，當(dāng)它接收到半個FIFO緩沖區(qū)滿的消息時(shí)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)文件，同時(shí)通過DisplayDataThread線程在控制界面上顯示數(shù)據(jù)，獲得動態(tài)的實(shí)時(shí)焊接電流電壓波形。兩個線程之間的通訊通過管道技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，程序同時(shí)采用了雙緩沖技術(shù)和消息機(jī)制。管道函數(shù)可通過CmtNewTSQ、CmtReadSTSQData、CmtWriteTSQData等函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
　　數(shù)據(jù)分析主要包括對存儲的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、信號波形回放、瞬時(shí)UI曲線繪制、對電流電壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后作出其概率密度分布圖，作為焊接過程穩(wěn)定性評判依據(jù)。?

　　采用本系統(tǒng)對CO2弧焊短路過渡過程進(jìn)行了實(shí)際測試；短路過渡的CO2弧焊是一個“燃弧短路”不斷循環(huán)的過程。圖3為焊接電流、電壓信號波形，可以觀察分析“燃弧短路”階段電流電壓變化過程及兩者對應(yīng)關(guān)系，對焊接生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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