控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

譚德坤 鄭春娟 蔣智

【摘? 要】鋼管自動(dòng)化控制系統(tǒng)在鋼管生產(chǎn)中的有效應(yīng)用極大地提升了鋼管的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，減少了人力資源的投入，降低了鋼管的生產(chǎn)成本，對(duì)于鋼鐵行業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。論文主要針對(duì)控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探究，指出控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用的效果和作用，希望為鋼鐵行業(yè)的運(yùn)行提供一定的參考。

【Abstract】The effective application of the automatic control system of steel pipe in steel pipe production has greatly improved the production efficiency and quality of steel pipe， reduced the input of human resources， and reduced the production cost of steel pipe， which plays an important role in the development of the steel industry. This paper mainly explores and studies the practical application of the control technology in automatic production of steel pipe， points out the effect and role of the control technology in automatic production of steel pipe， hoping to provide a certain reference for the operation of the steel industry.

【關(guān)鍵詞】控制技術(shù);鋼管;自動(dòng)化生產(chǎn);應(yīng)用

【Keywords】control technology; steel pipe; automatic production; application

【中圖分類號(hào)】TF345;TP278? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0163-02

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛和深化，極大地提升了工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)產(chǎn)量。將自動(dòng)化技術(shù)引入鋼管生產(chǎn)過程中，構(gòu)建鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)線，能夠有效解決人力生產(chǎn)存在的問題，提高生產(chǎn)安全性和可靠性，使得鋼管在質(zhì)量和數(shù)量上都能獲得很大的提升。因此，需要不斷加強(qiáng)對(duì)鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)的研究，應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)進(jìn)一步提高鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，使得鋼鐵行業(yè)能夠在激烈的市場競爭中獲得穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展。

2 鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)控制功能

2.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)流程的有效實(shí)現(xiàn)能夠減少人力資源的投入，降低人力成本，提高鋼管生產(chǎn)的安全性、可靠性。在鋼管企業(yè)生產(chǎn)過程中，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛進(jìn)步，使得鋼管企業(yè)管理系統(tǒng)與生產(chǎn)單元和生產(chǎn)工藝之間的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系需求也越來越高。從目前來看，鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)過程中通常應(yīng)用兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制方法實(shí)現(xiàn)控制功能，在互聯(lián)網(wǎng)中同時(shí)也會(huì)并入主機(jī)加工的控制設(shè)備對(duì)整體自動(dòng)化流程進(jìn)行控制與完善，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化生產(chǎn)，減少人力施工。從實(shí)際情況來看，鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)過程中所需要的設(shè)備比較多，空間比較大，因此，在進(jìn)行鋼管自動(dòng)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的過程中，還需要在特定的控制范圍之內(nèi)設(shè)置獨(dú)立的PLC系統(tǒng)。在不同的控制范圍，各個(gè)PLC也分別控制不同的動(dòng)作和設(shè)備[1]。

2.2 PLC的控制功能

PLC的控制功能包括手動(dòng)、系統(tǒng)自動(dòng)以及自動(dòng)三種功能。手動(dòng)僅僅用于試車檢修的過程中，系統(tǒng)自動(dòng)屬于正常的工作方式，自動(dòng)運(yùn)送鋼管和自動(dòng)加工鋼管。主機(jī)自動(dòng)指的是將鋼管手動(dòng)運(yùn)送到加工位置，主機(jī)自動(dòng)工作一個(gè)周期。中央控制系統(tǒng)的指令傳遞到PLC當(dāng)中，PLC對(duì)指令進(jìn)行分析和研究，然后將所需要加工的鋼管等參數(shù)傳送到操作系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的功能進(jìn)行詳盡分析，并對(duì)加工工序和加工內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整與遠(yuǎn)程控制，滿足鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)的控制需求，提高自動(dòng)化生產(chǎn)的效率和調(diào)整的精確度。PLC的主機(jī)工作站也可以將鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)際工作狀態(tài)有效傳輸?shù)街鳈C(jī)當(dāng)中，自動(dòng)控制直流與變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)調(diào)整主機(jī)架的高度，更好地實(shí)現(xiàn)鋼管的有序加工，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。

控制系統(tǒng)還可以對(duì)運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)送輥道的動(dòng)作進(jìn)行分步控制，實(shí)現(xiàn)鋼管自動(dòng)進(jìn)入輸送和退出加工位置，保證高效連續(xù)自動(dòng)的控制和生產(chǎn)。同時(shí)，控制系統(tǒng)也可以自動(dòng)控制交流輔助傳動(dòng)裝置對(duì)鋼管檢驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和記憶存儲(chǔ)，自動(dòng)排除不合格的鋼管。在實(shí)際工作過程中，如果操作點(diǎn)上故障設(shè)備的指示燈閃亮，則說明該位置處可能發(fā)生故障，需要工作人員及時(shí)檢修和處理。

3 控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋼管自動(dòng)化控制技術(shù)的設(shè)計(jì)是基于生產(chǎn)車間的實(shí)際要求進(jìn)行的，包括液壓技術(shù)、傳感器、現(xiàn)場總線、組態(tài)監(jiān)控技術(shù)以及電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的綜合設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用了現(xiàn)場應(yīng)用層、管理層以及現(xiàn)場總線層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場應(yīng)用層應(yīng)用相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場用于電機(jī)拖動(dòng)的變頻器的控制，包括變頻器的停止啟動(dòng)以及調(diào)速等，現(xiàn)場管理層采用以太網(wǎng)作為媒介實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的整理、監(jiān)控、指令下達(dá)以及趨勢分析。現(xiàn)場總線層實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程模塊和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，包括數(shù)據(jù)共享以及各工區(qū)的控制中控室計(jì)算機(jī)可以與現(xiàn)場的工控機(jī)進(jìn)行通信，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況進(jìn)行反饋和調(diào)整。系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備為工控機(jī)，應(yīng)用西門子的組態(tài)軟件對(duì)生產(chǎn)線的流程圖進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)運(yùn)行設(shè)備和傳感器的監(jiān)控，具有自動(dòng)報(bào)警和調(diào)整的功能。PLC是一種在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)，PLC包含了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通訊技術(shù)，是面向用戶和控制過程的自然語言編程，簡單易懂，可靠性高，操作方便，安全性能好，適用于工業(yè)環(huán)境，在當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用和重要的應(yīng)用價(jià)值。PLC采用可編程的存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)在內(nèi)部存儲(chǔ)的同時(shí)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并通過模擬式和數(shù)字式的輸出和輸入控制各種類型機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過程，遠(yuǎn)程通訊模塊采用prophibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)從現(xiàn)場信號(hào)到控制柜的數(shù)據(jù)通信，保證控制器與IO設(shè)備之間的可靠通訊，數(shù)據(jù)傳輸效率很高[2]。

通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能信號(hào)裝置與過程調(diào)節(jié)裝置的數(shù)據(jù)傳輸以及輸入、輸出模塊與可編程邏輯控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，減少了布線和安裝的成本，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎彤a(chǎn)出質(zhì)量。自動(dòng)傳輸車間會(huì)有大量的IO設(shè)備分布，所以，控制系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程IO模塊通過現(xiàn)場總線與主控制站進(jìn)行連接?，F(xiàn)場傳感器根據(jù)需要可以選擇電磁式傳感器，均采用非接觸式的傳感器，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地將各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)反饋給PLC進(jìn)行判斷，從而能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以及動(dòng)作控制，在控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，操作工人可以給實(shí)時(shí)呼叫進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)的選擇，各工位在自動(dòng)狀態(tài)下需要按照預(yù)先設(shè)計(jì)的工藝要求，由PLC完成各工位鋼管的自動(dòng)控制。在系統(tǒng)手動(dòng)狀態(tài)下，可以根據(jù)相關(guān)需求手動(dòng)進(jìn)行設(shè)備的調(diào)控。也可以手動(dòng)控制傳送線的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

鋼管自動(dòng)化控制技術(shù)中的軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，工作人員需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的要求以及現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況，上位機(jī)與下位機(jī)之間的交流和數(shù)據(jù)傳遞可以通過組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，并模擬鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)，使得工作人員能夠更好地監(jiān)督和管理。上位機(jī)的監(jiān)控軟件與其他工作站通過光纜系統(tǒng)相連，可以進(jìn)行及時(shí)的數(shù)據(jù)共享，繪制數(shù)據(jù)庫趨勢圖，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼管生產(chǎn)線可能存在的故障和問題并發(fā)出對(duì)應(yīng)的警報(bào)，方便工作人員進(jìn)行處理和解決，保證鋼管生產(chǎn)線能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，減少生產(chǎn)事故的出現(xiàn)概率。同時(shí)，上位機(jī)軟件還具有報(bào)警記錄的功能，將所有的報(bào)警現(xiàn)象均記錄下來并存儲(chǔ)到系統(tǒng)當(dāng)中，方便后續(xù)的查詢以及完善，在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行的過程中。工控機(jī)可以通過對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行分析獲得整體的運(yùn)行參數(shù)，并模擬可視化的實(shí)施界面，方便管理員整體感知系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。用戶也可以利用可視化的模擬界面了解生產(chǎn)線穿孔的整個(gè)過程，并在出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)通過急停按鈕解決問題，保證生產(chǎn)的安全性。

下位機(jī)、PLC軟件、控制裝置等設(shè)備使用最新的過程監(jiān)控系統(tǒng)，具有良好的靈活性和開放性，主要完成對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場傳送線狀態(tài)的判斷和采集，并根據(jù)預(yù)定的控制策略對(duì)電機(jī)完成動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。按照實(shí)際鋼管產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線流程的要求和設(shè)計(jì)流程圖，完成控制技術(shù)的應(yīng)用以及相關(guān)控制設(shè)備的安裝。在不需要人工控制的前提之下，實(shí)現(xiàn)鋼管的自動(dòng)化生產(chǎn)和可靠生產(chǎn)，減少安全事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)效益和生產(chǎn)質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼管生產(chǎn)的精準(zhǔn)化和細(xì)節(jié)化控制，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高鋼管生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)質(zhì)量。在進(jìn)行鋼管自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝的過程中，需要從硬件編程和軟件編程兩個(gè)方面進(jìn)行分析，應(yīng)用總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保證系統(tǒng)控制的功能性和科學(xué)性，提高系統(tǒng)控制的精度和控制的效率，使得控制技術(shù)在鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用更加簡便和可靠，運(yùn)行也更加穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】軒子路.電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人工智能技術(shù)的應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（7）：182.

【2】袁國，康健，李振壘，等.熱軋無縫鋼管在線熱處理工藝組織性能調(diào)控研發(fā)技術(shù)進(jìn)展[J].鋼管，2018，47（1）：30-34.