馮金剛太原重工股份有限公司，山西太原　030024

華洋鋼管水壓機(jī)控制系統(tǒng)的研究

馮金剛
太原重工股份有限公司，山西太原030024

針對鋼管水壓試管機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題及對控制系統(tǒng)要求日益提高，提出了一種采用PLC作為控制器的水壓機(jī)控制系統(tǒng)， 并給出了該控制的組成及功能，該系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。

PLC；水壓試管機(jī)；控制系統(tǒng)

鋼管被廣泛應(yīng)用于石油化工、鍋爐制造、石油輸送等行業(yè)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對鋼管提出來更高的耐壓要求。本文所介紹的水壓試驗機(jī)控制系統(tǒng)正是為檢驗鋼管的耐壓能力而設(shè)計制造的它是一個多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng)是集機(jī)械電氣液壓傳感和自動控制為一體的復(fù)雜的機(jī)電液一體化設(shè)備。

水壓試驗機(jī)用于對鋼管進(jìn)行水壓試驗，檢查鋼管在規(guī)定壓力及時間下有無漏水或者滲水，以考核鋼管的承壓能力，并可以消除一部分管體殘余應(yīng)力，使鋼管達(dá)到更高要求。

1　設(shè)備描述

水壓機(jī)該設(shè)備由前梁裝置、后梁裝置、拉力梁（四根拉力梁）、固定托輥車、移動托滾車、夾緊拔管裝置、移動夾緊裝置、入口和出口臺架、沖洗裝置、空水裝置、高低壓水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成。

設(shè)備動作工序描述：

鋼管對齊—鋼管依次進(jìn)到存料工位—定量給料器撥料—沖洗工位—沖洗閥門打開—沖洗鋼管—鋼管到達(dá)試壓工位，托管裝置升起到試壓中心線，移動壓頭前進(jìn)頂緊鋼管—鋼管快速充水、排氣—關(guān)閉充水閥和排氣閥—高壓水增壓至設(shè)定值—保壓、檢測、顯示、記錄壓力值、打印壓力曲線、保存試壓記錄—卸荷—移動壓頭后退—夾緊裝置復(fù)位—拔管—托管裝置下降—鋼管移動至空水工位—空水升降裝置升起—空水—出料。水壓機(jī)工作原理如圖1所示。

2　電氣系統(tǒng)概述

水壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要以西門子S7-315-2DP系列PLC為主控制器，結(jié)合Profibus-DP總線技術(shù)、模擬量電液比例控制技術(shù)以及HMI人機(jī)界面技術(shù)、計算機(jī)水壓實時監(jiān)控系統(tǒng)等組成的一套全新的水壓機(jī)自動化控制系統(tǒng)。

水壓機(jī)主要完成以下功能：

鋼管沖洗控制；

鋼管輸送裝置控制；

提升設(shè)備的調(diào)整；

鋼管夾緊的調(diào)節(jié)；

測試壓力的控制；

測試壓力的監(jiān)視和記錄；

插拔銷的位置控制；

液壓泵的控制；

液壓閥的控制；

水壓回路的控制。

電氣設(shè)備包括液壓設(shè)備的控制，即泵/泵站、電磁閥/閥臺、監(jiān)視設(shè)備等，其中也包括比例閥特殊電氣元件。

3　自動化系統(tǒng)

所有變頻器傳動系統(tǒng)、MCC系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，檢測元件的信息、邏輯控制、工藝控制、與畫面之間的數(shù)據(jù)交換都是通過西門子S7-300系列PLC完成。為了減少硬件連接及后期問題好查找設(shè)置了EM200M從站。為方便水壓機(jī)PLC系統(tǒng)與主線數(shù)據(jù)通訊，PLC系統(tǒng)預(yù)留有外部DP通訊口及以太網(wǎng)通訊口。

PLC的控制任務(wù)如下：

控制各電機(jī)的啟、停；

電磁閥聯(lián)鎖順序控制；

故障監(jiān)測、顯示及處理；

與工控機(jī)通訊；

S7-300 配置。

主處理器 CPU315-2DP、 24V電源模塊；

數(shù)字量輸入模塊 DC24V 每個模塊32點；

數(shù)字量輸出模塊 DC24V 每個模塊32點；

模擬量輸入模塊 ±10V或4～20mA；

模擬量輸出模塊±10V或4～20mA；

位置模塊 SSI；

存儲器卡。

該水壓機(jī)系統(tǒng)共設(shè)置了4個ET200M從站，分別如下：從站3主要用于水系統(tǒng)的控制；從站4主要用于輔助液壓站的控制；從站5主要用于比例液壓站的控制；從站6主要用于操作臺相關(guān)元件的控制及顯示?？刂葡到y(tǒng)硬件組態(tài)見圖2。

該水壓機(jī)控制系統(tǒng)軟件采用西門子STEP7軟件，該軟件內(nèi)如有大量的內(nèi)部繼電器及定時器等，編程方便、簡單易懂。軟件對該控制系統(tǒng)的工藝流程及設(shè)備動作有很好的控制，對出現(xiàn)的報警故障等都有顯示，方便維護(hù)人員查找及解決問題。

鋼管進(jìn)行水壓打壓時候，鋼管兩端密封比例頂住鋼管以保證水部從兩端留出來，就需要在兩端施壓的力隨水壓變化而變化，該力主要由水壓機(jī)主缸給出來。主缸力比實際需要小時水會從管端流出來從而無法進(jìn)行水壓試驗，主缸力比實際需要大時候又容易發(fā)生鋼管扎進(jìn)密封或者管子被擠壓壞的情況，所以主缸力必須要在一個適當(dāng)?shù)姆秶?，該力的控制通過控制比例溢流閥實現(xiàn)。該水壓機(jī)控制系統(tǒng)的核心是油水平衡問題，電氣系統(tǒng)控制的核心也是比例溢流閥的控制，該控制系統(tǒng)外部硬件主要包含比例溢流閥、比例放大板、壓力傳感器等。試壓時通過檢測實時的水壓及油壓，程序內(nèi)通過實際的水壓給出比例溢流閥需要給出的液壓系統(tǒng)的壓力。液壓控制如圖3所示。

4　HMI人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)

在主操作臺設(shè)置1臺HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、顯示、設(shè)定、下載、監(jiān)控、故障報警等，方便的輸入和顯示鋼管工藝參數(shù)（例如油缸比例壓力控制參數(shù)，保壓時間設(shè)定等）。

故障報警提示及診斷功能； 通過人機(jī)界面實時顯示系統(tǒng)故障信息，并通過人機(jī)界面可以方便地診斷出系統(tǒng)故障點。減少維修時間，提高維修效率，使電氣維修更加簡單快捷。能顯示出水壓機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)，以便操作者隨時觀察設(shè)備工作狀態(tài)，使人機(jī)交互信息更加友好。

水壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是一款集西門子WINCC軟件、微軟VisualBasic 6.0、微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫軟件于一整體的、專門針對水壓機(jī)鋼管試驗壓力曲線及相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄處理、調(diào)整、查詢、打印報表等操作功能的應(yīng)用軟件。

主要功能如下。

1）參數(shù)設(shè)置和信息添刪功能：參數(shù)設(shè)置主要完成試驗鋼管的相關(guān)參數(shù)的輸入；信息添刪功能主要完成與生產(chǎn)有關(guān)的人員、班組、鋼管水壓執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的添加和刪除功能。相關(guān)功能按鈕均設(shè)置有快捷鍵，更加方便工作人員的操作。

2）保壓數(shù)據(jù)和曲線保存功能：自動將合格的鋼管水壓試驗曲線和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行保存；如果出現(xiàn)試驗的管號重復(fù)，且試驗合格，系統(tǒng)均會提醒工作人員進(jìn)行是否要覆蓋原有數(shù)據(jù)。

3）保壓曲線自動生成圖片功能：在鋼管保壓結(jié)束后，且試驗合格，系統(tǒng)會自動在計算機(jī)某盤符路徑下自動生成一保壓圖片。

5　結(jié)論

該控制系統(tǒng)在華洋鋼管廠水壓機(jī)上使用，該控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，保證了正常的生產(chǎn)，對同行業(yè)具有較高的應(yīng)用和參考價值。

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1674-6708（2015）152-0042-02