峰值/谷值记录采集输出PLC的模拟量扭力扳手：在工业装配、汽车制造、航空航天等领域，螺栓紧固扭矩的精准控制和数据留存是保障产品质量的核心环节。传统机械扭力扳手依赖人工读数，无法实现数据自动记录，也难以对拧紧过程中的峰值扭矩、扭矩变化趋势进行追踪；普通数显扭力扳手仅具备本地显示功能，无法将扭矩数据同步上传至工厂控制系统，难以满足工业互联网时代的生产数据追溯要求。本方案设计一款基于PLC模拟量采集的扭

峰值/谷值记录采集输出PLC的模拟量扭力扳手

一、方案概述

在工业装配、汽车制造、航空航天等领域，螺栓紧固扭矩的精准控制和数据留存是保障产品质量的核心环节。传统机械扭力扳手依赖人工读数，无法实现数据自动记录，也难以对拧紧过程中的峰值扭矩、扭矩变化趋势进行追踪；普通数显扭力扳手仅具备本地显示功能，无法将扭矩数据同步上传至工厂控制系统，难以满足工业互联网时代的生产数据追溯要求。本方案设计一款基于PLC模拟量采集的扭力扳手，集成峰值、谷值扭矩的实时记录、采集与输出功能，可直接对接工厂现有的PLC控制系统，实现扭矩数据的自动化采集、存储与分析，填补传统扭力扳手在工业互联场景下的功能空白。

本产品核心特点是依托PLC模拟量采集模块实现扭矩信号的处理，通过内置算法实时提取拧紧过程中的峰值扭矩（拧紧过程中最大扭矩值）与谷值扭矩（螺栓贴合后的初始扭矩值），既可以本地显示实时扭矩与极值数据，也能够将模拟量信号输出至PLC，供生产控制系统进行逻辑判断与数据存储，适配大多数工厂现有的自动化生产线改造需求，不需要对原有控制系统进行大规模改动，部署成本低，数据兼容性强。

二、系统整体架构

本款PLC模拟量扭力扳手整体系统分为四个核心模块，分别是扭矩传感模块、信号处理与采集模块、峰值谷值识别存储模块、数据输出与交互模块，各模块功能清晰，协同完成扭矩检测、极值识别与数据输出全流程：

· 扭矩传感模块：负责将拧紧过程中的机械扭矩转换为电信号，采用应变式扭矩传感器，输出标准mV级电压信号，具备精度高、线性度好的特点，适配常用扭矩量程范围。

· 信号处理与采集模块：对传感器输出的弱信号进行放大、滤波处理，转换为PLC可识别的标准模拟量信号（0-10V电压或4-20mA电流），同时送入本地微控制单元进行数据处理。

· 峰值谷值识别存储模块：通过内置算法对采集到的实时扭矩数据进行分析，自动识别拧紧过程中的峰值扭矩与谷值扭矩，完成数据缓存与更新，支持手动清零复位。

· 数据输出与交互模块：实现本地数据显示、模拟量信号输出至PLC，同时提供按键交互功能，支持参数设置与峰值谷值数据手动调取。

2.1 硬件架构框图

三、核心功能设计

3.1 实时扭矩模拟量采集

扭矩传感器安装在扭力扳手的工作杆位置，当操作人员转动扳手拧紧螺栓时，螺栓对扳手头的反作用力会使扭矩传感器产生弹性形变，应变片将形变转化为电阻值变化，进而输出与扭矩大小成正比的mV级电压信号。信号调理电路采用低噪声仪表放大器AD620对原始信号进行放大，将信号范围调整到0-3.3V，匹配AD转换器的输入范围，同时通过二阶RC低通滤波电路滤除工业现场50Hz工频干扰以及拧紧过程中的机械振动干扰，保证信号的稳定性。

AD转换器采用12位高精度模数转换芯片，采样频率设置为100Hz，既能够保证捕捉拧紧过程中扭矩的快速变化，又不会产生过多冗余数据加重控制单元的处理负担。采集到的数字扭矩数据通过校准系数转换为实际扭矩值，单位为N·m，校准系数可通过交互界面进行设置修改，支持定期校准保证测量精度。

3.2 峰值扭矩自动识别记录

在螺栓拧紧工艺中，峰值扭矩是判断拧紧是否合格的核心指标，本系统设计了自动化峰值识别逻辑：系统初始化后，默认当前峰值扭矩为0，每采集到一个新的实时扭矩值，都会与当前存储的峰值扭矩进行对比，如果新的扭矩值大于当前存储的峰值扭矩，则更新存储的峰值扭矩为新值；如果新的扭矩值小于当前峰值扭矩，则保持原有存储值不变，直到操作人员按下清零按键，才会将峰值扭矩重置为0，准备下一次拧紧操作。

针对实际拧紧过程中的毛刺干扰，增加了峰值防抖处理：只有当连续3个采样点的扭矩值都高于当前存储峰值时，才会更新峰值数据，避免了机械振动或者信号干扰导致的误识别，保证峰值记录的准确性。识别完成的峰值扭矩数据会实时显示在本地显示屏，同时转换为对应的标准模拟量信号，可随时输出给上位PLC系统。

3.3 谷值扭矩自动识别记录

谷值扭矩在多螺栓分步拧紧工艺中有着重要作用，主要用来记录螺栓头部贴合工件时的初始扭矩，帮助工艺人员计算螺栓的最终预紧扭矩，避免因为螺栓贴合度不一致导致的预紧力误差。本系统谷值识别逻辑适配常规拧紧工艺流程：当系统完成峰值清零后，开始实时监测扭矩变化，当扭矩从0开始上升，连续5个采样点扭矩超过设定的触发阈值（默认5N·m，可修改）时，记录该阶段的最小扭矩值，即为本次拧紧的谷值扭矩，后续扭矩继续上升过程中不再更新谷值，直到下一次清零复位。

对于不同的工艺需求，也可切换谷值识别模式，支持手动触发谷值记录，操作人员可在螺栓贴合后通过按键手动记录当前扭矩为谷值，适配人工操作的灵活需求。识别完成的谷值扭矩同样存储在控制单元中，可本地显示，也可通过模拟量输出给PLC。

3.4 PLC模拟量输出

本扭力扳手支持两种标准模拟量输出格式，适配绝大多数主流PLC的模拟量输入模块：分别是0-10V电压输出和4-20mA电流输出，用户可通过参数设置选择对应的输出模式。输出可配置为两种模式：实时扭矩输出、峰值/谷值切换输出，在切换输出模式下，通过功能按键可选择当前输出的是实时扭矩、峰值扭矩还是谷值扭矩，PLC可通过读取模拟量信号获得对应数据；也可配置为自动输出模式，系统自动将最新识别的峰值扭矩和谷值扭矩分时输出，通过IO信号通知PLC当前输出的是哪一类数据。

模拟量输出精度保证在±0.5%FS范围内，满足工业控制的精度要求，输出接口采用标准航空插头，适配工业现场的接线需求，具备过流、过压保护功能，避免输出短路对系统造成损坏。

四、技术参数指标

五、适用场景与应用优势

5.1 适用场景

· 汽车整车与零部件装配线：对接生产线PLC控制系统，自动记录每个螺栓的拧紧峰值扭矩，实现生产数据全追溯，满足IATF16949质量体系要求。

· 航空航天装备装配：记录螺栓贴合谷值扭矩与最终拧紧峰值扭矩，为预紧力计算提供准确数据，保障装配质量。

· 风电装备装配现场：满足野外作业的扭矩检测需求，数据可直接上传至现场PLC控制系统，无需人工记录，避免数据误差。

· 现有生产线自动化改造：不需要更换原有PLC控制系统，直接对接模拟量输入接口，改造难度小，成本低。

5.2 应用优势

相比传统数显扭力扳手，本产品具备数据自动上传功能，可对接工厂MES与PLC控制系统，实现生产数据的自动化存储与分析，满足工业4.0的生产要求；相比专用的扭矩自动化拧紧轴，本产品保留了手动操作的灵活性，可适配复杂工况下的螺栓拧紧作业，成本仅为自动化拧紧轴的1/10不到，适配小批量多品种的生产场景。

峰值与谷值的自动识别记录功能，减少了人工读数与记录的误差，提高了拧紧工艺数据的准确性，帮助工艺人员优化拧紧参数，提升产品质量稳定性，同时完整的数据记录也为质量追溯提供了可靠依据，降低了质量风险。

峰值/谷值记录采集输出PLC的模拟量扭力扳手