鋼管公端磷化裝置自動控制系統的應用

菅宸龍，唐濱（天津賽瑞機器設備有限公司，天津300301）

鋼管公端磷化裝置自動控制系統的應用

菅宸龍，唐濱（天津賽瑞機器設備有限公司，天津300301）

[摘要]針對傳統磷化設備人工操作效率低的問題，設計了一種以可編程控制器（PLC）為控制核心的鋼管公端磷化裝置控制系統。該系統操作簡單，實現了對公端磷化設備的自動控制，提高了工作效率，取得了較高的經濟效益。

[關鍵詞]磷化設備；可編程控制器；自動控制；系統；應用

1　引言

公端磷化設備可實現對無縫鋼管管端磷化產生磷化膜，在一定程度上防止金屬被腐蝕和提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。傳統磷化裝置需操作人員手動進行操作。本文設計了一種以SIMENS可編程控制器為控制核心，結合現場傳感器，通過西門子STEP7軟件進行編程的控制系統[1-2]，以實現對公端磷化設備進行自動控制。

2　磷化裝置組成及工作過程

2.1磷化裝置組成

磷化裝置由鏈床、電磁鐵、托起裝置、擺動托輥、脫脂槽、水洗槽、表調槽、磷化槽、室溫水洗槽、熱水槽、出口斜臺架、控水裝置組成。

2.2磷化裝置工作過程

鋼管在鏈床上隨鏈條前進。前進至脫脂工位，托起裝置和擺動托輥將鋼管一端抬起，另一端浸入脫脂槽內；脫脂完成后，將鋼管緩慢降低，重新放回鏈床，繼續前進至下一個工位。整個循環包括：脫脂→水洗→表調→磷化→室溫水洗→熱水洗6個過程。磷化整個循環完成后，鋼管滾入出口斜臺架。接到來管信號，控水裝置一端的液壓缸將空水支架抬起，空水支架支撐住斜臺架上的鋼管，慢慢升起，形成3°斜角，空出鋼管中殘留積水。

3　控制系統組成及原理

3.1系統組成

公端磷化裝置控制系統由基礎自動化控制系統以及計算機控制系統組成。基礎控制系統是基于Profibus-DP總線的CPU控制[2]，主要實現快速控制以及工藝的連鎖。計算機控制系統由HMI等外設組成，主要用于工藝參數的管理、保存和現場監控。整套磷化設備控制系統包括PLC、變頻器、現場傳感器、HMI，如圖1所示。

圖1　磷化設備控制系統組成圖

3.2 PLC在控制系統中的應用

3.2.1 PLC系統組成

PLC控制系統采用西門子S7-300系列PLC，CPU型號為CPU315-2DP,并配備16路數字量輸入模塊，16路數字量輸出模塊以及8路模擬量輸入模塊[3]。其中數字量輸入模塊用于采集現場傳感器、啟動停止、急停、報警等輸入信號；輸出模塊用于驅動鏈床、擺動托輥等現場設備。模擬量輸入模塊用于采集水槽內測溫元件反饋的模擬量信號。

3.2.2控制系統程序

該控制系統利用Step7軟件進行程序的開發，采用模塊化設計，主要由主程序、上料控制子程序、加工工藝控制子程序、出料控制子程序4個模塊組成。程序模塊主要功能如下：（1）主程序：實現子程序調用；（2）上料控制子程序：控制鏈床將鋼管送至指定工位；（3）加工工藝控制子程序：實現對鋼管公端進行磷化加工；（4）出料控制子程序：實現將加工完成的鋼管運送離開設備，系統控制流程見圖2。

圖2　系統控制流程圖

如圖2所示，鋼管進入鏈床后安裝在鏈床旋轉軸上的上料傳感器會發生感應，并發出信號給PLC。PLC采集到信號并根據圖3程序中計數器設置的參數，以控制進料鋼管的數量。當數量達到設定值時，鏈床停止運行，PLC控制托起裝置與擺動托輥運行，將鋼管公端浸入加工槽內進行加工，待到規定時間后，將鋼管放回鏈床，此時PLC檢測到現場傳感器發出的托起裝置回歸原位的信號，控制鏈床繼續運行，將鋼管運送至二號加工槽待料位，同時將新的鋼管運送至一號加工槽待料位。如此反復循環運行，每根鋼管需經過6次加工，整個加工過程完成。

圖3　部分程序梯形圖

3.3計算機控制系統

磷化裝置的計算機控制系統由西門子TP700HMI組成，根據磷化工藝要求，在HMI上具有鋼管數量設定、加工工藝時間設定以及檢測元件的監控等功能。磷化裝置每次需上料的鋼管數量以及加工時間在HMI上進行設置。按照現場加工槽的尺寸，每個加工槽一次可對3根鋼管進行加工，加工時間不少于5 min，這樣才能保證鋼管管端產生磷化膜，從而在一定程度上防止金屬被腐蝕和提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。HMI可對現場加工槽內溫度、加工完成鋼管數量進行監控，以便操作人員更好地了解情況。

4　小結

為改善傳統磷化裝置人員操作時的不利條件，本文介紹了一種以可編程控制器（PLC）為控制核心的鋼管公端磷化裝置控制系統，該控制系統操作簡便，實現了對該裝置的自動化控制，大大提高了工作效率。目前該控制系統現已得到成功應用，取得了良好的經濟效益。

參考文獻

[1]王東.椎630穿孔機控制系統[J].機械工程與自動化，2013（5）：143.

[2]張運剛，宋小春.西門子STEP7[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3]柴瑞娟，陳海霞.西門子PLC編程技術及工程應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

ApplicationofAutom aticControlSystem forPipeM ale-end PhosphorizingEquipm ent

JIAN Chen-longand TANG Bin
(Tianjin SERIMachinery EquipmentCo.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractAiming atthe problem oflow efficiency due to manualoperation attraditionalphosphorizing equipment, the authors designed a control system for pipe male -end phosphorizing equipment with programmablelogiccontroller (PLC)asthe controlcore.Easily operated,thesaid system achieved automatic controlover male-end phosphorizing equipment,improved working efficiency and obtained high economic benefits.

Key wordssteelpipe;phosphorizingequipment;programmablecontroller;automaticcontrol;system;application

作者簡介：菅宸龍（1988—），男，本科，主要從事冶金設備自動化方面的研究工作。

收稿日期：2014-08-14修回日期：2014-09-02