CN110717238A - 一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法 - Google Patents

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黄明
潘创业
王光朋
位中波
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Yantai Lubao Steel Pipe Co Ltd
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Yantai Lubao Steel Pipe Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
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Abstract

本发明公开了一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法，其特点是，包括数据采集、数学模型、拐点识别、拧接曲线四个部分；采用本发明的拐点自动识别方法，拐点自动识别成功率为100%，彻底消除人为判断拐点带来的误差，确保产品拧接质量。

Description

一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法
技术领域：
本发明涉及设备运行数据采集及对拧接拐点自动识别技术领域，具体地讲是一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法。
背景技术：
目前，现有的拧紧机一般不具备拐点自动识别功能，如美国PMC与国内兰特，两家设备拧接曲线仅满足API拧接标准，不具备拐点自动识别功能，不能满足特殊扣产品拧接要求，因此开发一种钢管特殊扣螺纹拧接拐点自动识别功能势在必行。
发明内容：
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法。
本发明提供的技术方案是：一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
a数据采集；通过MPI/DP转net技术，将设备MPI/DP网络集成到设备局域网内，然后通过Visual Studio 2010软件平台，采用C#高级语言编程，实时采集动拧扭矩与圈数数据，具体步骤如：
①通过MPI/DP转NET技术，将现场设备集成到以太网，随后将各子网链接到一多端口交换机；
②修改PLC程序，按照工艺及电控要求，将需要的数据（扭矩与圈数）转换为浮点数，然后统一到DB块中保存；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
③利用开源控件S7.NET.DLL，编制vs2010 C#与step7通讯程序；
④根据工艺要求，制定Excel标准模板；
⑤利用Visual Studio 2010软件平台，用C#高级语言开发一个数据采集系统，用以设置拧接工艺参数；
⑥当动拧机启动后，采集系统首先打开Excel模板；
⑦采集系统循环采集数据，实时将拧接参数、动拧扭矩、扭矩圈数写入Excel保存；
⑧当动拧扭矩值超过最佳扭矩，动拧结束，Excel保存拧接数据；
b数学模型；数学上定义拐点为反曲点，即改变曲线向上或向下方向的点，直观地说拐点是使切线穿越曲线的点（即曲线的凹凸分界点）；若该曲线图形的函数在拐点有二阶导数，则二阶导数在拐点处异号（由正变负或由负变正）或不存在；特殊扣螺纹拧接过程中将产生众多拐点，其中螺纹辨识要求识别扭矩变化最大点为工艺要求识别点；结合工艺拐点定义与数学拐点定义，根据曲线推论出公式：
Figure 421172DEST_PATH_IMAGE004
工艺上要求的拐点即为螺纹拧接扭矩变化最大点，结合公式（1），可知当拧接出现最小负值的拐点坐标即为特殊扣拧接拐点，即
Figure 741426DEST_PATH_IMAGE005
c拐点识别；通过拐点计算数学模型，将数学模型固话到Excel模板，然后利用Excel实时绘制拧接曲线并实时标示拐点；
C#程序循环采集扭矩/圈数数据，实时将扭矩与圈数写入Excel模板，通过Excel实现拐点实时计算与判定标示，当拧接结束后，以一个圆点的形式标示出最终拐点所在位置；
d拧接曲线；根据工艺拐点采集数学模型，C#程序循环采集扭矩/圈数数据，通过计算模型，实时计算并将计算好的数据写入Excel保存，当拧接结束后，以一个圆点的形式标示出拐点所在位置；拧接曲线很清晰的标示出扭矩拐点，很轻松的就能判断出特殊扣拧接是否合理。
本发明的有益效果是：1、本发明的拐点自动识别方法，自动识别成功率为100%；2、该办法将大量降低生产人员劳动强度，降低系统维护难度，便于实现设备无人自动操作。
附图说明：
图1是MPI转NET原理示意图；
图2是Excel模板示意图；
图3是数据采集系统示意图；
图4是拐点标识示意图；
图5是Excel拐点计算模板示意图；
图6是理论曲线示意图；
图7是拐点自动识别曲线示意图。
具体实施方式：
以国产兰特拧紧机为载体，提出一种拧紧机用螺纹拧接拐点自动识别方法，以实现拧接拐点自动识别与自动判别并逐根自动保存拧接曲线功能, 彻底解决螺纹拧接拐点自动识别瓶颈，该方法由“数据采集、数学模型、拐点识别、拧接曲线”四大部分构成，下面将逐一详细阐述。
如图1、2、3、4、5的所示，一种拧紧机用螺纹拧接拐点自动识别方法，具体步骤如下：
一、数据采集：
通过MPI/DP转net技术，将设备MPI/DP网络集成到设备局域网内，然后通过VisualStudio 2010软件平台，采用C#高级语言编程，实时采集动拧扭矩与圈数数据，具体步骤如：
1）通过MPI/DP转NET技术，将现场设备集成到以太网，随后将各子网链接到一多端口交换机（见图1）；
2）修改PLC程序，按照工艺及电控要求，将需要的数据（扭矩与圈数）转换为浮点数，然后统一到DB块中保存；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
3）利用开源控件S7.NET.DLL，编制vs2010 C#与step7通讯程序；
Figure 837255DEST_PATH_IMAGE002
Figure 232464DEST_PATH_IMAGE003
4）根据工艺要求，制定Excel标准模板（图2）；
5）利用Visual Studio 2010软件平台，用C#高级语言开发一个数据采集系统（见图3），用以设置拧接工艺参数；
6）当动拧机启动后，采集系统首先打开Excel模板；
7）采集系统循环采集数据，实时将拧接参数、动拧扭矩、扭矩圈数写入Excel保存；
8）当动拧扭矩值超过最佳扭矩，动拧结束，Excel保存拧接数据；
二、数学模型：
数学上定义拐点为反曲点，即改变曲线向上或向下方向的点，直观地说拐点是使切线穿越曲线的点（即曲线的凹凸分界点）；若该曲线图形的函数在拐点有二阶导数，则二阶导数在拐点处异号（由正变负或由负变正）或不存在；特殊扣螺纹拧接过程中将产生众多拐点，其中螺纹辨识要求识别扭矩变化最大点为工艺要求识别点；结合工艺拐点定义与数学拐点定义（见图4），图4曲线中P即为数学上定义拐点，根据曲线可以很轻松推论出公式：
Figure 363589DEST_PATH_IMAGE004
工艺上要求的拐点即为螺纹拧接扭矩变化最大点，结合公式（1），可知当拧接出现出现最小负值的拐点坐标即为特殊扣拧接拐点，即
Figure 911245DEST_PATH_IMAGE005
三、拐点识别：
通过拐点计算数学模型，将数学模型固话到Excel模板（图5），然后利用Excel实时绘制拧接曲线并实时标示拐点；
C#程序循环采集扭矩/圈数数据，实时将扭矩与圈数写入Excel模板，通过Excel实现拐点实时计算与判定标示，当拧接结束后，以一个圆点的形式标示出最终拐点所在位置；
四、拧接曲线：
根据工艺要求，理论拧接曲线如图6所示，图中明确标示出所拧接钢管扭矩最小值、最佳值、最大值，及最小抬肩扭矩和最大抬肩扭矩，与此同时，图中标示出合适的拐点P，然而本文所研究的兰特拧接机无法标示P值；
鉴于厂家无法实现拐点自动标示且厂家不提供源程序，自主开发拧紧机拧接曲线，利用步骤一至步骤三介绍的方法，实现拧接曲线的实时绘制并实时标示拐点P（见图7），该系统已经成功应用于生产厂家的管拧机，现场运行成功率为100%。

Claims (1)

1.一种拧紧机用扣螺纹拧接拐点自动识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
a数据采集；通过MPI/DP转net技术，将设备MPI/DP网络集成到设备局域网内，然后通过Visual Studio 2010软件平台，采用C#高级语言编程，实时采集动拧扭矩与圈数数据，具体步骤如下：
①通过MPI/DP转NET技术，将现场设备集成到以太网，随后将各子网链接到一多端口交换机；
②修改PLC程序，按照工艺及电控要求，将需要的扭矩与圈数数据转换为浮点数，然后统一到DB块中保存；
Figure 981915DEST_PATH_IMAGE001
③利用开源控件S7.NET.DLL，编制vs2010 C#与step7通讯程序；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
④根据工艺要求，制定Excel标准模板；
⑤利用Visual Studio 2010软件平台，用C#高级语言开发一个数据采集系统，用以设置拧接工艺参数；
⑥当动拧机启动后，采集系统首先打开Excel模板；
⑦采集系统循环采集数据，实时将拧接参数、动拧扭矩、扭矩圈数写入Excel保存；
⑧当动拧扭矩值超过最佳扭矩，动拧结束，Excel保存拧接数据；
b数学模型；数学上定义拐点为反曲点，即改变曲线向上或向下方向的点，直观地说拐点是使切线穿越曲线的点（即曲线的凹凸分界点）；若该曲线图形的函数在拐点有二阶导数，则二阶导数在拐点处异号（由正变负或由负变正）或不存在；特殊扣螺纹拧接过程中将产生众多拐点，其中螺纹辨识要求识别扭矩变化最大点为工艺要求识别点；结合工艺拐点定义与数学拐点定义，根据曲线推论出公式：
Figure 89834DEST_PATH_IMAGE004
工艺上要求的拐点即为螺纹拧接扭矩变化最大点，结合公式（1），可知当拧接出现最小负值的拐点坐标即为特殊扣拧接拐点，即
Figure DEST_PATH_IMAGE005
c拐点识别；通过拐点计算数学模型，将数学模型固话到Excel模板，然后利用Excel实时绘制拧接曲线并实时标示拐点；
C#程序循环采集扭矩/圈数数据，实时将扭矩与圈数写入Excel模板，通过Excel实现拐点实时计算与判定标示，当拧接结束后，以一个圆点的形式标示出最终拐点所在位置；
d拧接曲线；根据工艺拐点采集数学模型，C#程序循环采集扭矩/圈数数据，通过计算模型，实时计算并将计算好的数据写入Excel保存，当拧接结束后，以一个圆点的形式标示出拐点所在位置；拧接曲线很清晰的标示出扭矩拐点，很轻松的就能判断出特殊扣拧接是否合理。
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