基于PLC的全自動車絲機控制系統設計

陸晴 儲健

摘要：本文主要介紹了以s7-200PLC為控制核心的車絲機的控制系統，對車絲機的工作原理進行了簡單的闡述，利用MCGS監控軟件對車絲的工作過程進行監控。本系統的車絲機機床具有車絲范圍廣，精度高等特點。

關鍵詞：PLC；變頻器；數控機床；MCGS；

1引言

由于石油鉆采業的發展和各油田地質條件的特殊性,油田對石油套管提出很多新要求,促使生產企業進行技術改造和新產品開發,滿足用戶要求。本系統車絲機機采用管體固定不動，刀盤上的刀具在圍繞管體旋轉的同時，作X軸(徑向)和Z軸(軸向)兩個方向運動的加工方式。具有車絲范圍廣，精度高的特點。

基金支持：天津職業技術師范大學科研發展基金項目（KJ11-24）。

2 車絲機工作原理

本機床由一臺s7—200PLC(224),一臺PC機（用MCGS作為監控軟件）,兩臺MR-J2S三菱伺服電機,兩臺變頻器，兩個高精度（3600轉）編碼器和自己開發的頻率調制板組成控制核心，其能車20種4分到四寸鋼管，包括了英標和美標規定的從4分到4寸的所有鋼管。

本系統采用縱向主動橫向隨動的控制方式。軸向電機，也就是主軸電機由西門子的變頻器控制，橫向電機由MR-J2S三菱伺服電機控制。權衡了車絲的精度和效率后，最終確定的變頻器的建議工作頻率如下表2-1所示：（建議的頻率是根據理論計算的值，用戶可以根據實際的工作需要進行略微的更改）

表2-1變頻器的建議工作頻率

規格(inch) 外徑(in) 外徑(mm) 空刀量(mm) 羅紋長(in) 切削速度(m/min) 赫茲數(hz) 減速比 主軸轉速(rpm 螺距(in) 螺距(mm)

0.5 0.8 21 45 0.782 33.5 150 6 500 0.071 1.81

0.75 1.1 27 45 0.794 39.08 140 6 467 0.071 1.81

1 1.3 33 45 0.985 39.85 114 6 380 0.087 2.21

1.25 1.7 42 45 1.009 39.72 90 6 300 0.087 2.21

1.5 1.9 48 45 1.025 39.4 78 6 260 0.087 2.21

2 2.4 60 45 1.582 39.78 63 6 210 0.087 2.21

2.5 2.9 73 45 1.571 39.75 52 6 173 0.125 3.18

3 3.5 89 45 1.634 39.55 43 6 142 0.125 3.18

3.5 4 102 45 1.684 39.88 38 6 125 0.125 3.18

本系統通過MCGS監控軟件操作員可以通過屏幕觀察到實時在線運行情況，得到系統的診斷和報警信息，進而調整一系列的加工參數，大大加強了人機交流，更加有利于車絲機的正常運行。如在加工時，在手動控制畫面中（如圖2-1），能監視到左右主軸的建議轉速及實際轉速，以及所車的管徑及牙數。

圖2-1全自動車絲機手動控制畫面

3 車絲機工作流程

（1）窗口的選擇

本車絲機床車絲共分為三個部分，首先是車絲前的準備快進部分。根據鋼管廠的實際工作方式，一般情況下，鋼管廠會在一段時間里車同一個同一種鋼管，所以在每一次換鋼管以前都要做以下工作，

在如下的窗口選擇鋼管標準

在如下的窗口進入管徑和牙數的選擇界面

在如下的窗口選擇管徑和牙數

（2）車絲工序

做了以上幾步也就做完了準備工作，進入真正的車絲工序，

在實際的車絲過程中，可將車絲分為四個過程1、快進；2、慢進1；3、慢進2；4、快退 。

快進是為了提高效率和給車不同的鋼管留余量而留的，這步完全是由PLC的包絡表發出告訴脈沖指令來控制；慢進1，也就是車絲的核心部分，它是在確定主軸的轉速以后，由高精度編碼器檢測主軸電機的轉速，然后根據鋼管牙數的不同選擇分頻比例，經過自制的分頻器進行一定分頻后，再送給伺服電機，組成一個主從系統，也就是說，橫向電機隨著軸向電機運動，這樣即能保證車絲的精度，又能保證車絲的效率；慢進2，也就是車絲的張刀部分，由于車絲后的鋼管要和螺母連接到一起，所以車的鋼管不能是剃頭的，這就決定了在車完絲以后還有一個邊車絲邊張刀的過程；快退是為下一次車絲做準備，由于本系統是數控系統，為了保證車絲的精度，要求如下關系：快退的行程=快進行程+慢進1行程+慢進2行程。在多次實驗后發現，這完全能實現本車絲機的技術指標，但是，為了防止編碼器等數控器件有誤差，所以又加了位控系統，也就是說，在每一次快退以后，還有一個找零的過程，這樣就保證了車絲的精度。

4 總結

車絲機通過幾年的生產運行,證明控制系統能滿足工藝要求,而且它本身具有很高的可靠性。現對其進行分析研究,將提高對車絲機的理解掌握程度,使它發揮出更大的作用,同時也對其它類似數控設備的了解帶來幫助。

參考文獻

[1]畢承恩.現代數控機床.機械工業出版社.1993.

[2]溫宏偉.套管車絲機控制系統分析.焊管.第22卷第二期.1993.

[3]陳國彬.宋立軍.李傳廣.陳喬.管體車絲機工具系統分析.工具技術.第3期.2006.

[4]吳則中.新型數控管螺紋自動機床和管接箍車絲機床.石油機械.第28卷第二期.2000.

[5]張立.加工高質量絲扣的數控車絲機.科技動態.(75).

作者簡介：陸晴，（1987-），女，漢，天津，天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院，學生，研究生；儲健，（1961-），男，漢，天津，天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院，教授，碩士

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。