王 剛，茹 翔，譚 赟，胡緒波，陳立濤，王冬虎

（1.國家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞 721008；2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008）

螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊工序作為預(yù)精焊生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，通常采用傳統(tǒng)的人工檢測工藝參數(shù)、在線觀察和調(diào)整設(shè)備，現(xiàn)場工作環(huán)境差，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。 隨著傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，成型、預(yù)焊崗位實(shí)現(xiàn)離線操作改造已具備成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊崗位操作現(xiàn)狀

1.1 崗位操作技術(shù)

鋼管成型和預(yù)焊工序是螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組的核心。 國內(nèi)螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組仍為人工在線檢測和調(diào)整，在設(shè)備的自動(dòng)化和信息化方面與國際先進(jìn)水平還有較大差距。

1.2 崗位操作設(shè)備

1.2.1 成型崗位

成型崗位負(fù)責(zé)遞送機(jī)、銑邊機(jī)、成型機(jī)和鋼帶除銹等設(shè)備的操作、維護(hù)和調(diào)整； 負(fù)責(zé)監(jiān)測工作寬度、坡口角度/鈍邊、鋼管周長、噘嘴和錯(cuò)邊等數(shù)據(jù)，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

1.2.2 預(yù)焊崗位

預(yù)焊崗位負(fù)責(zé)匯流排、氣體配比器的使用、維護(hù)及氣體更換； 負(fù)責(zé)預(yù)焊焊接操作及焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊絲伸長、焊頭傾角等工藝參數(shù)的檢查； 負(fù)責(zé)焊頭機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)和焊絲盤架等設(shè)備的調(diào)整及維護(hù)； 負(fù)責(zé)混合氣體的開關(guān)、流量調(diào)整； 負(fù)責(zé)焊縫跟蹤系統(tǒng)及電弧攝像頭的微調(diào)。

2 實(shí)現(xiàn)成型、預(yù)焊崗位離線操作的工藝技術(shù)分析

經(jīng)分析，實(shí)現(xiàn)成型、預(yù)焊崗位離線操作需要解決三方面問題：一是成型、預(yù)焊工藝參數(shù)的自動(dòng)采集，二是崗位設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，三是成型、預(yù)焊操作的離線控制。

2.1 成型、預(yù)焊工藝參數(shù)的自動(dòng)采集

在崗位加裝成型、預(yù)焊工藝參數(shù)自動(dòng)測量裝置，實(shí)現(xiàn)成型、預(yù)焊控制所需的各項(xiàng)參數(shù)在崗位上位機(jī)的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)，參數(shù)能同步到液晶顯示屏上顯示，便于離線觀察。 工藝參數(shù)采集見表1。

表1 工藝參數(shù)采集表

2.2 崗位設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視

安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將崗位圖像傳輸至離線操作室，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)視，監(jiān)視位置和內(nèi)容包括：①成型合縫處——監(jiān)控成型合縫咬合狀態(tài)、錯(cuò)邊情況及焊墊輥位置； ②精銑后橫梁——監(jiān)測成型器2#輥狀態(tài)及管體表面的劃傷和輥痕； ③精銑邊機(jī)后兩側(cè)——監(jiān)測鋼帶精銑后的坡口狀態(tài)及原料是否有波浪等； ④成型咬合點(diǎn)前——監(jiān)測成型縫的松緊變化。

2.3 成型、預(yù)焊操作的離線控制

設(shè)置離線操作臺進(jìn)行離線控制，操作臺設(shè)備包含焊機(jī)操作箱、焊縫自動(dòng)跟蹤設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、工藝參數(shù)顯示儀表以及成型、預(yù)焊設(shè)備操作按鈕、指示燈等； 再輔以監(jiān)測設(shè)備，操作人員可實(shí)現(xiàn)離線工藝參數(shù)的監(jiān)控、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的觀察以及崗位工藝的調(diào)整。

3 螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊離線操作系統(tǒng)

螺旋焊管機(jī)組成型、預(yù)焊離線操作系統(tǒng)主要包括成型和預(yù)焊生產(chǎn)工藝參數(shù)自動(dòng)采集/顯示系統(tǒng)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)及離線操作系統(tǒng)。 系統(tǒng)工作流程如圖1 所示。

圖1 成型、預(yù)焊離線操作系統(tǒng)工作流程圖

3.1 成型、預(yù)焊生產(chǎn)工藝參數(shù)自動(dòng)采集/顯示系統(tǒng)

根據(jù)工藝參數(shù)采集需求，在成型器、銑邊機(jī)及后橋等位置加裝位移傳感器，在焊接系統(tǒng)加裝霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的自動(dòng)采集。 采集數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC 程序運(yùn)算后，通過上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行集中顯示，各檢測數(shù)據(jù)還可經(jīng)過該程序與智能儀表連接實(shí)現(xiàn)同步顯示。

3.1.1 上位組態(tài)軟件

上位機(jī)采用力控Forcecontrol V7.1 監(jiān)控組態(tài)軟件。 Forcecontrol V7.1 支持 Windows 操作系統(tǒng)下以分布式應(yīng)用，軟件設(shè)計(jì)可根據(jù)工廠遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要采用多種 “模型與軟數(shù)據(jù)總線” 技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支持在線修改參數(shù)。 根據(jù)實(shí)際需要，可按照歷史服務(wù)器、事件服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器及Web 服務(wù)器等多種應(yīng)用模式進(jìn)行系統(tǒng)配置，適合大型SCADA 系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)信息化的生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度應(yīng)用。

3.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表查詢和報(bào)警統(tǒng)計(jì)。 系統(tǒng)功能選擇界面如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能選擇界面

（1） 數(shù)據(jù)顯示。 數(shù)據(jù)顯示界面是以設(shè)備俯視示意圖的方式將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)標(biāo)識在對應(yīng)位置，用于生產(chǎn)中數(shù)據(jù)監(jiān)視。 檢測數(shù)據(jù)具有上下限設(shè)置，當(dāng)數(shù)據(jù)處于范圍內(nèi)時(shí)，顯示為綠色，當(dāng)數(shù)據(jù)超過或低于設(shè)置的范圍值時(shí)，該數(shù)據(jù)字體變?yōu)榧t色，且會(huì)進(jìn)行閃爍。 數(shù)據(jù)顯示界面如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)顯示界面

（2） 參數(shù)設(shè)置。 參數(shù)設(shè)置界面如圖4 所示，它用于設(shè)置各個(gè)重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)閃爍報(bào)警上下限。

（3） 數(shù)據(jù)分析。 數(shù)據(jù)分析界面如圖5 所示，可對實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線進(jìn)行查詢。

圖4 參數(shù)設(shè)置界面

圖5 數(shù)據(jù)分析界面

（4） 報(bào)表查詢。 報(bào)表查詢界面如圖6 所示，它是以報(bào)表方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

（5） 報(bào)警統(tǒng)計(jì)。 報(bào)警統(tǒng)計(jì)界面如圖7 所示，該界面是報(bào)警查詢界面，可對歷史報(bào)警進(jìn)行查詢。

圖6 報(bào)表查詢界面

圖7 報(bào)警統(tǒng)計(jì)界面

3.2 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8 所示。 該系統(tǒng)由5 臺視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、2 臺數(shù)字硬盤錄像機(jī)設(shè)備和視頻監(jiān)視器組成。 攝像機(jī)負(fù)責(zé)各監(jiān)控點(diǎn)的視頻采集，硬盤錄像機(jī)負(fù)責(zé)視頻存儲、網(wǎng)絡(luò)管理、視頻分路輸出等。 5 臺攝像機(jī)分別安裝在成型合縫處、精銑后鋼帶兩邊、導(dǎo)板入口處、成型嚙合點(diǎn)前。 可以將監(jiān)控畫面在操作臺監(jiān)視器和看板（液晶顯示器） 上顯示。 系統(tǒng)功能主要包括畫面分割、云臺控制和錄像查詢。

圖8 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1） 畫面分割。 畫面分割界面如圖9 所示，通過此功能可選擇畫面分割模式和通道數(shù)。

圖9 畫面分割界面

（2） 云臺控制。 云臺控制界面如圖10 所示，可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)變倍、聚焦、光圈的遠(yuǎn)程調(diào)整控制。

圖10 云臺控制界面

（3） 錄像查詢。 錄像查詢界面如圖11 所示，通過此功能可以根據(jù)日期、時(shí)間檢索，進(jìn)行 “錄像查詢”。 圖11 中，①為錄像畫面，②為查詢模式選項(xiàng)，③為查詢?nèi)掌谶x項(xiàng)，④為攝像機(jī)選項(xiàng)，⑤為播放控制器。

圖11 錄像查詢界面

4 螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊離線改造過程簡介

在離線操作室內(nèi)設(shè)置離線操作臺，將離線操作系統(tǒng)集成到該操作臺。 操作臺采用鋼琴臺面，立面分別布置焊接操作箱、焊縫自動(dòng)跟蹤顯示屏、電弧攝像機(jī)顯示屏、合縫狀態(tài)顯示屏、設(shè)備監(jiān)控顯示屏 （四畫面）、崗位操作終端顯示屏以及部分參數(shù)顯示儀表； 操作臺平面布置崗位 （主要包括成型器、后橋、銑邊機(jī)、焊縫跟蹤等設(shè)備） 操作按鈕和指示燈等。 操作臺布置如圖12所示，操作臺內(nèi)布置如圖13 所示。

圖12 操作臺布置示意圖

圖13 操作臺內(nèi)布置示意圖

5 螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊離線操作系統(tǒng)使用效果

筆者所在的單位已完成預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊離線操作的改造，截止發(fā)稿，該系統(tǒng)已連續(xù)使用1 年多，先后完成了 Φ820 mm×10 mm/11 mm、Φ914 mm×12.7 mm/16 mm、Φ920 mm×12 mm/14 mm、Φ1 016 mm×17.5 mm、Φ1 020 mm×12 mm/14 mm、Φ1 219 mm×18.4 mm、Φ1 220 mm×15 mm/18 mm、Φ1 420 mm×16 mm/18 mm 及 Φ1 422 mm×21.4 mm等多種規(guī)格近5 萬t 鋼管的正常生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。

6 結(jié) 論

（1） 實(shí)現(xiàn)了螺旋焊管成型、預(yù)焊工藝參數(shù)的自動(dòng)采集，崗位人員對成型和預(yù)焊設(shè)備的控制更加精確。

（2） 實(shí)現(xiàn)了螺旋焊管成型、預(yù)焊工藝參數(shù)的定量化分析，鋼管質(zhì)量更加穩(wěn)定。

（3） 實(shí)現(xiàn)了螺旋焊管成型、預(yù)焊崗位設(shè)備運(yùn)行管理和生產(chǎn)過程控制的融合，有利于實(shí)現(xiàn)鋼管精益生產(chǎn)。

（4） 改變了螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組成型、預(yù)焊崗位的操作習(xí)慣，由傳統(tǒng)的在線操作變?yōu)殡x線控制，崗位人員工作環(huán)境得到了極大改善。 該項(xiàng)目為螺旋焊管預(yù)焊機(jī)組的信息化、智能化技術(shù)提升做出了有益的嘗試。