自动判断NG信号输出PLC扭力扳手开关量传输：在现代工业装配生产线上，螺栓、螺钉等紧固件的拧紧力矩是影响产品装配质量的核心指标之一，一旦力矩不符合工艺要求，轻则会造成产品密封失效、连接松动，重则会引发后期使用过程中的结构断裂、安全事故等严重问题。传统人工拧紧作业依赖作业人员的经验判断，无法精准控制力矩，也无法对不合格拧紧结果进行自动记录与拦截，大量依靠人工复检的模式不仅拉高了生产成本，还存在漏检风

自动判断NG信号输出PLC扭力扳手开关量传输

一、系统应用背景与需求分析

在现代工业装配生产线上，螺栓、螺钉等紧固件的拧紧力矩是影响产品装配质量的核心指标之一，一旦力矩不符合工艺要求，轻则会造成产品密封失效、连接松动，重则会引发后期使用过程中的结构断裂、安全事故等严重问题。传统人工拧紧作业依赖作业人员的经验判断，无法精准控制力矩，也无法对不合格拧紧结果进行自动记录与拦截，大量依靠人工复检的模式不仅拉高了生产成本，还存在漏检风险，无法满足现代制造业批量生产的质量管控要求。

随着工业自动化控制技术的普及，可编程逻辑控制器（PLC）已经成为生产线控制的核心单元，能够实现生产数据的采集、逻辑判断与动作执行。将智能扭力扳手与PLC控制系统结合，通过开关量信号传输实现不合格（NG）拧紧结果的自动判断与输出拦截，已经成为汽车零部件、消费电子、家用电器等多个行业装配线的标准配置。本系统的核心需求可以归纳为三个方面：第一，扭力扳手能够实时采集拧紧作业的实际力矩值，并自动对比工艺设定的合格范围，判断当前拧紧结果是否为NG；第二，NG信号能够通过开关量传输的方式稳定传输给PLC控制系统，传输过程不受工业现场电磁干扰影响；第三，PLC接收到NG信号后能够自动触发对应的管控动作，比如生产线停线锁定、不合格品工位报警、NG数据记录上传等，实现不合格品的物理拦截，避免流入下一道工序。

二、系统核心组成原理

2.1 核心模块划分

整个自动判断NG信号输出PLC扭力扳手开关量传输系统主要分为四个核心模块，各模块功能清晰，配合完成整个作业流程：

· 智能扭力采集模块：集成扭力传感器、A/D转换单元与微控制单元（MCU），负责实时采集拧紧过程中的力矩数据，完成模数转换后存储到缓存区；

· NG判断模块：基于预先设定的力矩合格阈值范围，对采集到的最终拧紧力矩进行比对判断，输出“合格（OK）"或“不合格（NG）"的逻辑结果；

· 开关量输出模块：将MCU输出的NG逻辑电平转换为符合PLC输入要求的开关量信号，通过硬接线方式传输到PLC的数字量输入端口；

· PLC逻辑处理模块：对接收到的NG开关量信号进行逻辑处理，触发预先设定的管控动作，完成整个质量管控闭环。

2.2 信号传输原理说明

开关量是工业控制领域最基础、稳定的信号传输类型，只有“通"和“断"两种状态，对应逻辑层面的“1"和“0"。本系统中，我们将NG信号定义为独立的开关量输出，通常采用NPN型或PNP型输出模式适配不同PLC的输入接口要求：当扭力扳手判断拧紧结果为OK时，NG开关保持断开状态，PLC输入端口检测到低电平（NPN模式）或高电平（PNP模式），判定为无NG信号；当扭力扳手判断拧紧结果为NG时，NG开关闭合，PLC输入端口电平发生跳变，立即识别到NG信号触发。

相比于模拟量传输、工业总线通讯等传输方式，开关量传输的优势十分明显：第一，兼容性较强，几乎所有型号的PLC都自带数字量输入端口，不需要额外配置特殊通讯模块，系统改造成本极低；第二，抗干扰能力强，工业现场存在电机、变频器等设备产生的电磁干扰，开关量只有两种状态，只要电平跳变超过阈值就能被准确识别，不会出现数据误读的问题；第三，响应速度快，信号传输延迟通常在毫秒级，满足装配生产线的节拍要求，不会影响生产效率。

三、系统硬件设计与选型

3.1 智能扭力扭力扳手选型要求

本系统要求扭力扳手必须自带力矩判断与开关量输出功能，选型时需要重点关注三个参数：

目前市场上主流的预置式数显扭力扳手都可以满足上述要求，部分带通讯功能的扭矩枪也可以通过参数设置开启独立NG开关量输出，适配本系统的架构。

3.2 开关量输出接口设计

为了保证信号传输的稳定性，开关量输出接口通常采用光电隔离或者继电器隔离的设计，将扭力扳手内部的MCU电路与外部PLC输入电路进行电气隔离，避免PLC侧的电压波动干扰扭力扳手的正常工作：

· 光电隔离输出：采用光电耦合器实现信号隔离，响应速度快，寿命长，适合高频次作业的场景，输出电流通常在100mA以内，满足PLC数字量输入的驱动要求；

· 继电器隔离输出：采用干簧继电器或者电磁继电器实现隔离，输出可以支持更大电流，不仅可以给PLC输入信号，还可以直接驱动声光报警灯，缺点是机械寿命有限，高频次使用场景下需要定期更换。

接口定义方面，通常采用三线制定义：电源正极、电源负极、NG信号输出线，部分产品会同时引出OK信号输出线，方便PLC区分OK和NG两种状态。

3.3 PLC输入端口配置

PLC侧需要根据扭力扳手的输出模式配置对应的输入端口：当扭力扳手为NPN输出时，PLC输入端口需要配置为漏型输入，公共端接DC24V正极；当扭力扳手为PNP输出时，PLC输入端口需要配置为源型输入，公共端接DC24V负极。接线完成后需要在PLC程序中给对应输入端口添加滤波时间，通常设置为10ms~20ms，滤除开关闭合过程中的抖动干扰，避免误触发NG信号。

四、系统逻辑流程设计

4.1 扭力判断逻辑

扭力扳手完成一次拧紧作业后，自动执行NG判断流程，具体逻辑如下：

1. 拧紧动作完成后，MCU读取最终稳定的力矩测量值；

2. 将测量值与工艺设定的最小合格力矩、最大合格力矩进行对比；

3. 若测量值小于最小阈值，或者大于最大阈值，判定为NG，触发NG开关量输出；若测量值在阈值范围内，判定为OK，不触发NG输出；

4. NG信号保持输出状态直到下一次拧紧作业开始，或者保持输出直到PLC确认接收信号，避免信号丢失。

部分工艺要求螺栓拧紧需要同时满足力矩和转角要求，系统也可以扩展转角判断逻辑，任意一个参数不满足要求都输出NG信号。

4.2 PLC处理逻辑

PLC实时扫描NG输入端口的状态，对应的处理逻辑如下：

1. 当工位传感器检测到工件到位，锁定当前工位的输入端口状态，准备接收扭力扳手的拧紧结果信号；

2. 若扫描到NG信号跳变，触发对应的管控动作，首先触发工位声光报警，提示作业人员当前拧紧不合格；然后锁定工位的出料气缸，禁止工件流出工位；最后将当前工位号、拧紧时间、力矩值等信息存储到PLC数据区，上传给上位MES系统记录；

3. 作业人员排除不合格问题，重新拧紧并得到OK结果后，按下复位按钮，PLC解除报警和工位锁定，允许工件流入下一道工序；

4. 如果在设定作业时间内没有接收到NG信号，PLC判定本次拧紧合格，允许工件流出。

五、系统调试与常见问题处理

5.1 调试步骤

系统安装完成后需要按照以下步骤进行调试，确保功能正常：

第一步，信号连通性测试：断开PLC侧接线，用手动触发扭力扳手输出NG信号，用万用表测量NG信号输出线与公共端之间的通断，确认开关动作正常；第二步，PLC输入识别测试：接回PLC接线，触发NG信号后查看PLC输入模块对应的状态指示灯是否正常点亮，PLC程序监控中是否能识别到输入状态变化；第三步，逻辑功能测试：分别设置合格力矩和不合格力矩，多次测试拧紧作业，确认NG输出和PLC动作触发准确无误；第四步，连续稳定性测试：连续进行100次以上拧紧作业，统计NG信号触发的准确率，确认无漏触发、误触发问题。

5.2 常见问题处理

系统运行过程中常见的问题及处理方法如下：

· NG信号无法被PLC识别：首先检查输出模式与PLC输入类型是否匹配，NPN和PNP接反会导致信号无法识别；其次检查接线是否松动，电源电压是否正常；最后检查PLC输入端口的滤波时间设置是否过长，导致信号被过滤。

· NG信号误触发：通常是电磁干扰导致，检查开关量传输线是否采用屏蔽线，屏蔽层是否可靠接地；另外可以适当增大PLC输入端口的滤波时间，滤除干扰脉冲。

· 扭力判断结果不准确：检查扭力扳手是否按照要求定期校准，零点是否漂移，重新校准后即可恢复精度。

六、系统应用价值总结

本系统通过开关量传输的方式实现了扭力扳手NG信号到PLC的稳定传输，架构简单，成本低廉，适配绝大多数工业装配生产线的改造需求，能够实现拧紧质量的自动管控，替代人工复检环节，不仅降低了生产管理成本，还从根源上避免了不合格拧紧工件流入市场的风险，提升了产品的整体质量可靠性。同时，PLC采集的NG数据可以上传到MES系统，实现生产质量数据的可追溯，为后续工艺优化提供数据支撑，符合现代工业智能制造的发展要求，目前已经在多个行业的装配生产线得到广泛应用，具备较高的推广价值。

自动判断NG信号输出PLC扭力扳手开关量传输