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象，以西門子SINAMICS G120變頻器為執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)計了精整傳輸自動化控制系統(tǒng)。介紹了該精整傳輸自動化控制系統(tǒng)的主要組成、通訊方式及控制原理。該自動控制系統(tǒng)基于S7－300PLC可編程控制器、G120變頻器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對生產(chǎn)線的各傳輸設(shè)備以及其他單機系統(tǒng)/設(shè)備進行聯(lián)動控制，并結(jié)合信息化系統(tǒng)實現(xiàn)了生產(chǎn)線上焊管的自動傳輸，提高了傳輸效率，降低了生產(chǎn)成本。

鋼管；精整；自動化傳輸系統(tǒng)；橫移小車；傳輸輥道；可編程控制器；變頻器；MES

1 精整傳輸自動化控制系統(tǒng)介紹

焊管生產(chǎn)線精整傳輸自動化控制系統(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象，西門子變頻器SINAMICS G120（以下簡稱G120變頻器）作為執(zhí)行機構(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，將自動化控制區(qū)域劃分為一級主站、二級主站、從站（操作臺）和變頻器4個控制區(qū)，分區(qū)域進行控制的傳輸系統(tǒng)。分區(qū)主控站、二級控制站、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，可以實現(xiàn)自動控制，同時設(shè)置半自動及手動控制功能，可進行人為干預(yù)。對于有人員操作的設(shè)備或區(qū)域，考慮到操作人員的安全問題，進行半自動和手動控制。

2 精整傳輸自動化控制系統(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)計使得各單獨模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。S7－300PLC的大量功能能夠支持用戶進行編程和維護[2-3]。

2.2 西門子G120變頻器

西門子SINAMICS G120系列變頻器具有強大的通訊功能，能和多個設(shè)備之間進行通訊。用戶可以方便地監(jiān)控變頻器的運行狀態(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)來實現(xiàn)變頻器的正常運行[4]。用戶在使用G120變頻器時，可以通過Profinet、Profibus或Profidrive進行通訊，使得操作更加簡單并減少了接口數(shù)量[5]。

2.3 Profibus DP通訊

Profibus DP是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(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化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)[6]。主要功能是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負責(zé)總線通信管理及所有從站的通信?？偩€上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序均儲存在主站PLC中，并由主站執(zhí)行。

3 精整傳輸自動化控制系統(tǒng)通訊

精整傳輸自動化控制系統(tǒng)分區(qū)控制通訊如圖1所示。

圖1 精整傳輸自動化控制系統(tǒng)分區(qū)控制通訊圖

3.1 一級主站

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

圖2 一級主站的工作界面

3.2 二級主站

二級主站PLC存儲輥道、小車、旋轉(zhuǎn)輥、接翻管器等邏輯程序，并根據(jù)從一級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)動電機運行。運行過程中變頻器返回狀態(tài)字給二級主站PLC實際運行頻率。二級主站還可監(jiān)控傳感器I/O點信號，為故障判斷提供依據(jù)。

3.3 主站關(guān)系

四個一級主站之間分區(qū)域控制二級主站，主站之間通過Profibus DP總線進行信號交接，實現(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 精整傳輸自動化控制系統(tǒng)的控制原理

精整傳輸自動化控制的對象主要是運管小車和傳輸輥道。PLC通過寫好的程序計算出變頻器的動作后，由Profibus DP通訊協(xié)議發(fā)送啟動、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時電機轉(zhuǎn)速、頻率值等相關(guān)數(shù)據(jù)。運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進行比較，并自動定位。傳輸輥道的控制主要由PLC發(fā)送給變頻器正反轉(zhuǎn)指令，通過傳感器檢測信號給PLC經(jīng)過計算實現(xiàn)對中、減速等邏輯功能。運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

輥道控制的重點在于如何進行對中，避免因鋼管錯位導(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個對中傳感器，其中對中傳感器1和對中傳感器2距離固定記為S1，從管頭到達傳感器1開始計時，到達傳感器2計時結(jié)束記為T1，則鋼管運行速度v=S1/T1；管頭到達傳感器2，管位到管尾離開傳感器1記為T2，則管長S=vT2+S1。因傳感器1至小車中心點的距離固定記為S2。則S/2v≥S2/v時對中完成，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編碼器脈沖值進行對比，結(jié)合其他邏輯關(guān)系，實現(xiàn)小車自動前進后退，自動取管、送管、倒管等動作。為保證安全，小車在運行過程中與其他在線設(shè)備有信號交接，避免鋼管在工位上處理時，小車對鋼管進行搬運造成的人員、設(shè)備損傷。

結(jié)合信息化MES系統(tǒng)、管號識別RFID技術(shù)，可以將管號、主機設(shè)備檢測等數(shù)據(jù)自動上傳至MES系統(tǒng)，通過信息化與自動化的結(jié)合，減少了人工干預(yù)提高了工作效率[7-12]。后期還將對部分主機設(shè)備進行自動化、智能化改造，傳輸系統(tǒng)還可根據(jù)主機設(shè)備檢測結(jié)果自動進行判斷，選擇最合理的傳輸路徑，實現(xiàn)智能化傳輸。

5 結(jié) 論

（1）通過該自動化控制系統(tǒng)，相對于原來的斜臂條—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，同時減少了人為干預(yù)，減少了鋼管傳輸過程中的安全風(fēng)險，傳輸?shù)男拭黠@增強。

（2）通過該自動化控制系統(tǒng)，相對于原來的斜臂條—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，同時也減少了產(chǎn)品的劃傷，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）相對于原來的控制系統(tǒng)，該自動化控制系統(tǒng)使用Profibus DP通訊并有以太網(wǎng)接口，能很好地和主機設(shè)備進行數(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)備和信息化維護工作。

2017-05-18

修改稿收稿日期：2017-07-27

編輯：汪翰云