焊管生產線精整傳輸系統自動化控制

閆 哲

（寶雞石油鋼管有限責任公司輸送管公司，陜西 寶雞721008）

焊管生產線精整傳輸系統自動化控制

閆 哲

（寶雞石油鋼管有限責任公司輸送管公司，陜西 寶雞721008）

為了提高焊管生產線精整傳輸系統的傳輸效率，保證傳輸過程的安全性，以S7－300PLC為控制核心，以橫移小車和傳輸輥道為主要控制對象，以西門子SINAMICS G120變頻器為執行機構，設計了精整傳輸自動化控制系統。介紹了該精整傳輸自動化控制系統的主要組成、通訊方式及控制原理。該自動控制系統基于S7－300PLC可編程控制器、G120變頻器和網絡技術對生產線的各傳輸設備以及其他單機系統/設備進行聯動控制，并結合信息化系統實現了生產線上焊管的自動傳輸，提高了傳輸效率，降低了生產成本。

鋼管；精整；自動化傳輸系統；橫移小車；傳輸輥道；可編程控制器；變頻器；MES

1 精整傳輸自動化控制系統介紹

焊管生產線精整傳輸自動化控制系統是以S7－300PLC為控制核心，以橫移小車和傳輸輥道為主要控制對象，西門子變頻器SINAMICS G120（以下簡稱G120變頻器）作為執行機構，依據生產工藝要求和所提供的環境介質條件，綜合考慮管理效率、安全、成本，將自動化控制區域劃分為一級主站、二級主站、從站（操作臺）和變頻器4個控制區，分區域進行控制的傳輸系統。分區主控站、二級控制站、控制從站之間通過Profibus DP總線連接。精整傳輸線中無人員操作的控制區域，可以實現自動控制，同時設置半自動及手動控制功能，可進行人為干預。對于有人員操作的設備或區域，考慮到操作人員的安全問題，進行半自動和手動控制。

2 精整傳輸自動化控制系統主要組成

2.1 西門子S7－300PLC可編程控制器

S7－300PLC是模塊化中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可滿足中等性能要求的應用[1]。其模塊化結構設計使得各單獨模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。S7－300PLC的大量功能能夠支持用戶進行編程和維護[2-3]。

2.2 西門子G120變頻器

西門子SINAMICS G120系列變頻器具有強大的通訊功能，能和多個設備之間進行通訊。用戶可以方便地監控變頻器的運行狀態并修改參數。G120系列的核心是控制單元，用戶通過設定控制單元的參數來實現變頻器的正常運行[4]。用戶在使用G120變頻器時，可以通過Profinet、Profibus或Profidrive進行通訊，使得操作更加簡單并減少了接口數量[5]。

2.3 Profibus DP通訊

Profibus DP是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準[2]。Profibus DP傳送速度在 9.6 kbaud~12 Mbaud。Profibus是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術[6]。主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、驅動器、執行機構等設備，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站負責總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設備生產工藝控制程序均儲存在主站PLC中，并由主站執行。

3 精整傳輸自動化控制系統通訊

精整傳輸自動化控制系統分區控制通訊如圖1所示。

圖1 精整傳輸自動化控制系統分區控制通訊圖

3.1 一級主站

一級主站的工作界面如圖2所示。主控站（一級主站）主要功能是在人機界面上根據鋼管規格選擇運行方式、輥道傳輸速度、旋轉輥運行速度等參數。然后由主站PLC通過系統編程發送給二級主站PLC，二級主站執行完后反饋實際運行數據給主站，并在主站觸摸屏上顯示。

圖2 一級主站的工作界面

3.2 二級主站

二級主站PLC存儲輥道、小車、旋轉輥、接翻管器等邏輯程序，并根據從一級主站接收到的頻率值發送給變頻器控制字，由變頻器以給定的頻率驅動電機運行。運行過程中變頻器返回狀態字給二級主站PLC實際運行頻率。二級主站還可監控傳感器I/O點信號，為故障判斷提供依據。

3.3 主站關系

四個一級主站之間分區域控制二級主站，主站之間通過Profibus DP總線進行信號交接，實現不同主站之間的邏輯聯系，在流程上避免了傳輸當中的混亂。

4 精整傳輸自動化控制系統的控制原理

精整傳輸自動化控制的對象主要是運管小車和傳輸輥道。PLC通過寫好的程序計算出變頻器的動作后，由Profibus DP通訊協議發送啟動、停止、正轉、反轉等控制指令給變頻器，然后變頻器返回狀態字并從觸摸屏界面顯示實時電機轉速、頻率值等相關數據。運管小車的控制主要由PLC發送指令到小車變頻器，然后通過編碼器反饋脈沖值給PLC進行比較，并自動定位。傳輸輥道的控制主要由PLC發送給變頻器正反轉指令，通過傳感器檢測信號給PLC經過計算實現對中、減速等邏輯功能。運管小車及其傳輸輥道的PLC邏輯控制具體操作如下。

4.1 輥道控制

輥道控制的重點在于如何進行對中，避免因鋼管錯位導致鋼管掉落。傳輸輥道控制過程界面如圖3所示。輥道控制主要依靠4個對中傳感器，其中對中傳感器1和對中傳感器2距離固定記為S1，從管頭到達傳感器1開始計時，到達傳感器2計時結束記為T1，則鋼管運行速度v=S1/T1；管頭到達傳感器2，管位到管尾離開傳感器1記為T2，則管長S=vT2+S1。因傳感器1至小車中心點的距離固定記為S2。則S/2v≥S2/v時對中完成，變頻器停止輸出，輥道停止。

圖3 傳輸輥道控制過程界面

4.2 小車控制

小車動作主要有取管、送管、倒管，將管位程序中編碼器固定值和小車電機編碼器脈沖值進行對比，結合其他邏輯關系，實現小車自動前進后退，自動取管、送管、倒管等動作。為保證安全，小車在運行過程中與其他在線設備有信號交接，避免鋼管在工位上處理時，小車對鋼管進行搬運造成的人員、設備損傷。

結合信息化MES系統、管號識別RFID技術，可以將管號、主機設備檢測等數據自動上傳至MES系統，通過信息化與自動化的結合，減少了人工干預提高了工作效率[7-12]。后期還將對部分主機設備進行自動化、智能化改造，傳輸系統還可根據主機設備檢測結果自動進行判斷，選擇最合理的傳輸路徑，實現智能化傳輸。

5 結 論

（1）通過該自動化控制系統，相對于原來的斜臂條—輥道—翻管器傳送的繼電器控制系統在傳輸安全性上大大提高，同時減少了人為干預，減少了鋼管傳輸過程中的安全風險，傳輸的效率明顯增強。

（2）通過該自動化控制系統，相對于原來的斜臂條—輥道—翻管器傳送在噪音防治中有明顯的效果，減少了鋼管在傳輸過程中的碰撞帶來的噪音，同時也減少了產品的劃傷，提高了產品質量。

（3）相對于原來的控制系統，該自動化控制系統使用Profibus DP通訊并有以太網接口，能很好地和主機設備進行數據交換，為以后的信息化智能化打下了基礎。

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Finishing Transmission Automatic Control System Introduction for Steel Pipe Manufacturing Enterprise

YAN Zhe
（Baoji Petroleum Linepipe Company of BSG Group,Baoji 721008,Shaanxi,China）

In order to improve the transmission efficiency of welded pipe production line finishing transmission system,and ensure the safety in the process of transmission,the finishing transmission automation control system was designed.This system was with S7-300PLC as control core,the cross travelling trolley and transmission roller as the main control objects,with Siemens SINAMICS G120 inverter as actuators.In this article,it introduced the main composition,communication mode and control principle of the precision transmission automatic control system.This system conducted coordinated control to S7-300PLC progammble controller，G120 inverter and the transmission equipment of production line and other single machine system/equipment,combined with the information system realized automatic transmission of steel pipe on the production line,improved transmission efficiency and reduced production cost.

steel pipe； finishing； automatic transmission system； transverse car； transmission roller； PLC； cinverter； MES

TE905

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.09.007

閆 哲（1988—），男，畢業于西安石油大學，主要從事電氣設備和信息化維護工作。

2017-05-18

修改稿收稿日期：2017-07-27

編輯：汪翰云