鋼管自動碼垛機電氣控制系統的設計

摘 要：鋼管自動碼垛機在有縫鋼管生產線中的應用，大大減輕了工人的勞動強度，提高了生產效率。本文針對鋼管自動碼垛機電氣控制系統設計中的一些難點進行分析解決。

關鍵詞：有縫鋼管生產線；自動碼垛機；單方向精確計數

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.163

0 前言

有縫鋼管在一直是國家基礎建設中大量應用的鋼材之一。然而在國內外的很多工廠中，生產鋼管的機械設備的自動化程序仍然不高，很多生產環節都依靠人工來完成，這不但勞動強度高、效率低，而且具有相當的危險性，特別是在生產線的末端碼垛打包的工作更是如此。自動碼垛機可以實現鋼管的自動碼垛、輸送、打包等一系列工作，從而極大的降低的工人的勞動強度并提高了生產效率。

1 設備的組成及功能描述

1.1 輸送上料部分

（1）上料機構：將到達設備的鋼管從輥道上移動到設備的來料收集區，由電動機驅動。（2）來料收集區：橫向移動的鏈條用于將鋼管輸送到碼垛部分并用于碼垛過程中的存料緩沖，由電動機驅動。

1.2 碼垛部分

（1）碼放機構：將一定數量的鋼管碼放到碼垛支架上，由氣缸控制。（2）碼垛架：存放已碼放好的鋼管并保持包形，可升降、可開合，由電動機控制升降，液壓控制開合。

1.3 打包及后續處理部分

1.4 液壓系統

2 控制系統

2.1 控制系統的主要硬件組成

控制器采用三菱Q系列PLC；HMI（人機界面）采用MCGS的15寸觸摸屏；三菱A800系列變頻器；PLC與HMI之間進行以太網通訊，PLC與三臺變頻器之間進行CC-LINK通訊，因為采用了比較先進的通訊方式，使得該控制系統具有快速和穩定特點，特別是對于制管車間這種電磁干擾嚴重的工業環境具有良好的穩定性。

2.2 控制的工藝要求

自動碼垛打包機作為制管機組的輔助設備，應該能夠適應機組生產的不同規格的產品。特別是對于圓管和方管在碼垛包形上的差別，應能進行靈活調整以滿足生產需求。

針對方管：方管只打矩形包裝，即只需要調整包裝的層數及每層的數量；針對圓管：圓管的包裝形式比較靈活，一般以正六邊形為主，也可包裝成矩形或不規則六邊形，因此需要可以靈活調整選擇包形、層數和每層的數量；人機交互：調整設定簡潔直觀，可實時顯示包裝形式、碼垛進度，可隨時對碼垛進度、數量進行人為調整以方便操作人員核對數量和進行不良品的剔除。

3 控制中的一些難點的解決

在設備的設計、調試與實際運行過程中，遇到了一些相對一般控制來說比較困難的問題，針對這些問題的解決在這里作簡單描述：

3.1 包形的設置

對于方管來說在包形的設置上相對比較簡單，只需要總層數（floors）和每層數量（amount）兩個參數就可確定一種包形；但對于圓管來說則可能比較麻煩，因為對于六邊形包的每相鄰層的數量都是不同的，若要分別設置則參數數量就和層數成正比，既不易于設置也不易于參數配方的保存。針對此種情況和對包形的分析，采用了中間層根數、下層層數和上層層數三個參數來確定圓管打六邊形包的包形：當中間層的數量確定后，每向上（向下）一層數量就減少一根，因此只憑此三個參數就足夠確定包形和包內鋼管的總數量，并能通過當前的層數來確定該層應存放的鋼管數量。

通過上述算法，只需要保存三個參數就可以確定一個正六邊形或不規則六邊形的包形，這樣大大簡化了對包形的設置過程，便于工人操作；同時也減少了保存參數所需的存儲空間，便于制作配方進行數據保存，使控制程序的實現更容易也更具有通用性；用于統計設置包形的鋼管總根數的計數程序為HMI內部的腳本程序，用此種編程方式可以減少PLC的程序量、同時減少了HMI與PLC之間的通訊負擔，有利于簡化調試過程提高工作效率。

3.2 對鋼管的精確計數

在實際調試運行過程中，遇到了對于來管計數不準確的問題，常常會因為發現不及時而出現一層的鋼管數量不符合設定要求的情況而影響工作效率。經過分析發現導致計數不準確的原因主要為對鋼管的檢測不穩定。若采用光電傳感器檢測，初期效果較理想，但由于鋼管上流下的乳化液會污染傳感器的感光面，加上環境粉塵等影響會使光電傳感器很快出現不能穩定檢測的情況，需要定期清理維護；若采用接近傳感器能解決污染問題，但又會由于檢測距離不如光電傳感器長，當鋼管出現跳動或在計數傳感器附近前后擺動的情況時會出現重復計數的現象。

為了降低設備維護的頻率，我們選擇了使用接近傳感器來作為計數檢測的傳感器。針對接近傳感器計數容易產生重復計數的現象，我們對計數檢測的方式和方法進行了改進。通過改變傳感器的安裝形式和相應的檢測程序，實現了穩定可靠的精確檢測。具體的做法是：

（1）增加傳感器數量：將原來的用一個接近傳感器進行計數檢測改為兩個；兩個傳感器順著來管方向依次安裝，相距大概為所檢測最大管徑，這樣當鋼管移向碼垛裝置過程中會依次經過兩個傳感器，這樣即使鋼管在經過計數傳感器時發生了抖動，但同一時間內不會在兩個傳感器的檢測范圍內發生。這樣再通過程序上的處理就可以實現對抖動的過濾。（2）計數程序的設計：由于鋼管會依次經過兩個計數傳感器，會依次產生兩個檢測信號。這樣利用第一次檢測信號的上升沿對一個中間位進行置位，再利用第二次檢測信號的上升沿對已經置位的中間位進行復位，最后利用中間位的下降沿來做計數。利用此方法可以很好的過濾掉意外抖動導致的錯誤計數。

4 結束語

經過上述的改進，使自動碼垛機的運行更加平穩，減少故障的發生，極大的提高了設備的作業率，提高了生產水平，減輕了工人的勞動強度。

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作者簡介：張洪亮（1985-），男，本科，主要從事非標機械設備電氣設計工作。