采用PLC點位計數方式的鋼管輥道傳輸自動對中系統

張朋年1,尹志遠1,茆建軍2

(1.寶雞鋼管克拉瑪依有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000;2.資陽石油鋼管有限公司,四川 資陽 641300)

摘 要:為了解決螺旋埋弧焊管生產精整工序中,鋼管在橫移車上由于對中偏差大而發生傾翻,造成設備損壞或人員傷害等問題,采用PLC 點位計數方法設計了鋼管輥道傳輸自動對中系統,即鋼管在精整自動傳輸輥道上運行時,采用PLC 采集傳感器點位計數方法,通過計算、比較,實現鋼管長度中心線與橫移車中心線對中重合的自動控制。同時,對該系統的硬件、軟件、測量方法、計算方法、誤差調整控制進行了詳細介紹。實際應用表明,采用PLC 點位計數方式可有效實現不同規格鋼管輥道傳輸的自動對中。

關鍵詞:螺旋埋弧焊管;輥道傳輸;PLC;點位計數;自動對中

在螺旋埋弧焊管生產過程中,根據設備布局和工藝流程,通常采用直線傳輸輥道和橫移車在各崗位工序間進行鋼管傳輸,為了避免鋼管在橫移車上由于對中偏差大而發生傾翻,造成設備損壞或人員傷害等問題,必須使鋼管運行至橫移車接管輥道中心區域停止,即讓鋼管長度中心和橫移車中心大致重合。隨著生產線自動化程度越來越高,自動對中控制凸顯重要。本研究采用PLC點位計數方式實現鋼管自動對中控制。

1 鋼管傳輸工藝路線

鋼管在生產過程中,由于質量缺陷、取樣、對頭等原因,鋼管長度有一定差異,通常為8.5~13 m,鋼管傳輸輥道采用抱閘電機(2.2 kW),傳輸對中路徑一般為直線傳輸輥道方向與橫移車運行方向呈90°,且橫移車位于地平面以下坑道內。

2 鋼管自動對中原理

2.1 鋼管對中設備的組成及作用

鋼管制造傳輸中,隨著自動化的應用,利用傳感器監測和控制技術實現鋼管定位,自動傳輸等功能[2],PLC 點位計數自動對中裝置主要由2 個傳感檢測元件P1 和P2、2 個傳感計數檢測元件P3 和P4 及PLC 硬件組成,同時需對輥道圓端側面位置固定若干金屬感應塊。P1 為非對中區檢測管頭到位傳感器,P3 為非對中區計數檢測傳感器,P2 為對中區檢測管頭到位傳感器,P4 為對中區計數檢測傳感器,其中P3 和P4 檢測輥道運行時圓端側面金屬感應塊,并進行計數,安裝位置及方式如圖1 所示。

圖1 中檢測計數元件均為電感式傳感器,為防止鐵粉等物質造成干擾及錯誤信號,可采用檢測鋼管側面的方式對P3、P4 傳感器進行安裝[3]

圖1 鋼管對中設備組成示意圖

2.2 傳感器布局及安裝位置

結合現場工藝路徑,在直傳輥道中選取兩組輥道進行試驗(圖2),并在其輥道側面加裝金屬感應塊及傳感器,其B 點到橫移車中心O 點距離為L1。由于橫移車在坑道內運行,對中區檢測元件安裝于橫移車運行坑道前的最后一臺輥道處。

圖2 輥道運行與檢測計數傳感器安裝設置

2.3 鋼管自動對中原理及方案

該鋼管自動對中系統主要采用的是西門子PLC 計數器操作指令和比較器操作指令[4],在運行中,若 B 點位置與橫移車中心線重合,則PLC 計數方式原理為:鋼管在通過對中區B 點位的計數值等于通過非對中區A 點位檢測整管長計數值的一半時停止,便可實現鋼管對中。但是由于環境受到限制(如圖2 所示),B 點設置在距離橫移車中心O 點距離為L1[5],在計算時應減去長度L1 對應的計數點數值,再進行計算,可得到鋼管運行到中心位置應采集到的數值。

2.4 PLC程序編程

A 點計數程序如下:

B 點計數程序為:

計算比較程序如下:

鋼管在非對中區傳輸時,P1 檢測到管頭的同時P3 開始計數,通過該輥道側端面安裝的金屬感應塊使計數值累加,并傳遞至PLC 中的計數模塊 C1 中的 MW300,當管尾脫離 P1 處時,P3 停止計數,再將 MW300 傳遞給 MW400[6],作為該鋼管有效長度的總計數點數;鋼管進入對中區時,P2 檢測到管頭的同時P4 開始計數,通過該輥道側端面安裝的金屬感應塊使計數值累加,并傳遞至PLC 中的計數模塊C2[7-8],將C2 在PLC程序中進行運算減去O 點到B 點距離L1 對應值計數點數值,并將結果傳遞給數據相應的數據地址 MW550。同時,將 A 點檢測有效值 MW400的一半傳遞給MW550,再通過CMP 命令進行比較,將其與C2 計數運算后的有效值MW550 比較,當 MW550 大于等于 MW450 時輸出 M3.0,停止輥道運轉,可使鋼管停在橫移車中心位置。

2.5 鋼管中心位置計算

假設:輥道側面圓端面外圓半徑為r;輥道側面圓端面金屬感應塊數量為n;鋼管經過非對中區A 點檢測整管長計數值為S1;鋼管經過對中區B 點檢測到的計數值為S2。則有以下結果:

鋼管在對中區B 處提前L1 計數為N1(整數),

當(2)式成立時,則輥道運行停止,該 S2即為鋼管中心線與橫移車中心線重合時的B 點計數值。

2.6 誤差控制調整

(1)由于不同管徑存在鋼管與輥道結合處位置不同(如圖3 所示),例如Φ1 219 mm 規格鋼管和Φ630 mm 規格鋼管在輥道結合處存在垂直高度差,將導致公式(1)中 r 發生變化,可將金屬感應塊制作成條形,調整P4 對應位置,使之與r 在同一水平線上即可,也可以通過模擬計算出不同管徑在同樣的N1 點數下的L1 長度,調整 B 點(P2)距 O 點位置,若管徑相差較小可忽略此調整。

圖3 不同管徑結合點示意圖

(2)在精整傳輸線對不同規格鋼管進行測試,統計結果見表1。采用PLC 點位計數方式實現鋼管對中,誤差可控制在 70~250 mm。本研究中橫移小車采用兩端液壓撐桿舉升鋼管,液壓撐桿中心相距2 700 mm,相對于鋼管長度為8 500~13 000 mm,當誤差<250 mm 時可保證鋼管不傾斜掉落。

表1 不同規格鋼管測試結果

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3 結束語

實際運行表明,采用PLC 點位計數方式可有效實現鋼管輥道傳輸自動對中。針對不同的管徑,由于其與輥道的結合點不同,造成統一頻率時,管徑越大,線速度越大,傳輸速度越快。當管徑大于1 000 mm 時可適當降低變頻器頻率,降低慣性,減少誤差,同時也可對變頻器設置多段固定頻率運行[9-15]。例如在西門子M440 變頻器中,設置DIN4 對應的固定頻率為15 Hz,DIN5對應的固定頻率為30 Hz,正常運行在30 Hz,對中前1 m 處設置限位感應可使變頻器運行在低頻率狀態15 Hz 下,可減少傳輸慣性,直到MW 550 點數大于等于計算值時輥道停止運行。

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Automatic Alignment System of Steel Pipe Roller Transmission with PLC Point-counting Method

ZHANG Pengnian1, YIN Zhiyuan1, MAO Jianjun2
(1.Baoji Steel Pipe Karamay Co., Ltd., Karamay 834000, Xinjiang, China;2.Ziyang Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Ziyang 641300, Sichuan, China)

Abstract: In order to solve the problems such as equipment damage or personnel injury caused by the tilting of the steel pipe due to the large deviation in the middle of the transverse car during the production finishing process of the spiral submerged arc welding pipe, an automatic alignment system for the transmission of steel pipe roller is designed by using the PLC point count method.When the steel pipe runs on the finishing automatic transmission roller, PLC is adopted to collect the sensor point count method, and through calculation and comparison, the center line of the length of steel pipe and the center line of the horizontal transverse car are aligned automatically.Meanwhile, the hardware, software, measurement method, calculation method and error adjustment control of the system are introduced in detail.The practical application shows that the automatic alignment of steel pipe roller transmission of different specifications can be realized effectively by adopting PLC pointcounting method.

Key words: spiral submerged arc welded pipe; roller transmission; PLC; point count; automatic alignment

中圖分類號:TG580.23

文獻標識碼:B

DOI: 10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.8.013

作者簡介:張朋年(1986—),男,電氣工程師,主要從事埋弧螺旋焊管及內外防腐設備電氣技術研究工作。

收稿日期:2018-09-10

編輯:羅 剛

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