金建新 楊志剛 范利鎖 孔瑞林

[摘? ? 要]文章敘述鋼管涂敷生產(chǎn)線的自動(dòng)化技術(shù)研究，鋼管在涂敷傳送線上的自動(dòng)追脫管技術(shù)，主要進(jìn)行了傳感器的設(shè)計(jì)與選型，編制PLC程序，建立程序中鋼管傳動(dòng)速度變化的程序算法。也簡(jiǎn)要介紹了生產(chǎn)線全集成自動(dòng)控制系統(tǒng)全貌，及自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞]傳感器;中控系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集;集成控制

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–00–02

Automation Technology of Steel Pipe Coating Transmission Line

Jin Jian-xin， Yang Zhi-gang， Fan Li-suo， Kong Rui-lin

[Abstract]The article describes the research on the automation technology of the steel pipe coating production line， the automatic tracking technology of the steel pipe on the coating conveyor line， mainly the design and selection of the sensor， the preparation of the PLC program， and the establishment of the program of the steel pipe transmission speed change in the program algorithm. It also briefly introduces the full picture of the fully integrated automatic control system of the production line， and the matters that should be paid attention to during the use of the field equipment of the automatic control system.

[Keywords]sensor; central control system; data acquisition; integrated control

鋼管涂敷加工產(chǎn)業(yè)至今已經(jīng)歷至少40年的發(fā)展。根據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外的鋼管涂敷企業(yè)的生產(chǎn)線自動(dòng)化程度均很低，可以說(shuō)還停留在機(jī)械化或半機(jī)械化狀態(tài)。在工業(yè)革命4.0，特別是在工廠數(shù)字化和智能化發(fā)展迅速的今天，對(duì)自動(dòng)化需求更大。因此，針對(duì)鋼管涂敷生產(chǎn)線自動(dòng)化技術(shù)研究正當(dāng)其時(shí)。

鋼管涂敷的工藝流程主要包括：鋼管預(yù)熱→鋼管表面打砂除銹→鋼管中頻加熱→環(huán)氧粉末噴涂→膠粘劑擠出、纏繞→PE擠出、纏繞→鋼管冷卻→管端打磨等。為保證涂敷作業(yè)的連續(xù)性，在鋼管預(yù)熱、打砂除銹、中頻加熱、環(huán)氧粉末噴涂和膠粘劑/PE涂敷時(shí)鋼管間需用接管器首尾對(duì)接。自動(dòng)控制重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線中相關(guān)設(shè)備連鎖控制，達(dá)到設(shè)備之間無(wú)人操作的聯(lián)動(dòng)，減少人為因素干擾，使生產(chǎn)運(yùn)行更加穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)采集，為生產(chǎn)、質(zhì)量、技術(shù)、資源等管理提供數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線自動(dòng)化的核心技術(shù)在于：實(shí)現(xiàn)追管和脫管過(guò)程的自動(dòng)控制以及各工序的連鎖控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)協(xié)調(diào)生產(chǎn)運(yùn)行。

1 自動(dòng)追管

1.1 進(jìn)管加速追管的原理

生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，在涂敷傳動(dòng)線上的前面一根鋼管管頭經(jīng)過(guò)傳感器2時(shí)，開(kāi)始記錄時(shí)間、經(jīng)過(guò)傳感器3時(shí)，再次記錄時(shí)間，從而計(jì)算出鋼管運(yùn)行速度;當(dāng)管尾經(jīng)過(guò)傳感器1時(shí)，后面的鋼管開(kāi)始進(jìn)入傳動(dòng)線，并與前管同速前進(jìn);在前面的管尾經(jīng)過(guò)傳感器3時(shí)，后面的鋼管開(kāi)始加速，當(dāng)被加速的鋼管頭端經(jīng)過(guò)傳感器2、3時(shí)，計(jì)算出管速，通過(guò)速度差能夠計(jì)算出加速時(shí)間，達(dá)到追管的目的;同時(shí)為避免偏差（不能追上前管，或未及時(shí)減速撞壞前管），在程序中加入修正值，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，這個(gè)值需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)追管情況進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，每次調(diào)整生產(chǎn)線調(diào)整一次即可。

1.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

傳動(dòng)線追管段的基本布局如圖1所示。

如圖1所示，管道前進(jìn)方向（右側(cè)）為輥道2段，該段速度恒定，后面為輥道1段，當(dāng)前面一根鋼管（前管）的管尾離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)DOS時(shí)，輥道一段沒(méi)有鋼管，此時(shí)關(guān)停輥道一段的運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)管小車自動(dòng)將鋼管送到輥道1段，小車托臂落下，鋼管置于輥道上，光電開(kāi)關(guān)S0檢測(cè)到有管，發(fā)送信號(hào)啟動(dòng)輥道1段。當(dāng)前管的管尾離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)ZGS2和ZGS1，系統(tǒng)記錄時(shí)間，計(jì)算出時(shí)間間隔為T1，光電開(kāi)關(guān)ZGS1和ZGS2之間的距離為L(zhǎng)1，計(jì)算出前管的速度V1，V1=L1/T1。

當(dāng)前管的管尾離開(kāi)ZGS1時(shí)，后管開(kāi)始加速前進(jìn)，后管的管頭分別進(jìn)入ZGS2和ZGS1時(shí)，并記錄時(shí)間，計(jì)算出使用時(shí)間為T2，PLC計(jì)算出后管高速追管時(shí)的速度V2，V2=L1/T2。

通過(guò)記錄的前管離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)ZGS1和后管進(jìn)入光電開(kāi)關(guān)ZGS1的時(shí)間，可以計(jì)算出此時(shí)間差為T3，則可以計(jì)算出當(dāng)后管管端頭到光電開(kāi)關(guān)ZGS1時(shí)，前管的管尾已經(jīng)離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)ZGS1的距離為V1×T3，設(shè)此時(shí)后管追上前管的時(shí)間為T4，則：T4×V2=V1×T3+V1×T4。

計(jì)算出T4：T4=V1×T3/（V2-V1）。

PLC在后管進(jìn)入ZGS1的時(shí)間基礎(chǔ)上延時(shí)T4，延時(shí)時(shí)間到時(shí)將輥道1段速度設(shè)置為與輥道2段的速度一致，完成一次追管。

為了防止追管后管到輥道2段的第一個(gè)傳動(dòng)輪還未減速，引起鋼管在輥道1段和輥道2段之間，兩段的速度不一致發(fā)生意外。我們需要在管道進(jìn)入輥道2段的第一個(gè)傳動(dòng)輥輪時(shí)，輥道1段強(qiáng)制減速至恒速。

前面已經(jīng)計(jì)算出高速追管的速度為V2，測(cè)量出光電開(kāi)關(guān)與輥道2段第一個(gè)傳動(dòng)輪的距離為L(zhǎng)2。計(jì)算出強(qiáng)制減速時(shí)間為T5：T5=L2×T2/L1。

當(dāng)延時(shí)至T5無(wú)論追管是否追上都強(qiáng)制減速至恒速。鋼管加工項(xiàng)目同一批次鋼管長(zhǎng)度普遍存在不是一致的情況，給追管啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)的確定帶了困難。

為解決鋼管長(zhǎng)度偏差問(wèn)題，在鋼管存儲(chǔ)板鏈上采用對(duì)管器，把鋼管前進(jìn)方向一端對(duì)齊，這樣在傳動(dòng)線上設(shè)定位置檢測(cè)到前一根管管尾，即啟動(dòng)板鏈前進(jìn)，并有進(jìn)管小車裝載后一根鋼管進(jìn)入傳動(dòng)線。這樣使得修正直一直保持穩(wěn)定，然后保證追管動(dòng)作的準(zhǔn)確穩(wěn)定。

2 傳送線脫管（技術(shù)重點(diǎn)）

脫管工序需要在增加光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)管道位置，當(dāng)檢測(cè)到管道進(jìn)入脫管位置范圍時(shí)前管加速前進(jìn)以脫離后管。通過(guò)前管頭和后管尾，以及脫管位置反射型光電開(kāi)關(guān)的觸發(fā)時(shí)序及狀態(tài)判斷管道所處狀態(tài)，根據(jù)這些狀態(tài)時(shí)序控制電機(jī)和給出異常報(bào)警。自動(dòng)脫管傳感器的布局如圖2所示。

當(dāng)管頭進(jìn)入TGS1和TGS2分別記錄時(shí)間，計(jì)算出時(shí)間差為T6，兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)之間的距離為L(zhǎng)3，計(jì)算出速度V3為：

V3=L3/T6

系統(tǒng)設(shè)置鋼管管長(zhǎng)為L(zhǎng)5，光電開(kāi)關(guān)TGS1距離輥道2段最后一個(gè)傳動(dòng)輪的就為L(zhǎng)4，計(jì)算出光管在進(jìn)入TGS1后T7時(shí)間后管接頭離開(kāi)輥道2段的最后一個(gè)傳動(dòng)輪：T7=（T5-T4）×T6/L3。

PLC控制鋼管管頭在進(jìn)入TGS1后T7后輥道3段開(kāi)始加速，當(dāng)鋼管管尾離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)TGS2結(jié)束加速，然后保持低速前進(jìn)到輥道3段末端的光電開(kāi)關(guān)，輥道3段停止，出管小車從輥道上將鋼管取走，并放到板鏈上。

一站板鏈執(zhí)行自動(dòng)進(jìn)管程序，當(dāng)發(fā)現(xiàn)托舉小車上方無(wú)管時(shí)自行向前移動(dòng)，此區(qū)域增設(shè)了“停止”按鈕，一旦質(zhì)檢等人員需要鋼管停止不動(dòng)時(shí)按下此按鈕，板鏈立即停止前進(jìn)。

3 集成控制系統(tǒng)

在解決了生產(chǎn)線中最關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，同時(shí)研究設(shè)計(jì)了約20多臺(tái)套設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)，以及各設(shè)備聯(lián)動(dòng)、互鎖、協(xié)調(diào)運(yùn)行技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

研究開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了小型的生產(chǎn)線DCS，實(shí)現(xiàn)全車間的自動(dòng)監(jiān)控。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：①對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線監(jiān)視和控制;②對(duì)產(chǎn)線所有設(shè)備信息及部分生產(chǎn)信息的收集及分析;③為數(shù)字化轉(zhuǎn)型預(yù)留接口，方便與后續(xù)公司相關(guān)管理系統(tǒng)對(duì)接。如MES、ERP等。④系統(tǒng)及產(chǎn)線設(shè)備故障報(bào)警功能。

4 鋼管涂敷自動(dòng)化系統(tǒng)同安裝使用注意事項(xiàng)

（1）防腐車間屬重工業(yè)加工，車間灰塵較大，在光電傳感器的選用謹(jǐn)慎，盡可能避免。若選用需要及時(shí)做好鏡頭的灰塵清理，避免無(wú)動(dòng)作。

（2）車間幾乎是敞開(kāi)式，甚至部分設(shè)備布置在車間外，因此傳感器和執(zhí)行電器的選用必須考慮防水、防潮。否則產(chǎn)線不能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）集成控制系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫(kù)，在建設(shè)時(shí)必須兼顧當(dāng)時(shí)或預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)字化、智能化技術(shù)趨勢(shì)，做到可擴(kuò)展，兼容性強(qiáng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于以上技術(shù)研究和應(yīng)用，自動(dòng)化系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，滿足生產(chǎn)要求。在3LPE生產(chǎn)線中，還有涂敷工段，其控制技術(shù)原理與打砂段類似，所有以上技術(shù)也在涂敷段得到驗(yàn)證及應(yīng)用。本控制系統(tǒng)監(jiān)視和采集生產(chǎn)線上的各設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)相關(guān)畫(huà)面實(shí)時(shí)共享和展示。提供與MES、EMS、鋼管數(shù)據(jù)系統(tǒng)的接口。

隨著社會(huì)上智能化和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展成熟，我們的生產(chǎn)線也可進(jìn)一步提升數(shù)字化和智能化水平。

參考文獻(xiàn)

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