董志剛，丁 欣，何 亮，邱百松

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司天津石油專用管分公司，天津 300280）

0 引言

在線石油專用管稱重、測長、噴標(biāo)系統(tǒng)在石油專用管生產(chǎn)制造企業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其測量出來的長度和重量是貿(mào)易結(jié)算的主要依據(jù)。由于測量時(shí)必須是成品，所以稱重測長工序一般在噴漆工序之后，而漆垢的堆積會(huì)形成惡劣的工作環(huán)境。鋼管推動(dòng)測長系統(tǒng)在這種環(huán)境中工作極易損壞，維修時(shí)零部件也不方便更換，生產(chǎn)企業(yè)迫切需要一款簡單可靠的稱重測長噴標(biāo)系統(tǒng)。

1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)布局

圖1 在線稱重測長噴標(biāo)設(shè)備

（1）測長設(shè)備。由2 個(gè)光柵尺、若干V 形輸送滾輪（圖2）、2 個(gè)電感式傳感器以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成。光柵尺內(nèi)置于5 mm 厚的金屬方管中，每根方管的一側(cè)開有合適形狀的長方形的孔，方孔上安裝有6 mm厚的鋼化玻璃，光柵透過鋼化玻璃發(fā)射和接收信號（圖3）。方管內(nèi)孔空隙中先填充耐振材料，再充入了氮?dú)?，最后使用密封膠將整個(gè)方管與外界空氣隔絕，防止電器元件氧化腐蝕。

圖2 V 形輸送滾輪

圖3 光柵尺測長結(jié)構(gòu)

（2）稱重設(shè)備。由2 個(gè)舉升機(jī)構(gòu)、2 個(gè)稱重模塊、2 個(gè)電感式傳感器以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成（圖4）。

圖4 舉升機(jī)構(gòu)

（3）噴標(biāo)設(shè)備。由1 個(gè)電感式傳感器、1 個(gè)噴標(biāo)頭以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成。

2 稱重測長噴標(biāo)設(shè)備原理

（1）測長。鋼管完成噴漆工序后，被翻料機(jī)構(gòu)橫向翻到縱向輸送線上。輸送線原是停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)輸送線上的2 個(gè)電感式傳感器都感應(yīng)到鋼管時(shí)，2個(gè)電感式傳感器均變?yōu)楦唠娖?，信號傳遞給可編程控制器PLC 后產(chǎn)生“鋼管就位”的信號。工業(yè)電腦根據(jù)該信號，一并綜合設(shè)備里的其他傳感器的情況，判斷由輸送線上的2 個(gè)“光柵尺”進(jìn)行測量，大約1 s 后直接測量，數(shù)據(jù)傳遞回工業(yè)電腦進(jìn)行整合計(jì)算，記錄長度數(shù)據(jù)。其計(jì)算原理如下（圖5）：①由光柵尺測量出AB 和CD 段長度；②已知長度BC，該長度可由不同長度的校棒測量計(jì)算，取平均數(shù)得出；③計(jì)算得出鋼管長度L=AB+BC+CD。

圖5 測長計(jì)算原理

（2）稱重。鋼管長度記錄完成后，系統(tǒng)給PLC 發(fā)出信號，PLC控制輸送線上的2 個(gè)舉升機(jī)構(gòu)將鋼管托起，每個(gè)舉升機(jī)構(gòu)下部安裝著1 個(gè)稱重模塊（圖6）。完全升起后，鋼管停頓2 s，稱重模塊采集穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給工業(yè)電腦，由系統(tǒng)計(jì)算出該鋼管的質(zhì)量并記錄。

圖6 稱重過程

（3）噴標(biāo)。稱重后放下鋼管，輸送線開始向前輸送鋼管，系統(tǒng)將鋼管的質(zhì)量和長度填入設(shè)置好的噴標(biāo)空位中，并將信息傳遞給自動(dòng)噴標(biāo)機(jī)。當(dāng)噴標(biāo)機(jī)下方的電感式傳感器感應(yīng)到鋼管時(shí)，PLC中的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，由于輸送線上的鋼管移動(dòng)速度是固定的，設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后，噴標(biāo)頭開始噴標(biāo)，保證每一根鋼管的標(biāo)記都被噴涂在同一位置，最終管體上將顯示該根鋼管的型號、編號、重量、長度等內(nèi)容。當(dāng)噴標(biāo)機(jī)處的電感式傳感器感應(yīng)不到鋼管時(shí)，PLC 接收到信號后再由工業(yè)電腦綜合設(shè)備里的其他傳感器的情況，控制翻料裝置繼續(xù)上料重復(fù)測長、稱重、噴標(biāo)的過程。

3 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

鋼管外徑139.7～339.7 mm；鋼管長度9.5～13.5 m；稱重范圍0～4000 kg；稱重精度0.2%；測長精度±1 mm。

4 設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)

（1）測長時(shí)，鋼管由若干個(gè)V 形輸送滾輪共同定位，即使某個(gè)滾輪有缺陷也不會(huì)影響定位，光柵尺的測量軸線與鋼管的軸線基本在同一直線上。阿貝誤差的影響較小，測長精度很高。

（2）測長時(shí)輸送線停止，鋼管處于靜止?fàn)顟B(tài)。整個(gè)測量過程為靜態(tài)測量，可直接消除設(shè)備振動(dòng)和機(jī)械誤差，確保系統(tǒng)的測長精度。

（3）整個(gè)測長過程全部使用光柵尺測量，理論精度可達(dá)到0.1 μm。測長精度和重復(fù)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過API 標(biāo)準(zhǔn)±30 mm 的精度要求。

（4）光柵尺內(nèi)置于方管中充滿氮?dú)獾拿荛]環(huán)境，在確保灰塵無法進(jìn)入的同時(shí)，延長了線路的使用壽命。方管的兩端設(shè)置了防撞裝置，確保光柵尺的安全。

（5）稱重時(shí)，鋼管被2 個(gè)舉升機(jī)構(gòu)舉起，停頓2 s 后再記錄數(shù)據(jù)，可消除鋼管因顫動(dòng)造成的數(shù)據(jù)偏差。

（6）由于該設(shè)備整合了稱重、測長和噴標(biāo)三個(gè)功能，工業(yè)電腦能對每根鋼管的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括質(zhì)量、長度、生產(chǎn)日期、規(guī)格型號、批次、鋼管編碼等數(shù)據(jù)，方便查詢。

（7）稱重和測長在同一個(gè)工位，每根鋼管的測長與稱重僅需要大約10 s，系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間可忽略不計(jì)。將數(shù)據(jù)傳輸給噴標(biāo)設(shè)備后，鋼管直接在輸送線移動(dòng)過程中進(jìn)行噴標(biāo)，節(jié)約了工時(shí)和設(shè)備空間，整條生產(chǎn)線的工作更高效、流暢。

5 結(jié)語

通過長期的石油專用管生產(chǎn)現(xiàn)場稱重測長噴標(biāo)設(shè)備的使用和維修經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合了國內(nèi)外同行業(yè)油套管生產(chǎn)線的調(diào)研和摸索，于2019 年開發(fā)出來該套設(shè)備，現(xiàn)應(yīng)用于中國石油渤海裝備石油專用管公司制管四廠。目前這套設(shè)備使用效果非常好，測量時(shí)間短、精度高、噴標(biāo)效果好，得到了生產(chǎn)一線工人和技術(shù)人員的高度評價(jià)。