鋼管生產線的自動控制傳輸技術研究

蘇安徽

（天津騰飛鋼管有限公司，天津300300）

0 引言

由于一次化石能源（如天然氣、石油）長途運輸的需要，各種鋼管的需求量大幅攀升，而這需要強大的鋼管生產線做保障。

鋼管生產線中重要而繁雜的一環是鋼管傳輸，該環節實現自動控制將能有效降低人工成本、節省工作時間，并提高整條生產線的生產效率，是國內外各鋼管制造廠共同追求的目標。

1 鋼管傳輸的控制要求

1.1 概述

鋼管生產線中的鋼管傳輸，就是將成型機生產出的管子通過輥道、橫移運管車、旋轉輥、接翻管器等運到預焊機、內焊機、外焊機、X光檢驗設備、擴徑機、水壓機、平頭機等主機和修補崗位的設備。不同類型鋼管的具體傳輸流程、道數有所不同（直縫埋弧管約有70個傳輸節點），這里不一一列舉。

在實際生產中，各傳輸設備的動作要求、聯鎖關系應符合《傳輸設備工藝要求說明書》，自動控制的設計也應基于該《說明書》。

1.2 工作模式和傳輸動作定義

綜合考慮鋼管傳輸作業的各種可能環境，自動控制系統應具備3種工作模式：（1）點動。在此模式下，只要按住按鈕就驅動設備運行，而不考慮互鎖關系。此模式主要用于故障和設備檢修。（2）手動。能在考慮互鎖關系的基礎上自行完成一個單步動作。此模式主要用于生產線測試或初始條件變化的情形。（3）自動。在這種模式下只要初始條件滿足，所有流程將自主運行。

1.3 操作臺布置結構

鋼管生產線自動控制傳輸系統需要利用一系列傳感器、編碼器、變頻器等元件組成操作臺。關于操作臺的布置，應遵循以下原則：（1）根據不同生產范圍設置分區主操作臺，根據不同位點設置工位操作臺。一個分區主操作臺控制若干個工位操作臺。各分區操作臺通過有線或無線鏈接與總控聯系，并在總控授權下工作。（2）各傳輸設備根據操作臺命令進行操作，并將實時情況進行反饋，有異常出現時，應優先停機，及時報警。（3）變頻器參數設定、傳感器故障檢測以及異常發信應在分區主操作臺進行（通過觸摸屏）。

2 自動控制傳輸的硬件實現

2.1 硬件架構

根據目前主流設計，一般以西門子S7系列可編程控制器作為核心控制部分，以Profibus－DP總線作為通訊總線，以先進的變頻器作為驅動元件。

2.2 主要節點的實現方式

主要節點指鋼管自動對中、管端對齊、接翻管實現、接翻旋轉實現、升降旋轉實現、橫移等，限于篇幅，這里僅選部分進行討論。

（1）鋼管自動對中。該環節的目的是保證鋼管軸線中心位置與臺架中心位置重合，以便于橫移運管車運行鋼管。其基本配置需兩個傳感器（S1、S2）和一個編碼器（EN），如圖1所示。

圖1 鋼管自動對中的實現

設鋼管長度區間為（x1，x2），則S1、S2以及EN的位置應滿足式（1）：

（2）接管實現。該環節的目的是平穩接收橫移運管車運到輥道上的鋼管，不碰壞輥道和鋼管。

（3）橫移運管實現。需用到8個傳感器和1個編碼器，具體如圖2所示。其中，Sp感知有管；SL、SR與地面雙撞尺組成小車初始位置；Sel、Se2檢測橫移運管車限位；EN檢測小車行程；Su為高位檢測，Sd為低位檢測。

圖2 橫移運管實現

3 自動控制傳輸的軟件實現

軟件需實現的主要功能包括：（1）故障信息，指PLC系統HMI上對于運輸過程中的故障實施即時顯示；（2）過程監控，指對鋼管輸送動作及過程進行監控，包括變頻器故障、輥道運轉、橫移運管車、旋轉輥、液壓站等；（3）完成傳輸動作，指系統軟件運行必須是可靠、安全的，并具有很好的魯棒性。

自動控制傳輸軟件是一個體系，應包含系統初始化程序、主程序、子程序、中斷程序、故障應急措施和輔助程序等項目。程序編制時，首先根據控制系統的總體要求，確定程序的基本框架，勾勒出控制流程圖。鑒于本項目具有很強的邏輯性，因此程序應建立在嚴密邏輯、順序控制的基礎上。限于篇幅，文章不一一列示各環節的軟件流程，僅就橫移車倒管工作進行流程展示（圖3）。

圖3 倒管流程圖

另外，軟件抗干擾措施主要為定時監控、冗余處理和數據輸入／輸出的濾波處理。

4 結語

鋼管生產線作業范圍大，涉及鋼管傳輸的環節多，開發自動傳輸控制技術將能有效提升生產效率、優化生產流程并保證人身和設備的安全。文章從整體上對自動傳輸控制技術做了闡述，但限于篇幅，有些地方未能詳盡，將在生產實踐中不斷予以充實、精簡。

［1］張艷紅.鋼管生產線自動控制傳輸系統設計研究［J］.科協論壇，2013：26（1）：22－24.

［2］張欽軍.鋼管生產線自動控制傳輸系統研究［J］.中國高新技術企業，2012：42（1）：17－20.

［3］蒲建學.鋼管生產線自動控制傳輸系統設計［D］.西安：西安科技大學，2013.