徐天宇 黃 海

（東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，自貢 643001）

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，基于智能制造的自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)不斷被應(yīng)用于各行各業(yè)。因?yàn)殄仩t系統(tǒng)水冷壁管組件所用鋼管規(guī)格多且數(shù)量大，加工鋼管時(shí)規(guī)格更換頻繁，所以需要設(shè)計(jì)一條尺寸覆蓋廣、操作簡單、安全可靠、加工效率高、工藝精度高，且能滿足一定加工參數(shù)范圍的水冷壁管備料的全自動(dòng)生產(chǎn)線，從而促使水冷壁管加工朝向智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展[1-3]。

本自動(dòng)生產(chǎn)線可用于水冷壁管自動(dòng)排料、自動(dòng)測長、自動(dòng)送料、自動(dòng)鋸切破口以及自動(dòng)分區(qū)堆垛，生產(chǎn)線組成布置如圖1所示。其中：硬件部分包括原料上料區(qū)、測長和吹掃裝置、噴碼機(jī)、圓鋸機(jī)、短管區(qū)、緩存料架區(qū)、坡口機(jī)區(qū)以及空間料架等；軟件部分由東方電氣集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司自主開發(fā)，可進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)排序，還可以規(guī)劃加工并記錄加工數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理、柔性加工等功能。

圖1 生產(chǎn)線組成布置

1 水冷壁管備料自動(dòng)生產(chǎn)線的構(gòu)建

1.1 原料上料區(qū)

因?yàn)樵牧系拈L度有多種規(guī)格，所以該上料架需要采用同步頂升機(jī)構(gòu)，以保證鋼管頂升的同步性[4]。另外，料架形式為鍋爐廠經(jīng)典的斜坡式料架，行車起吊整捆鋼管放置于料架上并解除鋼管的束縛鋼帶以后，利用鋼管自身的重力使其成排放置于料架上，然后由專用的氣壓頂升機(jī)構(gòu)將長管送入測長輥道。

1.2 測長、吹掃裝置

備料線采用伺服電機(jī)帶動(dòng)測量光柵測量鋼管長度，以便于后續(xù)加工過程中準(zhǔn)確記錄鋼管的長度。同時(shí)，在測長時(shí)要使用壓縮空氣吹掃鋼管內(nèi)壁，以確保管內(nèi)的清潔度。

1.3 圓鋸機(jī)及短管區(qū)

圓鋸機(jī)的鋸盤采用伺服電機(jī)提供動(dòng)力，能夠確保圓鋸機(jī)有足夠的動(dòng)力將鋼管快速鋸斷。同時(shí)，圓鋸機(jī)采用伺服送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行送料，以保證送料精度。其出口即短管區(qū)，可根據(jù)鋼管長短柔性翻料堆垛。該設(shè)備配置有短管廢料收集裝置，圓鋸機(jī)鋸切以后產(chǎn)生的短管廢料可以自動(dòng)滾落至收集裝置，避免了操作者進(jìn)行二次收集，降低了操作者的工作強(qiáng)度。

1.4 噴碼機(jī)

鋼管鋸切完成以后，需要使用噴碼機(jī)自動(dòng)將編號(hào)噴涂在鋼管上，以便于后續(xù)加工過程中選擇鋼管，同時(shí)有利于對(duì)鋼管進(jìn)行溯源。

1.5 緩存料架區(qū)及坡口機(jī)區(qū)

備料線坡口機(jī)前設(shè)計(jì)有專用緩存料架，用于緩存坡口待加工的鋼管。坡口機(jī)采用伺服電機(jī)提供動(dòng)力，同時(shí)配備整體成型刀刀盤，刀盤上安裝標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加刀片進(jìn)行坡口加工，以便于根據(jù)不同鋼管坡口形式更換不同的機(jī)加刀片，同時(shí)也能夠根據(jù)坡口形式配置多種坡口成型刀盤[5]。

1.6 空間料倉

自動(dòng)備料線中設(shè)計(jì)有多排空間料倉，如圖2所示。通過軟件系統(tǒng)根據(jù)所加工鋼管長度可將多排料倉分為若干虛擬料倉，用于不同長度鋼管的分區(qū)存放堆垛，從而減少實(shí)體料倉的組成。當(dāng)虛擬料倉出現(xiàn)爆倉的情況時(shí)，設(shè)備會(huì)發(fā)出報(bào)警，以提醒設(shè)備操作人員進(jìn)行人工中斷，將料倉內(nèi)堆放的鋼管清理出料倉，并在程序中進(jìn)行“清倉”處理。

圖2 空間料倉示意圖

2 水冷壁管備料控制系統(tǒng)

采用工控機(jī)作為上位機(jī)，并安裝定制開發(fā)的生產(chǎn)排料軟件，設(shè)備操作人員只需將按規(guī)定格式編寫的排料卡導(dǎo)入生產(chǎn)排料軟件，系統(tǒng)就能通過人工編寫的排料卡自動(dòng)抓取所有數(shù)據(jù)信息，并以此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)劃、數(shù)據(jù)記錄、故障指示、權(quán)限管理等功能。同時(shí)，設(shè)備還能將自動(dòng)生成的生產(chǎn)規(guī)劃、數(shù)據(jù)記錄等顯示在顯示屏上，以方便操作人員核對(duì)輸入的數(shù)據(jù)信息是否是所需要加工的數(shù)據(jù)，避免人為輸入數(shù)據(jù)而造成的加工錯(cuò)誤。另外，該軟件能夠支持不同工作號(hào)的任務(wù)交叉作業(yè)，當(dāng)有新的加工任務(wù)需要執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)中斷原有未完成的工作任務(wù)并保存，待新的加工任務(wù)完成以后，原有未完成的工作任務(wù)可以直接從上次中斷處繼續(xù)向下執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先任務(wù)的選擇?？刂葡到y(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。在該系統(tǒng)中，上位機(jī)通過將軟件自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)信息與可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）通信交互，然后將每一步需要執(zhí)行的生產(chǎn)任務(wù)下放至PLC，由PLC發(fā)出指令控制現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作來完成鋼管鋸切、噴碼、坡口、傳輸和堆放等功能。

圖3 控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 水冷壁管備料自動(dòng)生產(chǎn)線工藝流程

針對(duì)上述功能和相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)要求制定了水冷壁管備料自動(dòng)生產(chǎn)線的流程，如圖4所示，為數(shù)據(jù)錄入→上料架行車上料→提升機(jī)構(gòu)將鋼管提升至清理區(qū)→鋼管測長→管內(nèi)吹灰→鋸床上料架→鋸床送料鋸切→鋸切出料料道→噴碼→判斷是否坡口。此時(shí)，若需要坡口加工，則執(zhí)行料道傳輸→翻料至坡口緩存料倉→坡口機(jī)上料→坡口加工→堆垛。若不需要坡口，則直接按長度分區(qū)堆垛。

圖4 工藝流程圖

該工藝流程圖完整地展示了水冷壁管備料自動(dòng)線的全生產(chǎn)過程。整個(gè)生產(chǎn)過程中操作者只需將原材料放置于上料架，并根據(jù)生產(chǎn)需求錄入加工數(shù)據(jù)，然后在加工完成以后將鋼管吊出料倉即可，其余的中間過程全部是自動(dòng)運(yùn)行，不需要人工參與。從整個(gè)工藝流程可以看出，該設(shè)備的智能化和自動(dòng)化水平相較于傳統(tǒng)的備料方式有了明顯的提升，改變了傳統(tǒng)模式下的水冷壁管備料方式。該套工藝流程現(xiàn)在已經(jīng)成功在國內(nèi)某鍋爐廠實(shí)現(xiàn)運(yùn)用，其生產(chǎn)效率和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)水冷壁管的備料模式，得到了使用單位的充分肯定。

4 結(jié)語

通過建設(shè)本文提及的水冷壁管備料自動(dòng)生產(chǎn)線，并將排料軟件應(yīng)用于備料自動(dòng)生產(chǎn)中，使加工工藝流程更加直觀，且提高了水冷壁管備料的效率和加工質(zhì)量。該自動(dòng)生產(chǎn)線有利于提高產(chǎn)品的智能制造水平，并且節(jié)約了人力資源，在鍋爐行業(yè)具有示范作用。