基于Atlas电动拧紧机的物联网技术应用研究

曾宪平　武历颖

摘 要：在工程机械变速箱、主控阀等关键零部件的装配过程中，螺纹拧紧过程直接影响零部件的使用寿命。为保证装配质量，紧固过程非常重要。文章使用瑞典Atlas PF和PM系列电动拧紧机作为关键零部件的拧紧工具进行装配，通过在连接处施加适当的夹紧力，保证连接件可以正常的工作并发挥功用。同时，为保证装配质量的可追溯性，文章基于物联网技术和C#语言，自主开发系统软件实现对Atlas设备的实时监控管理，通过实时采集关键工位拧紧力矩数据，并存储至oracle服务器，实现多系统间数据共享。通过利用SPC系统对拧紧数据进行动态分析，为紧固过程和装配质量提供更高置信度。

关键词：物联网；C#；工程机械；Atlas电动拧紧机

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：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

螺纹接合是最常见的组件连接方式，因其设计简单，易于装配和拆卸，同时在生产效率及最终的成本方面具有诸多优势，因此在工程机械整机装配过程中，螺纹连接被广泛应用。同样，在变速箱、主控阀等关键零部件的装配过程中螺纹连接亦非常多见。螺纹不仅要承受拉伸负载、扭转负载，有时还有剪切负载。紧固过程对于螺纹接合的质量有着重要影响。紧固过程的目标是施加足够的夹紧力将连接件有效的接合在一起，紧固过程中夹紧力离散度越小，则连接件效果越佳。为保证关键零部件的装配质量和使用寿命，螺纹连接必须有明确的拧紧规范，装配人员应保证螺纹连接的合格性和一致性。

1 Atlas电动拧紧机远程数据采集

1.1 Atlas电动拧紧机远程通信物理模型搭建

PF和PM系列电动拧紧机可通过串口和以太网两种方式对控制器进行访问。本文采用以太网方式通过IPv4 协议来访问局域网（LAN）上的拧紧机控制器。通过以太网口将拧紧机控制器接入局域网，并设置控制器的IP和子网掩码，保证其IP地址和局域网处于同一个网段。拧紧机远程通信物理模型如图1所示。

1.2 Atlas PF和PM系列电动拧紧机远程通信机制

基于Atlas电动拧紧机厂家提供的开放通信协议，可自主开发远程控制应用程序，通过控制器监听端口4545与拧紧机控制器建立通信连接。通信机制如下：（1）监控端向拧紧机控制器发送握手申请。（2）拧紧机控制器接受握手申请。（3）监控端向拧紧机控制器发送MID 0001指令，申请通信开始。（4）拧紧机控制器向监控端发送握手成功MID 0002指令，确认通信开始（如图2）。

2 Atlas电动拧紧机监控应用程序开发

2.1 GUI及功能设计

设计要求：（1）系统界面配色以企业统一规定的颜色为主体。（2）系统界面通用化，应能适用于企业内部所有产线或工位。（3）界面具备自定义拧紧机控制器IP地址、选择产线和工位、设置控制器参数等功能。（4）界面应能展示当前所装配零部件的相关信息。（5）界面应能提醒装配人员该零部件中所有螺纹连接处装配的顺序。（6）界面应能清晰展示当前拧紧力矩值，并能对力矩值进行合格性判断和有效的提醒。（7）系统应自动统计螺纹装配数量及拧紧质量情况。（8）零部件信息输入支持扫码输入、数据同步等方式。（9）拧紧数据必须实时本地存储和同步网络上传。（10）系统自动计算并展示该组螺纹装配质量。（11）系统应能够同时监控多台拧紧机控制器状态。（12）……。

本文自主开发的系统界面如下：

2.2 主程序设计

（1）拧紧机控制器远程握手连接

握手是监控终端与拧紧机控制器建立远程通信的首要步骤，根据拧紧机控制器设置的IP地址和监听端口Port，应用程序通过TCP/IP协议与拧紧机控制器建立连接。握手连接程序设计如下：

（2）拧紧数据实时采集

变速箱、主控阀等关键零部件间的装配过程差异较大，不同零部件的螺纹连接数量不等，工位上不同工序间的装配顺序随装配人员工作习惯差异而不同，装配线流水节拍时间不统一等，众多因素导致螺纹紧固过程是随机、间歇进行的，因此电动拧紧机的启动时间具有很强的不确定性。为防止拧紧数据丢包，程序设计时通过建立多线程来确保做到实时监听拧紧机启动状态。实时数据采集程序设计如下：

3 结束语

经测试，自主开发的应用程序满足设计要求，拧紧数据经局域网上传至企业oracle服务器，实现了数据与SPC、MES等系统间的数据共享，同样称为企业关键数据资产。

通过在生产线安装工业平板，实现拧紧力矩可视化，提升了装配人员的操作规范，通过声光提示有效避免了裝配人员重复拧紧、遗漏拧紧、拧紧力矩过大和不足等不良现象，防呆防错效果明显，大大提高了关键零部件的装配质量和使用寿命。

目前该应用程序已在变速箱、主控阀、驱动桥、总装线等生产一线推广使用。

参考文献：

[1][美]Christian Nagel.C#高级编程[M].清华大学出版社，2017.

[2]胡锦丽.C#物联网程序设计基础[M].机械工业出版社，2017.

[3]姚瑶.Oracle Database 12c应用与开发教程[M].清华大学出版社，2016.