數據跟蹤系統在鋼管水壓試驗機中的應用

宋小平

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 前言

鋼管水壓試驗機大多數配置鋼管粗測長功能，鋼管進行水壓試驗之前，操作人員可以獲取鋼管的粗長度值并依照順序記錄測量結果，為調整后梁位置做準備。如果鋼管的生產量較小，操作人員可以按照這種模式來完成水壓試驗。如果待試壓的鋼管生產量大，則人工記錄鋼管長度數據的方式難免會產生問題數據，而問題數據會導致生產效率降低、重復工作幾率增加，甚至引發設備及人身安全等重大事故。另外，隨著設備自動化趨勢的發展需求，人工參與成分勢必會大幅減少。如果取消人工記錄鋼管長度數據的工作，那么一旦當前鋼管進入入料輥道完成粗測量長度后，系統在完成此鋼管水壓試驗之前不能再接受后續鋼管的進入，系統無法將進入設備的每根鋼管與其長度值一一對應。當鋼管進行水壓試驗前，系統無法提取出對應此鋼管的長度值，為后梁位置的調整造成了阻礙，并且極大地影響生產效率。鑒于此，本文提出數據跟蹤系統，該跟蹤系統保證鋼管經粗測量后進入入料輥道，鋼管長度值在此鋼管完成水壓試驗前始終有序地保存在系統中，而且當對下一根鋼管進行水壓試驗前，系統可以準確無誤的取出此鋼管對應的長度值來完成后梁位置的實時調整。

1 鋼管水壓試驗設備

鋼管水壓試驗設備是焊管生產線中用于鋼管焊縫質量檢查工序中重要的設備之一。其主要功能是將鋼管經步進橫移裝置移至試壓工位，使鋼管在密封狀態下充滿液態水，并借助增壓系統向密封的鋼管內部注射高壓水，使鋼管內部的壓力達到設定的試驗壓力值要求后保持一段時間。如果在保持過程中，鋼管內壓力有波動，但是仍然在要求壓力范圍內，當達到設定的保持時間后則視為試驗成功，否則視為試驗失敗[1,2]。如圖1所示，鋼管水壓試驗設備由入口輥道、沖洗輥道、步進橫移裝置、出口輥道、前梁裝置、后梁裝置及配套水、液壓、電氣系統組成。鋼管移至試壓工位之前，需要將圖1中后梁裝置調整到滿足鋼管長度的位置，從而可以將該長度的鋼管順利移至試壓工位，進行水壓試驗。為了固定后梁的位置，在水壓試驗機前梁與后梁之間的上下拉力梁的后梁位置處，設有5組插銷孔，每一個插銷孔對應鋼管的一個長度值范圍。根據鋼管的長度將后梁移動到相應的插銷孔處，將插銷插入鎖定，從而使得后梁裝置牢牢的固定在合適的位置。系統在入口輥道處設有鋼管粗測量功能，在鋼管進入試壓工位之前，后梁裝置可以根據當前測量數值進行位置調整，以便使試壓工位的尺寸能夠滿足即將進行試壓的鋼管。

圖1 鋼管水壓試驗設備組成

2 跟蹤系統方法

鋼管水壓試驗機數據跟蹤系統由鋼管測長系統、鋼管來料檢測系統、測量數據存儲系統、測量數據排序處理系統及測量數據排列顯示系統組成。鋼管測長系統主要完成對鋼管長度的測量功能；鋼管來料檢測系統主要用于實時檢測鋼管是否進入設備中；測量數據存儲系統主要將測量后的鋼管長度數據保存到系統中；測量數據排序處理系統主要用于將經長度測量后的鋼管按照進入設備的時間點進行有序地排列，同時會將試驗結束的鋼管長度數據刪除；測量數據排列顯示系統用于實時顯示當前已進入設備中且未完成水壓試驗的每根鋼管相應的長度測量值。鋼管水壓試驗機數據跟蹤系統的應用保證了鋼管經粗測量進入入料輥道后，鋼管長度值在此鋼管完成水壓試驗前始終有序地保存在系統中，而且當對下一根鋼管進行水壓試驗前，系統可以正確無誤的取出此鋼管對應的長度值來完成后梁位置的實時調整。鋼管水壓試驗機的數據跟蹤系統采用了PLC、HMI技術[3,6]、C++[7,9]和數據庫技術[10,14]。

2.1 工作原理

跟蹤系統處理鋼管數據存儲隊列的觸發事件圖，如圖2所示。數據跟蹤系統的任務主要包括鋼管長度數據的存儲、取出、刪除和更新；當鋼管依次經過入口輥道時，系統將測量的鋼管長度值按照“先進先出”隊列的方式存儲到系統中[15]；當試壓工位的鋼管完成水壓試驗后，系統將刪除該鋼管的長度值，同時按照刪除后的鋼管順序更新當前隊列中的數據；當鋼管在沖洗工位完成沖洗后，同時試壓工位完成水壓試驗后，系統自動取出當前位于沖洗工位鋼管的長度值，用于后梁裝置位置的調整。

圖2 隊列事件觸發圖

2.2 實現方法

2.2.1 DB塊存取法

DB塊存取法主要是在系統的PLC環境下開發完成，根據某廠商PLC提供的功能指令，并結合鋼管數據跟蹤系統任務來實現鋼管長度數據的跟蹤功能。此方法可操作的存儲數據區不宜過大，對試壓后的鋼管數據要進行刪除、更新操作，所以僅適用于信息量較小、存儲量較小的數據跟蹤系統。

(1)準備工作。先準備一塊數據存儲區域，該數據存儲區域要求具有掉電保護功能，即數據的存儲不因控制器的斷電而受到影響，且存儲區域的數據預置為0；同時設計一個int型數據作為計數器，用于數據存儲隊列的索引計數器counter，其初始值為0。

(2)制定數據存儲原則。保證鋼管的長度數據在存儲隊列中按照鋼管從入口輥道進入設備區域的先后順序進行排序。根據數據的存儲原則，排在隊列中1號位置的鋼管進入設備的時刻總是較后邊的鋼管要早，所以只要水壓試驗結束，對鋼管數據隊列的更新和刪除事件結束，處于數據區1號位置的數據就是當前即將進入試壓工位的鋼管長度數據，從而根據相應的觸發信號直接從隊列中取值即可。跟蹤系統對鋼管長度數據隊列的存儲事件的操作，如圖3所示。當系統檢測到測長結束信號，計數器的數值自動增1，將該長度數據存放置在與計數器數值對應的存儲位置上。跟蹤系統對鋼管長度數據隊列的更新和刪除事件的操作如圖4所示。當系統檢測到水壓試驗結束信號，計數器的數值自動減1，同時依次用n+1號位置的數據替換n號位置的數據，這樣在試壓結束后，1號位置的數據被2號位置的數據所替換，1號位置的數據從系統中消失，即刪除。

圖3 鋼管數據隊列的存儲事件

圖4 鋼管數據隊列的刪除和更新事件

2.2.2數據庫存取法

數據庫存取法采用數據庫技術，并配合VC++計算機語言，只要數據庫運行正常數據就會在刪除前始終存在于數據庫中，所以對數據的操作功能非常強大。同時該方法可以為廠區的日后信息化系統建立基礎，用于接收來自企業級生產計劃的鋼管數據信息。此方法依次按照某種規約對鋼管長度數據進行存放、取出、刪除和更新，從而保證每根鋼管的長度與其一一對應。

(1)保存鋼管數據。只要檢測到測長結束信號時，系統觸發鋼管數據存儲事件，系統將測量的數據存入數據庫，并按照“保存時間”進行排序顯示，從而可以將每根進入設備并經過長度測量的鋼管，按照時間的先后順序，將鋼管及其長度值、保存時間依次保存到數據表中。

(2)隊列鋼管數據的顯示。系統設置一函數為Update Macro Track()用于跟蹤系統數據的實時顯示，只要觸發存儲或刪除事件導致數據庫內數據記錄發生變化，該函數均會被調用，調用后隊列內的數據會按照保存時間的順序顯示在列表框中。

(3)隊列鋼管數據的刪除。只要某個鋼管的水壓試驗結束，系統獲取列表框顯示記錄中的第一條數據信息，從而對應的在數據庫中找到該數據信息進行刪除。

3 應用結果及分析

某項目的控制系統中，設計一DB塊，用于存儲鋼管長度，并按照DB塊存取法的思路進行PLC編程，同時配合HMI技術，將進入設備的每一根鋼管進行有序排列，并顯示每根鋼管對應的長度測量值。如圖5所示，操作人員可以清楚的看到在鋼管進入設備前后或水壓試驗前后鋼管數據跟蹤表的對比情況。由于本方法無法處理鋼管的ID信息，所以鋼管ID無法顯示，僅按照鋼管進入設備的時間順序顯示。按照數據庫存取法設計數據庫架構并進行計算機軟件編程。如圖6所示，通過HMI顯示在鋼管進入設備或者水壓試驗前后鋼管數據跟蹤表的對比情況。兩種鋼管長度數據跟蹤系統具有不同的特點和適用范圍，但是兩者完成的功能是相同的。DB塊存取法，方法簡潔、開發容易、但是存儲數據量小、存儲信息少。數據庫存取法無論是存儲數量還是存儲內容均遠遠高于前者DB塊存取法。但是數據庫存取法要求開發者具有專業的數據庫和計算機高級語言的相關知識，所以該方法適用于規模較大或者功能要求較高的系統。此可見，兩種方法可根據不同的設備應用要求實現其相應的跟蹤系統功能。

圖5 DB塊存取法在HMI中數據跟蹤表的實時變化

圖6 數據庫塊存取法在HMI中數據跟蹤表的實時變化

4 結束語

從實際應用結果可以清楚的看出，數據跟蹤系統投入控制系統后，經粗測長后的每根鋼管長度值按照鋼管進入設備的時間依次排序，此功能保證了鋼管長度數據的準確性、可靠性，同時大大提高了生產效率，減小了生產過程中的事故率，為設備的自動化奠定基礎，將設備的性能優勢更加凸顯出來并將其發揮至最佳水平。