基于Atlas電動擰緊機的物聯網技術應用研究

曾憲平　武歷穎

摘 要：在工程機械變速箱、主控閥等關鍵零部件的裝配過程中，螺紋擰緊過程直接影響零部件的使用壽命。為保證裝配質量，緊固過程非常重要。文章使用瑞典Atlas PF和PM系列電動擰緊機作為關鍵零部件的擰緊工具進行裝配，通過在連接處施加適當的夾緊力，保證連接件可以正常的工作并發揮功用。同時，為保證裝配質量的可追溯性，文章基于物聯網技術和C#語言，自主開發系統軟件實現對Atlas設備的實時監控管理，通過實時采集關鍵工位擰緊力矩數據，并存儲至oracle服務器，實現多系統間數據共享。通過利用SPC系統對擰緊數據進行動態分析，為緊固過程和裝配質量提供更高置信度。

關鍵詞：物聯網；C#；工程機械；Atlas電動擰緊機

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0179-02

Abstract： In the assembly process of key parts such as gearbox and main control valve of construction machinery， the thread tightening process directly affects the service life of parts. In order to ensure the assembly quality， the fastening process is very important. In this paper， the Swedish Atlas PF and PM series electric tightening machine is used as the tightening tool of the key parts. By applying appropriate clamping force at the joint， the joint can work normally and function. At the same time， in order to guarantee the traceability of assembly quality， based on Internet of things technology and C # language， this paper develops the system software to realize the real-time monitoring and management of Atlas equipment， and collects the tightening torque data of key stations in real time. It is stored to oracle server to realize data sharing among multiple systems. Through the dynamic analysis of tightening data using SPC system， a higher confidence degree is provided for the fastening process and assembly quality.

Keywords： Internet of things； C#； construction machinery； Atlas electric tightening machine

引言

螺紋接合是最常見的組件連接方式，因其設計簡單，易于裝配和拆卸，同時在生產效率及最終的成本方面具有諸多優勢，因此在工程機械整機裝配過程中，螺紋連接被廣泛應用。同樣，在變速箱、主控閥等關鍵零部件的裝配過程中螺紋連接亦非常多見。螺紋不僅要承受拉伸負載、扭轉負載，有時還有剪切負載。緊固過程對于螺紋接合的質量有著重要影響。緊固過程的目標是施加足夠的夾緊力將連接件有效的接合在一起，緊固過程中夾緊力離散度越小，則連接件效果越佳。為保證關鍵零部件的裝配質量和使用壽命，螺紋連接必須有明確的擰緊規范，裝配人員應保證螺紋連接的合格性和一致性。

1 Atlas電動擰緊機遠程數據采集

1.1 Atlas電動擰緊機遠程通信物理模型搭建

PF和PM系列電動擰緊機可通過串口和以太網兩種方式對控制器進行訪問。本文采用以太網方式通過IPv4 協議來訪問局域網（LAN）上的擰緊機控制器。通過以太網口將擰緊機控制器接入局域網，并設置控制器的IP和子網掩碼，保證其IP地址和局域網處于同一個網段。擰緊機遠程通信物理模型如圖1所示。

1.2 Atlas PF和PM系列電動擰緊機遠程通信機制

基于Atlas電動擰緊機廠家提供的開放通信協議，可自主開發遠程控制應用程序，通過控制器監聽端口4545與擰緊機控制器建立通信連接。通信機制如下：（1）監控端向擰緊機控制器發送握手申請。（2）擰緊機控制器接受握手申請。（3）監控端向擰緊機控制器發送MID 0001指令，申請通信開始。（4）擰緊機控制器向監控端發送握手成功MID 0002指令，確認通信開始（如圖2）。

2 Atlas電動擰緊機監控應用程序開發

2.1 GUI及功能設計

設計要求：（1）系統界面配色以企業統一規定的顏色為主體。（2）系統界面通用化，應能適用于企業內部所有產線或工位。（3）界面具備自定義擰緊機控制器IP地址、選擇產線和工位、設置控制器參數等功能。（4）界面應能展示當前所裝配零部件的相關信息。（5）界面應能提醒裝配人員該零部件中所有螺紋連接處裝配的順序。（6）界面應能清晰展示當前擰緊力矩值，并能對力矩值進行合格性判斷和有效的提醒。（7）系統應自動統計螺紋裝配數量及擰緊質量情況。（8）零部件信息輸入支持掃碼輸入、數據同步等方式。（9）擰緊數據必須實時本地存儲和同步網絡上傳。（10）系統自動計算并展示該組螺紋裝配質量。（11）系統應能夠同時監控多臺擰緊機控制器狀態。（12）……。

本文自主開發的系統界面如下：

2.2 主程序設計

（1）擰緊機控制器遠程握手連接

握手是監控終端與擰緊機控制器建立遠程通信的首要步驟，根據擰緊機控制器設置的IP地址和監聽端口Port，應用程序通過TCP/IP協議與擰緊機控制器建立連接。握手連接程序設計如下：

（2）擰緊數據實時采集

變速箱、主控閥等關鍵零部件間的裝配過程差異較大，不同零部件的螺紋連接數量不等，工位上不同工序間的裝配順序隨裝配人員工作習慣差異而不同，裝配線流水節拍時間不統一等，眾多因素導致螺紋緊固過程是隨機、間歇進行的，因此電動擰緊機的啟動時間具有很強的不確定性。為防止擰緊數據丟包，程序設計時通過建立多線程來確保做到實時監聽擰緊機啟動狀態。實時數據采集程序設計如下：

3 結束語

經測試，自主開發的應用程序滿足設計要求，擰緊數據經局域網上傳至企業oracle服務器，實現了數據與SPC、MES等系統間的數據共享，同樣稱為企業關鍵數據資產。

通過在生產線安裝工業平板，實現擰緊力矩可視化，提升了裝配人員的操作規范，通過聲光提示有效避免了裝配人員重復擰緊、遺漏擰緊、擰緊力矩過大和不足等不良現象，防呆防錯效果明顯，大大提高了關鍵零部件的裝配質量和使用壽命。

目前該應用程序已在變速箱、主控閥、驅動橋、總裝線等生產一線推廣使用。

參考文獻：

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