蘇安徽
(天津騰飛鋼管有限公司,天津300300)
由于一次化石能源(如天然氣、石油)長途運輸?shù)男枰?,各種鋼管的需求量大幅攀升,而這需要強大的鋼管生產線做保障。
鋼管生產線中重要而繁雜的一環(huán)是鋼管傳輸,該環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動控制將能有效降低人工成本、節(jié)省工作時間,并提高整條生產線的生產效率,是國內外各鋼管制造廠共同追求的目標。
鋼管生產線中的鋼管傳輸,就是將成型機生產出的管子通過輥道、橫移運管車、旋轉輥、接翻管器等運到預焊機、內焊機、外焊機、X光檢驗設備、擴徑機、水壓機、平頭機等主機和修補崗位的設備。不同類型鋼管的具體傳輸流程、道數(shù)有所不同(直縫埋弧管約有70個傳輸節(jié)點),這里不一一列舉。
在實際生產中,各傳輸設備的動作要求、聯(lián)鎖關系應符合《傳輸設備工藝要求說明書》,自動控制的設計也應基于該《說明書》。
綜合考慮鋼管傳輸作業(yè)的各種可能環(huán)境,自動控制系統(tǒng)應具備3種工作模式:(1)點動。在此模式下,只要按住按鈕就驅動設備運行,而不考慮互鎖關系。此模式主要用于故障和設備檢修。(2)手動。能在考慮互鎖關系的基礎上自行完成一個單步動作。此模式主要用于生產線測試或初始條件變化的情形。(3)自動。在這種模式下只要初始條件滿足,所有流程將自主運行。
鋼管生產線自動控制傳輸系統(tǒng)需要利用一系列傳感器、編碼器、變頻器等元件組成操作臺。關于操作臺的布置,應遵循以下原則:(1)根據(jù)不同生產范圍設置分區(qū)主操作臺,根據(jù)不同位點設置工位操作臺。一個分區(qū)主操作臺控制若干個工位操作臺。各分區(qū)操作臺通過有線或無線鏈接與總控聯(lián)系,并在總控授權下工作。(2)各傳輸設備根據(jù)操作臺命令進行操作,并將實時情況進行反饋,有異常出現(xiàn)時,應優(yōu)先停機,及時報警。(3)變頻器參數(shù)設定、傳感器故障檢測以及異常發(fā)信應在分區(qū)主操作臺進行(通過觸摸屏)。
根據(jù)目前主流設計,一般以西門子S7系列可編程控制器作為核心控制部分,以Profibus-DP總線作為通訊總線,以先進的變頻器作為驅動元件。
主要節(jié)點指鋼管自動對中、管端對齊、接翻管實現(xiàn)、接翻旋轉實現(xiàn)、升降旋轉實現(xiàn)、橫移等,限于篇幅,這里僅選部分進行討論。
(1)鋼管自動對中。該環(huán)節(jié)的目的是保證鋼管軸線中心位置與臺架中心位置重合,以便于橫移運管車運行鋼管。其基本配置需兩個傳感器(S1、S2)和一個編碼器(EN),如圖1所示。
圖1 鋼管自動對中的實現(xiàn)
設鋼管長度區(qū)間為(x1,x2),則S1、S2以及EN的位置應滿足式(1):
(2)接管實現(xiàn)。該環(huán)節(jié)的目的是平穩(wěn)接收橫移運管車運到輥道上的鋼管,不碰壞輥道和鋼管。
(3)橫移運管實現(xiàn)。需用到8個傳感器和1個編碼器,具體如圖2所示。其中,Sp感知有管;SL、SR與地面雙撞尺組成小車初始位置;Sel、Se2檢測橫移運管車限位;EN檢測小車行程;Su為高位檢測,Sd為低位檢測。
圖2 橫移運管實現(xiàn)
軟件需實現(xiàn)的主要功能包括:(1)故障信息,指PLC系統(tǒng)HMI上對于運輸過程中的故障實施即時顯示;(2)過程監(jiān)控,指對鋼管輸送動作及過程進行監(jiān)控,包括變頻器故障、輥道運轉、橫移運管車、旋轉輥、液壓站等;(3)完成傳輸動作,指系統(tǒng)軟件運行必須是可靠、安全的,并具有很好的魯棒性。
自動控制傳輸軟件是一個體系,應包含系統(tǒng)初始化程序、主程序、子程序、中斷程序、故障應急措施和輔助程序等項目。程序編制時,首先根據(jù)控制系統(tǒng)的總體要求,確定程序的基本框架,勾勒出控制流程圖。鑒于本項目具有很強的邏輯性,因此程序應建立在嚴密邏輯、順序控制的基礎上。限于篇幅,文章不一一列示各環(huán)節(jié)的軟件流程,僅就橫移車倒管工作進行流程展示(圖3)。
圖3 倒管流程圖
另外,軟件抗干擾措施主要為定時監(jiān)控、冗余處理和數(shù)據(jù)輸入/輸出的濾波處理。
鋼管生產線作業(yè)范圍大,涉及鋼管傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)多,開發(fā)自動傳輸控制技術將能有效提升生產效率、優(yōu)化生產流程并保證人身和設備的安全。文章從整體上對自動傳輸控制技術做了闡述,但限于篇幅,有些地方未能詳盡,將在生產實踐中不斷予以充實、精簡。
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