遞送機(jī)一拖二控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

周書亮，鄧志偉，谷海龍，魏 婷，于振寧，廖 洪

（渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658）

遞送機(jī)一拖二控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

周書亮，鄧志偉，谷海龍，魏 婷，于振寧，廖 洪

（渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658）

針對螺旋焊管生產(chǎn)機(jī)組在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的遞送機(jī)上下輥不同步運(yùn)行造成的頓板和燒穿問題，設(shè)計(jì)了一拖二控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Profibus DP方式與PLC主站通訊，通過Starter軟件對SINAMICS DCM 6RA80控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和PLC程序運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)1臺控制器對上下輥電機(jī)同步控制。上位機(jī)采用CP5711連接到PLC主站，對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)際運(yùn)行表明，遞送機(jī)速度誤差為±0.02 m/min，滿足生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)運(yùn)行同步、穩(wěn)定。

螺旋焊管生產(chǎn)機(jī)組；遞送機(jī)；同步；通訊；控制器；上位機(jī)

遞送機(jī)（又稱夾送機(jī)）是螺旋焊管生產(chǎn)機(jī)組的主要設(shè)備之一，主要為鋼板通過成型器提供遞送力，其次在鋼板對頭時(shí)，為飛焊小車行走提供拖動力。渤海裝備華油鋼管公司在役的 φ508～φ1620 mm生產(chǎn)線上遞送機(jī)電機(jī)輸出功率為60kW，遞送機(jī)上下輥徑均為600 mm，其上下輥電機(jī)采用2臺控制器主從控制，在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)遞送機(jī)上下輥運(yùn)行不同步現(xiàn)象，造成遞送力不均，在鋼管焊接過程中產(chǎn)生頓板和焊接燒穿現(xiàn)象，影響鋼管焊接質(zhì)量，甚至造成鋼管降級、降廢而造成經(jīng)濟(jì)損失。

為了避免遞送機(jī)上下輥出現(xiàn)運(yùn)行不同步現(xiàn)象，優(yōu)化遞送機(jī)控制模式，根據(jù)設(shè)備實(shí)際狀況設(shè)計(jì)一種新型遞送機(jī)控制方式，對提高焊接質(zhì)量、降低材耗有重要意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遞送機(jī)一拖二控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。6RA80控制器連接的電機(jī)1和電機(jī)2為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過齒式聯(lián)軸器把輸出動力傳遞給聯(lián)合齒輪箱，聯(lián)合齒輪箱帶動遞送機(jī)上下輥轉(zhuǎn)動；PLC主站以Profibus DP通訊方式，對6RA80控制器進(jìn)行啟、?？刂坪瓦\(yùn)行參數(shù)的讀寫，上位機(jī)采用CP5711通訊卡與PLC主站建立連接，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。

圖1 遞送機(jī)一拖二控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1 控制器

采用西門子直流調(diào)速器 SINAMICS DCM 6RA80，在繼承6RA70的基礎(chǔ)上，6RA80可采用Starter軟件進(jìn)行調(diào)試，提高了調(diào)試的可視化程度和方便性，支持DCC功能，可按照生產(chǎn)工藝對指令進(jìn)行組合；增強(qiáng)了抗短路保護(hù)功能；功率因數(shù)具有可變性，工作時(shí)接近“1”，提高了效率。

6RA80控制器的勵(lì)磁和電樞接線端需要連接2臺直流電動機(jī)，電樞采用并聯(lián)方式，勵(lì)磁采用串聯(lián)方式，保證2臺電機(jī)的勵(lì)磁電流恒定。通過控制器端子接口實(shí)現(xiàn)三相主電源、勵(lì)磁電源、控制電源和輸入信號的連接，其接線如圖2所示。

圖2 一拖二控制接線圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)置

2.2.1 接口設(shè)置

6RA80控制器的 IF1通訊口出廠默認(rèn)為CBE20對應(yīng)的PROFINET接口，在該系統(tǒng)的控制過程中，使用的是Profibus DP通訊方式，需要將IF1配置為DP通訊口，因此，設(shè)定參數(shù)P8839[0]=1，P8839[1]=2。

在上位機(jī)中，使用西門子USB-PROFIBUS適配器CP5711與6RA80控制器和PLC主站進(jìn)行通訊，CP5711是 Profibus DP通訊卡，支持USB接口功能，使用更方便。設(shè)置上位機(jī)軟件的PG/PC接口為CP5711。

2.2.2 控制器參數(shù)設(shè)置

通過用Starter軟件對6RA80控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置界面如圖3所示。由于控制器需要對2臺電動機(jī)進(jìn)行同步控制，遞送機(jī)上下輥的輥徑同為600 mm，聯(lián)合齒輪箱的減速比同為655.8，傳動負(fù)載一致，電動機(jī)的型號相同。因此，電動機(jī)的軸系轉(zhuǎn)動慣量是一致的，可以對兩臺電動機(jī)采用同一個(gè)模型建模來對控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

圖3 一拖二控制參數(shù)設(shè)置

2.3 PLC控制

2.3.1 硬件組態(tài)

STEP7編程軟件需要對PLC模塊進(jìn)行配置，即進(jìn)行硬件組態(tài)，才能將PLC程序編譯成PLC可執(zhí)行的代碼。對6RA80進(jìn)行硬件組態(tài)時(shí)，需要安裝GSD文件SINAMICS DC MASTER V1.4，安裝完成后，設(shè)置6RA80的 DP地址并選擇PZD過程數(shù)據(jù)，PLC程序通過PZD對控制器的參數(shù)進(jìn)行讀寫，組態(tài)好的界面如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

2.3.2 程序的編寫

考慮到實(shí)際生產(chǎn)速度和設(shè)備的承受能力，需要對遞送機(jī)進(jìn)行限速處理，使其在規(guī)定速度范圍內(nèi)運(yùn)行。生產(chǎn)中，習(xí)慣以m/min來表示遞送機(jī)的速度，即遞送輥運(yùn)行的線速度，在程序運(yùn)算過程中，需要將輸入速度單位變成mm/min。遞送輥線速度和電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為

式中：v1—遞送輥的線速度；

v2—遞送機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

L—遞送輥的周長；

η—聯(lián)合齒輪箱的減速比。

根據(jù)公式（1）可計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和6RA80控制器的數(shù)字量關(guān)系進(jìn)行量化，可確定需要向6RA80控制器設(shè)定的數(shù)字量的大小，并將數(shù)字量保存在DB2.DBW72數(shù)據(jù)塊中，轉(zhuǎn)換程序模塊如圖5所示。

報(bào)文是通訊中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝?，包含了完整的?shù)據(jù)信息，PLC主站與SINAMICS DCM 6RA80控制器以報(bào)文形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SINAMICS DCM報(bào)文格式見表1。

圖5 遞送機(jī)速度轉(zhuǎn)換程序模塊

表1 SINAMICS DCM報(bào)文格式

設(shè)置P0922=20，使SINAMICS DCM報(bào)文為標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文16-bit VIK-NAMUR，發(fā)送和接收參數(shù)自動BICO連接設(shè)置。

PLC程序通過SFC14功能塊對控制器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行讀取，通過SFC15功能塊對控制器進(jìn)行啟停控制和速度設(shè)置，遞送機(jī)運(yùn)行控制程序如圖6所示。

圖6 遞送機(jī)運(yùn)行程序

2.4 上位機(jī)組態(tài)

WinCC組態(tài)軟件本身提供了S7-300PLC的驅(qū)動軟件，是目前所有組態(tài)軟件中功能比較強(qiáng)大的一種，可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)，內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單有效地進(jìn)行組態(tài)?？紤]到PLC主站為S7-300系列，因此選用同為西門子公司的WinCC作為上位機(jī)組態(tài)軟件。

在WinCC軟件中，需先建立與PLC主站連接的輸入輸出參數(shù)，建立連接的參數(shù)見表2。

表2 輸入輸出參數(shù)

在WinCCExplorer.exe中新建文件，并設(shè)置軟件中的計(jì)算機(jī)名與本地計(jì)算機(jī)名一致；添加OPC協(xié)議 與PLC主站建立通訊，在新建的OPC協(xié)議中，通過Add Item將建立的PLC輸入輸出參數(shù)添加進(jìn)來，然后進(jìn)入圖形組態(tài)界面進(jìn)行編輯，監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 遞送機(jī)運(yùn)行監(jiān)控界面

3 結(jié) 語

該系統(tǒng)通過一臺6RA80控制器對兩臺電動機(jī)采用同一模型建模，實(shí)現(xiàn)了對遞送機(jī)上下輥運(yùn)行的同步控制，減少了控制系統(tǒng)的投入，避免了主從控制模式其中一套控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障帶來的遞送上下輥不同步運(yùn)行的問題。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，日常維護(hù)方便。

［1］廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

［2］馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社,2012.

［3］向曉漢.西門子WinCC V7從入門到提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

［4］GB/T 9711—2011:2012，石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管[S].

［5］楊德印.電動機(jī)的控制與變頻調(diào)速原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

［6］西門子公司.SINAMICS DCM操作說明[M].北京：西門子有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán)，2013.

［7］梁濤，楊彬，岳大為.Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2013.

［8］向曉漢,蘇高峰.西門子PLC工業(yè)通信完全精通教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2013.

［9］畢宗岳.管線鋼管焊接技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

［10］API SPEC 5L（45版）：2013，管線鋼管規(guī)范[S].

Design and Application of One-to-two Control System for Delivery Machine

ZHOU Shuliang,DENG Zhiwei,GU Hailong,WEI Ting,YU Zhenning,LIAO Hong
(CNPC Bohai Equipment North China Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Qingxian 062658,Hebei,以China）

Aim at the problems of pausing plate and burning through during SAWH pipe production course,which caused by the reason that the up and down rollers of delivery machine are not synchronous,a kind of one-to-two control system was designed. This system communicates with PLC master station in Profibus DP mode,through the parameter setting of Starter software on the SINAMICS DCM 6RA80 controller and the processing of PLC program operation,the goal that one controller synchronously controls two motors of up and down rollers comes ture.The upper computer was connected to PLC master station through CP5711,and monitors the running parameters.Actual operation shows that delivery machine speed error is±0.02 m/min,meet the requirements of production process,and the operation is synchronous and stable.

SAWH pipe production unit;delivery machine;synchronization;communication;controller;upper computer

TG333.93

B

1001－3938（2015）08-0042-04

周書亮（1984—），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事電氣設(shè)計(jì)與設(shè)備維護(hù)工作。

2015-02-06

張 歌