焊管生產(chǎn)線精整傳輸系統(tǒng)自動(dòng)化控制

閆 哲

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司輸送管公司，陜西 寶雞721008）

焊管生產(chǎn)線精整傳輸系統(tǒng)自動(dòng)化控制

閆 哲

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司輸送管公司，陜西 寶雞721008）

為了提高焊管生產(chǎn)線精整傳輸系統(tǒng)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(duì)象，以西門子SINAMICS G120變頻器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)。介紹了該精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要組成、通訊方式及控制原理。該自動(dòng)控制系統(tǒng)基于S7－300PLC可編程控制器、G120變頻器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)線的各傳輸設(shè)備以及其他單機(jī)系統(tǒng)/設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，并結(jié)合信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線上焊管的自動(dòng)傳輸，提高了傳輸效率，降低了生產(chǎn)成本。

鋼管；精整；自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)；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(dòng)化控制系統(tǒng)介紹

焊管生產(chǎn)線精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(duì)象，西門子變頻器SINAMICS G120（以下簡(jiǎn)稱G120變頻器）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，依據(jù)生產(chǎn)工藝要求和所提供的環(huán)境介質(zhì)條件，綜合考慮管理效率、安全、成本，將自動(dòng)化控制區(qū)域劃分為一級(jí)主站、二級(jí)主站、從站（操作臺(tái)）和變頻器4個(gè)控制區(qū)，分區(qū)域進(jìn)行控制的傳輸系統(tǒng)。分區(qū)主控站、二級(jí)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(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)設(shè)置半自動(dòng)及手動(dòng)控制功能，可進(jìn)行人為干預(yù)。對(duì)于有人員操作的設(shè)備或區(qū)域，考慮到操作人員的安全問題，進(jìn)行半自動(dòng)和手動(dòng)控制。

2 精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(dú)立的，可滿足中等性能要求的應(yīng)用[1]。其模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得各單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。S7－300PLC的大量功能能夠支持用戶進(jìn)行編程和維護(hù)[2-3]。

2.2 西門子G120變頻器

西門子SINAMICS G120系列變頻器具有強(qiáng)大的通訊功能，能和多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通訊。用戶可以方便地監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)并修改參數(shù)。G120系列的核心是控制單元，用戶通過設(shè)定控制單元的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)變頻器的正常運(yùn)行[4]。用戶在使用G120變頻器時(shí)，可以通過Profinet、Profibus或Profidrive進(jìn)行通訊，使得操作更加簡(jiǎn)單并減少了接口數(shù)量[5]。

2.3 Profibus DP通訊

Profibus DP是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)[2]。Profibus DP傳送速度在 9.6 kbaud~12 Mbaud。Profibus是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[6]。主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序均儲(chǔ)存在主站PLC中，并由主站執(zhí)行。

3 精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)通訊

精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)分區(qū)控制通訊如圖1所示。

圖1 精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)分區(qū)控制通訊圖

3.1 一級(jí)主站

一級(jí)主站的工作界面如圖2所示。主控站（一級(jí)主站）主要功能是在人機(jī)界面上根據(jù)鋼管規(guī)格選擇運(yùn)行方式、輥道傳輸速度、旋轉(zhuǎn)輥運(yùn)行速度等參數(shù)。然后由主站PLC通過系統(tǒng)編程發(fā)送給二級(jí)主站PLC，二級(jí)主站執(zhí)行完后反饋實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)給主站，并在主站觸摸屏上顯示。

圖2 一級(jí)主站的工作界面

3.2 二級(jí)主站

二級(jí)主站PLC存儲(chǔ)輥道、小車、旋轉(zhuǎn)輥、接翻管器等邏輯程序，并根據(jù)從一級(jí)主站接收到的頻率值發(fā)送給變頻器控制字，由變頻器以給定的頻率驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。運(yùn)行過程中變頻器返回狀態(tài)字給二級(jí)主站PLC實(shí)際運(yùn)行頻率。二級(jí)主站還可監(jiān)控傳感器I/O點(diǎn)信號(hào)，為故障判斷提供依據(jù)。

3.3 主站關(guān)系

四個(gè)一級(jí)主站之間分區(qū)域控制二級(jí)主站，主站之間通過Profibus DP總線進(jìn)行信號(hào)交接，實(shí)現(xiàn)不同主站之間的邏輯聯(lián)系，在流程上避免了傳輸當(dāng)中的混亂。

4 精整傳輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制原理

精整傳輸自動(dòng)化控制的對(duì)象主要是運(yùn)管小車和傳輸輥道。PLC通過寫好的程序計(jì)算出變頻器的動(dòng)作后，由Profibus DP通訊協(xié)議發(fā)送啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等控制指令給變頻器，然后變頻器返回狀態(tài)字并從觸摸屏界面顯示實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率值等相關(guān)數(shù)據(jù)。運(yùn)管小車的控制主要由PLC發(fā)送指令到小車變頻器，然后通過編碼器反饋脈沖值給PLC進(jìn)行比較，并自動(dòng)定位。傳輸輥道的控制主要由PLC發(fā)送給變頻器正反轉(zhuǎn)指令，通過傳感器檢測(cè)信號(hào)給PLC經(jīng)過計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)中、減速等邏輯功能。運(yùn)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(diǎn)在于如何進(jìn)行對(duì)中，避免因鋼管錯(cuò)位導(dǎo)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(gè)對(duì)中傳感器，其中對(duì)中傳感器1和對(duì)中傳感器2距離固定記為S1，從管頭到達(dá)傳感器1開始計(jì)時(shí)，到達(dá)傳感器2計(jì)時(shí)結(jié)束記為T1，則鋼管運(yùn)行速度v=S1/T1；管頭到達(dá)傳感器2，管位到管尾離開傳感器1記為T2，則管長(zhǎng)S=vT2+S1。因傳感器1至小車中心點(diǎn)的距離固定記為S2。則S/2v≥S2/v時(shí)對(duì)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(dòng)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(jī)編碼器脈沖值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合其他邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)前進(jìn)后退，自動(dòng)取管、送管、倒管等動(dòng)作。為保證安全，小車在運(yùn)行過程中與其他在線設(shè)備有信號(hào)交接，避免鋼管在工位上處理時(shí)，小車對(duì)鋼管進(jìn)行搬運(yùn)造成的人員、設(shè)備損傷。

結(jié)合信息化MES系統(tǒng)、管號(hào)識(shí)別RFID技術(shù)，可以將管號(hào)、主機(jī)設(shè)備檢測(cè)等數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至MES系統(tǒng)，通過信息化與自動(dòng)化的結(jié)合，減少了人工干預(yù)提高了工作效率[7-12]。后期還將對(duì)部分主機(jī)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，傳輸系統(tǒng)還可根據(jù)主機(jī)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行判斷，選擇最合理的傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)智能化傳輸。

5 結(jié) 論

（1）通過該自動(dòng)化控制系統(tǒng)，相對(duì)于原來的斜臂條—輥道—翻管器傳送的繼電器控制系統(tǒng)在傳輸安全性上大大提高，同時(shí)減少了人為干預(yù)，減少了鋼管傳輸過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，傳輸?shù)男拭黠@增強(qiáng)。

（2）通過該自動(dòng)化控制系統(tǒng)，相對(duì)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(shí)也減少了產(chǎn)品的劃傷，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）相對(duì)于原來的控制系統(tǒng)，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)使用Profibus DP通訊并有以太網(wǎng)接口，能很好地和主機(jī)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為以后的信息化智能化打下了基礎(chǔ)。

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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(yè)于西安石油大學(xué)，主要從事電氣設(shè)備和信息化維護(hù)工作。

2017-05-18

修改稿收稿日期：2017-07-27

編輯：汪翰云