摘 要：鋼管自動(dòng)碼垛機(jī)在有縫鋼管生產(chǎn)線中的應(yīng)用，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。本文針對(duì)鋼管自動(dòng)碼垛機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些難點(diǎn)進(jìn)行分析解決。

關(guān)鍵詞：有縫鋼管生產(chǎn)線；自動(dòng)碼垛機(jī)；單方向精確計(jì)數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.163

0 前言

有縫鋼管在一直是國家基礎(chǔ)建設(shè)中大量應(yīng)用的鋼材之一。然而在國內(nèi)外的很多工廠中，生產(chǎn)鋼管的機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程序仍然不高，很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)都依靠人工來完成，這不但勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低，而且具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，特別是在生產(chǎn)線的末端碼垛打包的工作更是如此。自動(dòng)碼垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)鋼管的自動(dòng)碼垛、輸送、打包等一系列工作，從而極大的降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高了生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備的組成及功能描述

1.1 輸送上料部分

（1）上料機(jī)構(gòu)：將到達(dá)設(shè)備的鋼管從輥道上移動(dòng)到設(shè)備的來料收集區(qū)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。（2）來料收集區(qū)：橫向移動(dòng)的鏈條用于將鋼管輸送到碼垛部分并用于碼垛過程中的存料緩沖，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

1.2 碼垛部分

（1）碼放機(jī)構(gòu)：將一定數(shù)量的鋼管碼放到碼垛支架上，由氣缸控制。（2）碼垛架：存放已碼放好的鋼管并保持包形，可升降、可開合，由電動(dòng)機(jī)控制升降，液壓控制開合。

1.3 打包及后續(xù)處理部分

1.4 液壓系統(tǒng)

2 控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)的主要硬件組成

控制器采用三菱Q系列PLC；HMI（人機(jī)界面）采用MCGS的15寸觸摸屏；三菱A800系列變頻器；PLC與HMI之間進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，PLC與三臺(tái)變頻器之間進(jìn)行CC-LINK通訊，因?yàn)椴捎昧吮容^先進(jìn)的通訊方式，使得該控制系統(tǒng)具有快速和穩(wěn)定特點(diǎn)，特別是對(duì)于制管車間這種電磁干擾嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境具有良好的穩(wěn)定性。

2.2 控制的工藝要求

自動(dòng)碼垛打包機(jī)作為制管機(jī)組的輔助設(shè)備，應(yīng)該能夠適應(yīng)機(jī)組生產(chǎn)的不同規(guī)格的產(chǎn)品。特別是對(duì)于圓管和方管在碼垛包形上的差別，應(yīng)能進(jìn)行靈活調(diào)整以滿足生產(chǎn)需求。

針對(duì)方管：方管只打矩形包裝，即只需要調(diào)整包裝的層數(shù)及每層的數(shù)量；針對(duì)圓管：圓管的包裝形式比較靈活，一般以正六邊形為主，也可包裝成矩形或不規(guī)則六邊形，因此需要可以靈活調(diào)整選擇包形、層數(shù)和每層的數(shù)量；人機(jī)交互：調(diào)整設(shè)定簡(jiǎn)潔直觀，可實(shí)時(shí)顯示包裝形式、碼垛進(jìn)度，可隨時(shí)對(duì)碼垛進(jìn)度、數(shù)量進(jìn)行人為調(diào)整以方便操作人員核對(duì)數(shù)量和進(jìn)行不良品的剔除。

3 控制中的一些難點(diǎn)的解決

在設(shè)備的設(shè)計(jì)、調(diào)試與實(shí)際運(yùn)行過程中，遇到了一些相對(duì)一般控制來說比較困難的問題，針對(duì)這些問題的解決在這里作簡(jiǎn)單描述：

3.1 包形的設(shè)置

對(duì)于方管來說在包形的設(shè)置上相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要總層數(shù)（floors）和每層數(shù)量（amount）兩個(gè)參數(shù)就可確定一種包形；但對(duì)于圓管來說則可能比較麻煩，因?yàn)閷?duì)于六邊形包的每相鄰層的數(shù)量都是不同的，若要分別設(shè)置則參數(shù)數(shù)量就和層數(shù)成正比，既不易于設(shè)置也不易于參數(shù)配方的保存。針對(duì)此種情況和對(duì)包形的分析，采用了中間層根數(shù)、下層層數(shù)和上層層數(shù)三個(gè)參數(shù)來確定圓管打六邊形包的包形：當(dāng)中間層的數(shù)量確定后，每向上（向下）一層數(shù)量就減少一根，因此只憑此三個(gè)參數(shù)就足夠確定包形和包內(nèi)鋼管的總數(shù)量，并能通過當(dāng)前的層數(shù)來確定該層應(yīng)存放的鋼管數(shù)量。

通過上述算法，只需要保存三個(gè)參數(shù)就可以確定一個(gè)正六邊形或不規(guī)則六邊形的包形，這樣大大簡(jiǎn)化了對(duì)包形的設(shè)置過程，便于工人操作；同時(shí)也減少了保存參數(shù)所需的存儲(chǔ)空間，便于制作配方進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，使控制程序的實(shí)現(xiàn)更容易也更具有通用性；用于統(tǒng)計(jì)設(shè)置包形的鋼管總根數(shù)的計(jì)數(shù)程序?yàn)镠MI內(nèi)部的腳本程序，用此種編程方式可以減少PLC的程序量、同時(shí)減少了HMI與PLC之間的通訊負(fù)擔(dān)，有利于簡(jiǎn)化調(diào)試過程提高工作效率。

3.2 對(duì)鋼管的精確計(jì)數(shù)

在實(shí)際調(diào)試運(yùn)行過程中，遇到了對(duì)于來管計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確的問題，常常會(huì)因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)不及時(shí)而出現(xiàn)一層的鋼管數(shù)量不符合設(shè)定要求的情況而影響工作效率。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確的原因主要為對(duì)鋼管的檢測(cè)不穩(wěn)定。若采用光電傳感器檢測(cè)，初期效果較理想，但由于鋼管上流下的乳化液會(huì)污染傳感器的感光面，加上環(huán)境粉塵等影響會(huì)使光電傳感器很快出現(xiàn)不能穩(wěn)定檢測(cè)的情況，需要定期清理維護(hù)；若采用接近傳感器能解決污染問題，但又會(huì)由于檢測(cè)距離不如光電傳感器長(zhǎng)，當(dāng)鋼管出現(xiàn)跳動(dòng)或在計(jì)數(shù)傳感器附近前后擺動(dòng)的情況時(shí)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)計(jì)數(shù)的現(xiàn)象。

為了降低設(shè)備維護(hù)的頻率，我們選擇了使用接近傳感器來作為計(jì)數(shù)檢測(cè)的傳感器。針對(duì)接近傳感器計(jì)數(shù)容易產(chǎn)生重復(fù)計(jì)數(shù)的現(xiàn)象，我們對(duì)計(jì)數(shù)檢測(cè)的方式和方法進(jìn)行了改進(jìn)。通過改變傳感器的安裝形式和相應(yīng)的檢測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的精確檢測(cè)。具體的做法是：

（1）增加傳感器數(shù)量：將原來的用一個(gè)接近傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)改為兩個(gè)；兩個(gè)傳感器順著來管方向依次安裝，相距大概為所檢測(cè)最大管徑，這樣當(dāng)鋼管移向碼垛裝置過程中會(huì)依次經(jīng)過兩個(gè)傳感器，這樣即使鋼管在經(jīng)過計(jì)數(shù)傳感器時(shí)發(fā)生了抖動(dòng)，但同一時(shí)間內(nèi)不會(huì)在兩個(gè)傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)發(fā)生。這樣再通過程序上的處理就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抖動(dòng)的過濾。（2）計(jì)數(shù)程序的設(shè)計(jì)：由于鋼管會(huì)依次經(jīng)過兩個(gè)計(jì)數(shù)傳感器，會(huì)依次產(chǎn)生兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)。這樣利用第一次檢測(cè)信號(hào)的上升沿對(duì)一個(gè)中間位進(jìn)行置位，再利用第二次檢測(cè)信號(hào)的上升沿對(duì)已經(jīng)置位的中間位進(jìn)行復(fù)位，最后利用中間位的下降沿來做計(jì)數(shù)。利用此方法可以很好的過濾掉意外抖動(dòng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。

4 結(jié)束語

經(jīng)過上述的改進(jìn)，使自動(dòng)碼垛機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，減少故障的發(fā)生，極大的提高了設(shè)備的作業(yè)率，提高了生產(chǎn)水平，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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作者簡(jiǎn)介：張洪亮（1985-），男，本科，主要從事非標(biāo)機(jī)械設(shè)備電氣設(shè)計(jì)工作。