一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议的制作方法

本发明涉及工业物联网通信，具体为一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议。

背景技术：

1、在工业智能制造领域，拧紧工具作为装配产线的核心执行设备，其通信控制技术经历了从传统有线方式到现代无线通信的演进。早期，拧紧工具主要依赖串口通信实现数据交互；随着工业自动化发展，逐步出现工业现场总线方案；近年来，通用物联网协议也被引入拧紧控制场景。

2、当前工业领域拧紧工具的通信控制主要存在以下几种方案：

3、传统串口通信方案：采用rs-232、rs-485等串口通信方式；

4、工业现场总线方案：采用profibus、can总线等方式；

5、通用物联网协议方案：采用mqtt、coap等通用物联网协议。

6、尽管现有技术能够在一定程度上实现拧紧工具与控制器之间的数据传输，但在实际工业装配应用中仍然存在以下问题：

7、问题一，现有通信协议普遍缺乏针对拧紧工具工艺特征的专用支持。拧紧过程需要实时监控扭矩、角度等关键工艺参数，并进行质量判定，而传统串口、现场总线以及通用物联网协议均未针对这些拧紧特有数据进行优化设计，导致过程监控能力不足，难以满足高精度装配的质量控制需求。

8、问题二，实时性与可靠性难以兼顾。串口和现场总线方案虽可靠性较高，但传输速率低、实时性差，无法满足拧紧过程毫秒级数据监控的要求；而通用物联网协议在实时数据传输时又往往牺牲可靠性，难以同时保证控制指令的可靠送达和拧紧过程的高频实时采集。

9、问题三，状态控制能力与扩展性不足。现有方案对拧紧工具的远程锁定、解锁、工艺参数动态配置等状态控制支持薄弱，控制指令缺乏标准化封装，且难以适配不同厂商的拧紧工具，导致系统兼容性差、扩展困难，无法满足智能产线多设备统一管控和快速迭代的需求。

10、所以需要一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议来解决上述问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，解决了以上背景技术中所提到的内容。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，所述通信协议包括以下实现方法：

5、s1、构建面向工业装配产线的分层通信体系，采用分层架构设计，所述分层架构包含物理层、网络层、传输层和应用层；

6、s2、搭建协议正反向数据交互通信机制，正向通信设定拧紧工具为发布者、控制器为订阅者，传输心跳、设备开机、拧紧结果及设备异常数据，设定心跳间隔且设备作业时暂停发送心跳；反向通信设定控制器为发布者、拧紧工具为订阅者，下发锁定解锁、参数配置类控制指令，并采用即时响应方式完成指令执行；

7、s3、协议定义统一的消息格式；

8、s4、统一规范协议内各类交互消息类型，具体包含定义心跳通信、设备开机、拧紧数据上传、设备异常、实时拧紧数据、控制命令和参数配置七种消息类型，并逐一规范各消息的类型标识、发送时机、传输频次、核心数据字段、重传规则与超时判定标准，统一控制指令的标准化封装格式；

9、s5、建立差异化通信频率与重试容错机制，不同消息类型配置专属传输规则；

10、s6、配置分级差异化qos服务质量策略，依据各类消息的业务重要性与传输需求匹配对应qos级别；

11、s7、协议定义标准的mqtt主题命名规范。

12、优选的，所述s1中物理层以工业wi-fi6作为物理传输载体，网络层支持单工位独立ap模式和产线统一ap模式两种网络拓扑，传输层采用mqtt协议与websocket协议相结合的双通道传输机制，应用层定义专门针对拧紧工具状态控制的消息格式和通信流程。

13、优选的，所述s2中正向通信的心跳数据在设备执行拧紧作业期间自动暂停发送以减少网络负载，反向通信的所有控制指令执行后均返回标准化执行确认信息或执行结果信息，实现指令全流程闭环反馈。

14、优选的，所述s3中统一的消息格式采用json结构进行封装，支持跨平台序列化和反序列化，并具备版本标识字段以实现协议的向后兼容。

15、优选的，所述s5中针对不同消息类型配置专属传输规则，包括心跳通信的重传规则与超时判定标准、拧紧结果数据的发送规则与重试机制以及通信链路中断后的自动重连和历史消息补发处理机制。

16、优选的，所述s6中将紧急锁定、解锁类急停命令配置为qos2级别以实现零丢失的最高可靠传输，常规控制指令与拧紧结果数据配置为qos1级别以保证数据至少一次送达，实时拧紧数据流与心跳数据配置为qos0级别，优先保障传输低延迟，允许数据适度丢失。

17、优选的，所述s7中mqtt主题采用项目标识与设备标识的层级化命名规则，形成设备数据上传主题、控制指令下发主题、实时数据流主题、设备状态主题和系统广播主题五类标准主题，实现消息路由与权限隔离。

18、优选的，所述通信协议具备设备异常自动检测与上报机制，异常发生时立即触发上报流程，并根据异常等级执行设备锁定、现场提示、状态记录与维护通知，保障作业安全与数据可追溯。

19、优选的，所述通信协议设置协议适配层，支持外部协议解析与转换，实现多厂商拧紧工具的统一接入、统一状态监控、统一参数配置与统一防错控制。

20、有益效果

21、本发明提供了一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议。具备以下有益效果：

22、1.本发明通过专门定义心跳通信、设备开机、拧紧数据上传、实时拧紧数据等七种消息类型，并规范各消息的核心数据字段，有效解决了现有技术缺乏拧紧工艺特征支持的问题。协议能够实时传输目标扭矩、实际扭矩、拧紧角度、当前扭矩、当前角度等关键工艺参数，并支持质量判定结果的即时上报，实现了拧紧过程的全方位工艺特征监控，大幅提升了装配质量控制的精准性和可靠性。

23、2.本发明在s1中采用mqtt与websocket相结合的双通道传输机制，在s5中建立差异化通信频率与重试容错机制，在s6中配置分级qos服务质量策略，有效解决了现有技术实时性与可靠性难以兼顾的问题。高优先级控制指令和拧紧结果数据采用高可靠传输机制，同时实时拧紧数据流以高频周期推送，实现毫秒级过程监控，真正做到了既保证关键指令和结果数据的可靠传输，又满足拧紧过程的高实时性要求。

24、3.本发明在s2中构建完善的正反向数据交互机制，支持锁定、解锁和工艺参数动态配置等状态控制指令，在s7中定义标准mqtt主题命名规范，并设置协议适配层，有效解决了现有技术状态控制能力与扩展性不足的问题。协议不仅实现了对拧紧工具的远程标准化状态控制，还支持不同厂商拧紧工具的统一接入、统一监控和统一管理，显著提升了系统的兼容性、扩展性和智能产线适配能力。

1.一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述通信协议包括以下实现方法：

2.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s1中物理层以工业wi-fi6作为物理传输载体，网络层支持单工位独立ap模式和产线统一ap模式两种网络拓扑，传输层采用mqtt协议与websocket协议相结合的双通道传输机制，应用层定义专门针对拧紧工具状态控制的消息格式和通信流程。

3.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s2中正向通信的心跳数据在设备执行拧紧作业期间自动暂停发送以减少网络负载，反向通信的所有控制指令执行后均返回标准化执行确认信息或执行结果信息，实现指令全流程闭环反馈。

4.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s3中统一的消息格式采用json结构进行封装，支持跨平台序列化和反序列化，并具备版本标识字段以实现协议的向后兼容。

5.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s5中针对不同消息类型配置专属传输规则，包括心跳通信的重传规则与超时判定标准、拧紧结果数据的发送规则与重试机制以及通信链路中断后的自动重连和历史消息补发处理机制。

6.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s6中将紧急锁定、解锁类急停命令配置为qos2级别以实现零丢失的最高可靠传输，常规控制指令与拧紧结果数据配置为qos1级别以保证数据至少一次送达，实时拧紧数据流与心跳数据配置为qos0级别，优先保障传输低延迟，允许数据适度丢失。

7.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述s7中mqtt主题采用项目标识与设备标识的层级化命名规则，形成设备数据上传主题、控制指令下发主题、实时数据流主题、设备状态主题和系统广播主题五类标准主题，实现消息路由与权限隔离。

8.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述通信协议具备设备异常自动检测与上报机制，异常发生时立即触发上报流程，并根据异常等级执行设备锁定、现场提示、状态记录与维护通知，保障作业安全与数据可追溯。

9.根据权利要求1所述的一种应用于拧紧工具状态控制的通信协议，其特征在于，所述通信协议设置协议适配层，支持外部协议解析与转换，实现多厂商拧紧工具的统一接入、统一状态监控、统一参数配置与统一防错控制。