管道焊接工况实时监控系统及监控方法与流程

本发明涉及一种焊接工况的监控技术，具体地说是一种管道焊接工况实时监控系统及监控方法。

背景技术：

作为天然气管道安装施工的主要环节，其焊接质量直接关系到天然气管道的安全生产运行能力。目前，在我国天然气管道建设施工过程中，焊接质量在很大程度上是依赖于焊工的技术水平和责任心，焊接工艺参数都是在全自动焊机内做临时存储，再由现场操作人员根据管理需要，手动拷贝进电脑端，进行人工数据分析。这种方式的工作量巨大、数据的时效性差、且数据丢失时有发生。由于不能及时直观的进行平台化管理，管道焊接的中间过程难以进行实时监控，在焊接操作过程中，焊接参数的变化和焊接层数、道数的减少，都无法通过后续的无损检测予以发现。而焊接参数的变化和焊接层数、道数的减少，往往会严重降低焊缝性能和焊接的质量等级，给焊接质量管控也带来诸多不确定性因素，给天然气管道的安全建设带来极大的安全隐患。随着我国对天然气管道建设质量要求的不断提升，智能管道建设以及管道全生命周期管理成为必然趋势。

技术实现要素：

本发明的目的之一就是提供一种管道焊接工况实时监控系统，以解决管道焊接操作过程中因焊接质量无法实时监控而影响管道焊接质量的问题。

本发明的目的之二就是提供一种管道焊接工况实时监控方法，以实现智能管道建设，消除管道焊接施工监控不力所存在的安全隐患，满足天然气管道建设质量要求的工作需要。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种管道焊接工况实时监控系统，包括：

焊接参数传感器，设置在全自动焊机上，用于采集全自动焊机在工作时产生的包括焊接电流、焊接电压、送丝速度和环境温湿度在内的焊机工作参数；

焊工二维码，是由包括焊工的编号、姓名、电话、职务和所在焊工班组在内的综合信息，结合二维码规则编制而成，并封印在每名焊工佩戴的工作挂牌中；

焊口二维码，是由包括工程编号、桩号、焊接方向、焊口编号、焊口形式、全自动焊机、所需焊接工艺规程以及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数在内的综合信息，结合二维码规则编制而成，印制成页后粘贴在每个形成对接焊口的钢管管壁上；

扫码器，用于扫描焊工二维码和焊口二维码，并将扫描信息传送到焊接工况采集终端；

焊接工况采集终端，内设管道工程数据库、焊工班组数据库、全自动焊机数据库和焊接工艺规程数据库，安置在管道焊接作业点，用于扫描焊工二维码和焊口二维码，并根据解析二维码所得到的相应信息，经数据库关联查询，确定焊口所应采用的焊接工艺规程，实时读取焊接参数传感器在焊机工作时所检测到的焊接参数并存入实时寄存器，在焊接参数出现超限的异常工况时，发出异常工况告警信息，另将二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息通过4g网络发送到监控中心服务器；以及

监控中心服务器，用于接收并存储焊接工况采集终端通过4g网络发送的二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息，实现智能管道建设和管道全生命周期管理。

所述焊接工况采集终端包括：

数据采集器，用于对焊接参数传感器所采集的焊接参数信息进行读取式的采集；

实时寄存器，用于存储解析二维码所得到的相应信息以及数据采集器所采集到的焊接参数信息；

4g网络，用于构建焊接工况采集终端与监控中心服务器之间的信息传输通道；以及

数据采集控制器，用于解析扫描的焊工二维码和焊口二维码，针对所得到的相应信息，经数据库关联查询，确定焊口所应采用的焊接工艺规程，控制数据采集器读取焊接参数传感器在焊机工作时所检测到的焊接参数并存入实时寄存器，在焊接参数出现超限的异常工况时，发出异常工况告警信息，另将二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息通过4g网络发送到监控中心服务器。

所述焊接工况采集终端还包括：

摄像头，用于采集焊口信息、层间温度和保护气流量，并将所采集的数据信息通过4g网络传送给监控中心服务器；

rj45、485及i/o接口，用于与环境及状态传感器进行通讯；以及

环境及状态传感器，用于对焊接工况采集终端的运行状态、安全信息进行实时监测。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种管道焊接工况实时监控方法，包括以下步骤：

a、建立管道工程数据库：该数据库内容包括管道工程的地理信息、管道铺设信息、沿线所用钢管及种类、关于钢管的诸参数信息、焊口形式、焊口所需焊接工艺规程、焊口编号、上游钢管编号、下游钢管编号；所述管道工程数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

b、建立焊工班组数据库：该数据库内容包括各焊工班组中每个焊工的编号、姓名、电话、职务、所在焊接机组；所述焊工班组数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

c、建立全自动焊机数据库：该数据库内容包括配置于各管道工程的全自动焊机的编号、分配使用的焊工班组；所述全自动焊机数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

d、编制焊工二维码：将包括焊工的编号、姓名、电话、职务和所在焊工班组在内的综合信息，结合二维码规则编制成焊工二维码，并将其封印在每名焊工佩戴的工作挂牌中；

e、编制焊口二维码：将包括工程编号、桩号、焊接方向、焊口编号、焊口形式、焊接方向、全自动焊机、所需焊接工艺规程以及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数在内的综合信息，结合二维码规则编制成焊口二维码，并将其印制成页后分别粘贴在每个焊口的上游钢管和下游钢管对接端的管壁上；

f、利用扫码器扫描焊工二维码，根据焊工的编号进行数据库关联查询，确定焊接操作人员的身份和所操作的全自动焊机的编号；

g、利用扫码器扫描焊口二维码，在焊接工况采集终端中建立全自动焊机与焊接工艺规程以及包括钢管关联信息的对应关系表，根据全自动焊机的编号进行数据库关联查询，获取焊口所需的焊接工艺规程及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数的信息列表；

h、焊接工况采集终端根据获取到的焊口上下游的钢管的钢级、壁厚和管径参数，再次过滤步骤g得到的信息列表，最终确定焊口所采用的焊接工艺规程编号，并从焊接工艺规程库中查询出对应规程所包括的焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、保护气体流量在内的焊接参数的标准阈值范围；

i、焊接工况采集终端实时采集和存储焊接全自动焊机中的焊接参数传感器在焊机工作时所检测到的焊接参数信息，并存入实时寄存器，在焊接参数出现超限的异常工况时，发出异常工况告警信息，另将二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息通过4g网络发送到监控中心服务器；

j、监控中心服务器接收并存储焊接工况采集终端通过4g网络发送的二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息，通过焊接工况实时监控和焊接历史数据查询分析，实现智能管道建设和管道全生命周期管理。

本发明通过对焊接工艺参数的采集、处理和分析，实现了焊接施焊工艺参数的实时采集与施工现场的智能质量监控，形成了焊接施工过程的大数据，并以此作为开展天然气管道焊缝质量检验工作的数据基础。针对当前管道焊接施工特点，本发明能够加强对施工现场焊接作业的过程监控，确保施焊工况参数符合焊接工艺规程、焊口质量符合标准和要求。本发明通过焊接工况数据采集终端和现场无线传输系统，实现了对焊工编号、焊口编号、焊接电流、电压、温度、送丝速度、焊层等核心工艺参数的实时、准确、可靠的采集与上传，并可根据二维码解析信息，自动匹配焊接工艺规程，对焊接异常工况实时告警，满足了对施工现场焊接工艺参数的在线实时监测和异常工况智能化告警的管理要求。

本发明可以对焊接工艺参数进行实时采集、分析、告警，实现对焊接过程的实时跟踪，及早发现质量隐患，减少重大质量问题的出现，进一步提升天然气管道焊接质量管控能力。通过焊接工况采集终端的设置，避免了人工拷贝、人工数据分析所带来的大量工作和数据丢失，以及人为数据分析出错的概率，使焊接工况数据的时效性更强，能很好地满足监管部门对焊接施工质量实时监控的业务需要；通过科学设计的异常工况监控流程，可针对异常工况参数进行系统自动化分析，对产生的异常工况可生成告警信息，并进行系统内告警，再结合短信发送、大屏展示、语音告警，则质量管理的效果会进一步提高。

附图说明

图1是本发明的系统构成示意图。

图2是焊接工况采集终端的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明管道焊接工况实时监控系统，包括焊接参数传感器、焊工二维码、焊口二维码、扫码器、焊接工况采集终端和监控中心服务器等部分。焊接工况采集终端通过有线方式与扫码器和焊接参数传感器相接，焊接工况采集终端通过网络传输的无线方式与监控中心服务器相接。

焊接参数传感器是现有全自动焊机上的一个组成部分，可实时采集全自动焊机在工作时产生的包括焊接电流、焊接电压、送丝速度和环境温湿度在内的焊机工作参数。焊工二维码是由包括焊工的编号、姓名、电话、职务和所在焊工班组在内的综合信息，结合二维码规则编制而成，并封印在每名焊工佩戴的工作挂牌中。焊口二维码是由包括工程编号、桩号、焊接方向、焊口编号、焊口形式、全自动焊机、所需焊接工艺规程以及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数在内的综合信息，结合二维码规则编制而成，印制成页后粘贴在每个形成对接焊口的上游钢管和下游钢管在对接端的管壁上。扫码器可采用市售定型产品，用于在施工现场扫描焊工佩戴的焊工二维码和钢管管壁上的焊口二维码，并将扫描信息传送到焊接工况采集终端。

如图2所示，焊接工况采集终端包括数据采集器、实时寄存器、4g网络、数据采集控制器、摄像头、环境及状态传感器以及rj45、485及i/o接口等部分。数据采集控制器分别与数据采集器、实时寄存器、4g网络和摄像头相接，并通过rj45、485及i/o接口与环境及状态传感器相接。

数据采集器对焊接参数传感器所采集的焊接参数信息进行读取式的采集。实时寄存器用于存储解析二维码所得到的相应信息以及数据采集器所采集到的焊接参数信息。4g网络用于构建焊接工况采集终端与监控中心服务器之间的信息传输通道。

数据采集控制器将扫描的焊工二维码和焊口二维码进行解析，针对所得到的二维码解析信息，经数据库关联查询，确定扫描二维码的这个焊口所应采用的焊接工艺规程，控制数据采集器读取为该焊口进行焊接的全自动焊机中的焊接参数传感器在焊机工作时所检测到的焊接参数，并将焊接参数信息存入实时寄存器中；在检测到的焊接参数出现超限的异常工况时，数据采集控制器立即发出异常工况告警信息；数据采集控制器还将二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息等，通过4g网络发送到监控中心服务器。

rj45、485及i/o接口与环境及状态传感器进行通讯。环境及状态传感器对焊接工况采集终端的运行状态、安全信息进行实时监测，监测信息通过rj45、485及i/o接口发送到数据采集控制器。

摄像头安装在焊接施工现场，并与焊接工况采集终端相接，用于采集焊口信息、层间温度和保护气流量，并将所采集的数据信息通过4g网络传送给监控中心服务器。

焊接工况采集终端可采集和监控的工况参数如下表所示：

监控中心服务器可以设置在质量管理部门的监控中心，也可以设置在云端。监控中心服务器用于接收并存储焊接工况采集终端通过4g网络发送的二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息，实现智能管道建设和管道全生命周期管理。

本发明管道焊接工况实时监控方法包括以下步骤：

1、建立管道工程数据库：该数据库内容包括管道工程的地理信息、管道铺设信息、沿线所用钢管及种类、关于钢管的诸参数信息、焊口形式、焊口所需焊接工艺规程、焊口编号、上游钢管编号、下游钢管编号；所述管道工程数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

2、建立焊工班组数据库：该数据库内容包括各焊工班组中每个焊工的编号、姓名、电话、职务、所在焊接机组；所述焊工班组数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

3、建立全自动焊机数据库：该数据库内容包括配置于各管道工程的全自动焊机的编号、分配使用的焊工班组；所述全自动焊机数据库分别设立在焊接工况采集终端和监控中心服务器中；

4、编制焊工二维码：将包括焊工的编号、姓名、电话、职务和所在焊工班组在内的综合信息，结合二维码规则编制成焊工二维码，并将其封印在每名焊工佩戴的工作挂牌中；

5、编制焊口二维码：将包括工程编号、桩号、焊接方向、焊口编号、焊口形式、焊接方向、全自动焊机、所需焊接工艺规程以及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数在内的综合信息，结合二维码规则编制成焊口二维码，并将其印制成页后分别粘贴在每个焊口的上游钢管和下游钢管对接端的管壁上；

6、利用扫码器扫描焊工二维码，根据焊工的编号进行数据库关联查询，确定焊接操作人员的身份和所操作的全自动焊机的编号；

7、利用扫码器扫描焊口二维码，在焊接工况采集终端中建立全自动焊机与焊接工艺规程以及包括钢管关联信息的对应关系表，根据全自动焊机的编号进行数据库关联查询，获取焊口所需的焊接工艺规程及涉及焊口上游钢管和下游钢管的钢级、壁厚和管径诸参数的信息列表；

8、焊接工况采集终端根据获取到的焊口上下游的钢管的钢级、壁厚和管径参数，再次过滤步骤7得到的信息列表，最终确定焊口所采用的焊接工艺规程编号，并从焊接工艺规程库中查询出对应规程所包括的焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、保护气体流量在内的焊接参数的标准阈值范围；

9、焊接工况采集终端实时采集和存储焊接全自动焊机中的焊接参数传感器在焊机工作时所检测到的焊接参数信息，并存入实时寄存器，在焊接参数出现超限的异常工况时，发出异常工况告警信息，另将二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息通过4g网络发送到监控中心服务器；

10、监控中心服务器接收并存储焊接工况采集终端通过4g网络发送的二维码解析信息、确定的焊接工艺规程编号信息、焊机工作时的焊接参数信息以及异常工况告警信息，通过焊接工况实时监控和焊接历史数据查询分析，实现智能管道建设和管道全生命周期管理。