螺旋焊管預焊機組成型、預焊離線操作改造

王 剛，茹 翔，譚 赟，胡緒波，陳立濤，王冬虎

（1.國家石油天然氣管材工程技術研究中心，陜西 寶雞 721008；2.寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞721008）

螺旋焊管預焊機組成型、預焊工序作為預精焊生產(chǎn)的關鍵工藝，通常采用傳統(tǒng)的人工檢測工藝參數(shù)、在線觀察和調(diào)整設備，現(xiàn)場工作環(huán)境差，人工勞動強度大。 隨著傳感技術、自動控制技術以及視頻監(jiān)控技術的發(fā)展，成型、預焊崗位實現(xiàn)離線操作改造已具備成熟的技術基礎。

1 螺旋焊管預焊機組成型、預焊崗位操作現(xiàn)狀

1.1 崗位操作技術

鋼管成型和預焊工序是螺旋焊管預焊機組的核心。 國內(nèi)螺旋焊管預焊機組仍為人工在線檢測和調(diào)整，在設備的自動化和信息化方面與國際先進水平還有較大差距。

1.2 崗位操作設備

1.2.1 成型崗位

成型崗位負責遞送機、銑邊機、成型機和鋼帶除銹等設備的操作、維護和調(diào)整； 負責監(jiān)測工作寬度、坡口角度/鈍邊、鋼管周長、噘嘴和錯邊等數(shù)據(jù)，并依據(jù)標準要求進行相應調(diào)整。

1.2.2 預焊崗位

預焊崗位負責匯流排、氣體配比器的使用、維護及氣體更換； 負責預焊焊接操作及焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊絲伸長、焊頭傾角等工藝參數(shù)的檢查； 負責焊頭機構、移動機構、送絲機構和焊絲盤架等設備的調(diào)整及維護； 負責混合氣體的開關、流量調(diào)整； 負責焊縫跟蹤系統(tǒng)及電弧攝像頭的微調(diào)。

2 實現(xiàn)成型、預焊崗位離線操作的工藝技術分析

經(jīng)分析，實現(xiàn)成型、預焊崗位離線操作需要解決三方面問題：一是成型、預焊工藝參數(shù)的自動采集，二是崗位設備運行狀態(tài)的監(jiān)視，三是成型、預焊操作的離線控制。

2.1 成型、預焊工藝參數(shù)的自動采集

在崗位加裝成型、預焊工藝參數(shù)自動測量裝置，實現(xiàn)成型、預焊控制所需的各項參數(shù)在崗位上位機的實時顯示，同時，參數(shù)能同步到液晶顯示屏上顯示，便于離線觀察。 工藝參數(shù)采集見表1。

表1 工藝參數(shù)采集表

2.2 崗位設備運行狀態(tài)的監(jiān)視

安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將崗位圖像傳輸至離線操作室，對現(xiàn)場設備進行實時動態(tài)監(jiān)視，監(jiān)視位置和內(nèi)容包括：①成型合縫處——監(jiān)控成型合縫咬合狀態(tài)、錯邊情況及焊墊輥位置； ②精銑后橫梁——監(jiān)測成型器2#輥狀態(tài)及管體表面的劃傷和輥痕； ③精銑邊機后兩側——監(jiān)測鋼帶精銑后的坡口狀態(tài)及原料是否有波浪等； ④成型咬合點前——監(jiān)測成型縫的松緊變化。

2.3 成型、預焊操作的離線控制

設置離線操作臺進行離線控制，操作臺設備包含焊機操作箱、焊縫自動跟蹤設備、視頻監(jiān)控設備、工藝參數(shù)顯示儀表以及成型、預焊設備操作按鈕、指示燈等； 再輔以監(jiān)測設備，操作人員可實現(xiàn)離線工藝參數(shù)的監(jiān)控、現(xiàn)場設備狀態(tài)的觀察以及崗位工藝的調(diào)整。

3 螺旋焊管預焊機組成型、預焊離線操作系統(tǒng)

螺旋焊管機組成型、預焊離線操作系統(tǒng)主要包括成型和預焊生產(chǎn)工藝參數(shù)自動采集/顯示系統(tǒng)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)及離線操作系統(tǒng)。 系統(tǒng)工作流程如圖1 所示。

圖1 成型、預焊離線操作系統(tǒng)工作流程圖

3.1 成型、預焊生產(chǎn)工藝參數(shù)自動采集/顯示系統(tǒng)

根據(jù)工藝參數(shù)采集需求，在成型器、銑邊機及后橋等位置加裝位移傳感器，在焊接系統(tǒng)加裝霍爾傳感器，實現(xiàn)工藝參數(shù)的自動采集。 采集數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC 程序運算后，通過上位機組態(tài)軟件進行集中顯示，各檢測數(shù)據(jù)還可經(jīng)過該程序與智能儀表連接實現(xiàn)同步顯示。

3.1.1 上位組態(tài)軟件

上位機采用力控Forcecontrol V7.1 監(jiān)控組態(tài)軟件。 Forcecontrol V7.1 支持 Windows 操作系統(tǒng)下以分布式應用，軟件設計可根據(jù)工廠遠程監(jiān)控的需要采用多種 “模型與軟數(shù)據(jù)總線” 技術進行系統(tǒng)設計，支持在線修改參數(shù)。 根據(jù)實際需要，可按照歷史服務器、事件服務器、報警服務器及Web 服務器等多種應用模式進行系統(tǒng)配置，適合大型SCADA 系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)信息化的生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度應用。

3.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)分析、報表查詢和報警統(tǒng)計。 系統(tǒng)功能選擇界面如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能選擇界面

（1） 數(shù)據(jù)顯示。 數(shù)據(jù)顯示界面是以設備俯視示意圖的方式將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)標識在對應位置，用于生產(chǎn)中數(shù)據(jù)監(jiān)視。 檢測數(shù)據(jù)具有上下限設置，當數(shù)據(jù)處于范圍內(nèi)時，顯示為綠色，當數(shù)據(jù)超過或低于設置的范圍值時，該數(shù)據(jù)字體變?yōu)榧t色，且會進行閃爍。 數(shù)據(jù)顯示界面如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)顯示界面

（2） 參數(shù)設置。 參數(shù)設置界面如圖4 所示，它用于設置各個重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)閃爍報警上下限。

（3） 數(shù)據(jù)分析。 數(shù)據(jù)分析界面如圖5 所示，可對實時曲線及歷史曲線進行查詢。

圖4 參數(shù)設置界面

圖5 數(shù)據(jù)分析界面

（4） 報表查詢。 報表查詢界面如圖6 所示，它是以報表方式對數(shù)據(jù)進行查詢。

（5） 報警統(tǒng)計。 報警統(tǒng)計界面如圖7 所示，該界面是報警查詢界面，可對歷史報警進行查詢。

圖6 報表查詢界面

圖7 報警統(tǒng)計界面

3.2 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖8 所示。 該系統(tǒng)由5 臺視頻監(jiān)控攝像機、2 臺數(shù)字硬盤錄像機設備和視頻監(jiān)視器組成。 攝像機負責各監(jiān)控點的視頻采集，硬盤錄像機負責視頻存儲、網(wǎng)絡管理、視頻分路輸出等。 5 臺攝像機分別安裝在成型合縫處、精銑后鋼帶兩邊、導板入口處、成型嚙合點前。 可以將監(jiān)控畫面在操作臺監(jiān)視器和看板（液晶顯示器） 上顯示。 系統(tǒng)功能主要包括畫面分割、云臺控制和錄像查詢。

圖8 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構示意圖

（1） 畫面分割。 畫面分割界面如圖9 所示，通過此功能可選擇畫面分割模式和通道數(shù)。

圖9 畫面分割界面

（2） 云臺控制。 云臺控制界面如圖10 所示，可實現(xiàn)攝像機變倍、聚焦、光圈的遠程調(diào)整控制。

圖10 云臺控制界面

（3） 錄像查詢。 錄像查詢界面如圖11 所示，通過此功能可以根據(jù)日期、時間檢索，進行 “錄像查詢”。 圖11 中，①為錄像畫面，②為查詢模式選項，③為查詢?nèi)掌谶x項，④為攝像機選項，⑤為播放控制器。

圖11 錄像查詢界面

4 螺旋焊管預焊機組成型、預焊離線改造過程簡介

在離線操作室內(nèi)設置離線操作臺，將離線操作系統(tǒng)集成到該操作臺。 操作臺采用鋼琴臺面，立面分別布置焊接操作箱、焊縫自動跟蹤顯示屏、電弧攝像機顯示屏、合縫狀態(tài)顯示屏、設備監(jiān)控顯示屏 （四畫面）、崗位操作終端顯示屏以及部分參數(shù)顯示儀表； 操作臺平面布置崗位 （主要包括成型器、后橋、銑邊機、焊縫跟蹤等設備） 操作按鈕和指示燈等。 操作臺布置如圖12所示，操作臺內(nèi)布置如圖13 所示。

圖12 操作臺布置示意圖

圖13 操作臺內(nèi)布置示意圖

5 螺旋焊管預焊機組成型、預焊離線操作系統(tǒng)使用效果

筆者所在的單位已完成預焊機組成型、預焊離線操作的改造，截止發(fā)稿，該系統(tǒng)已連續(xù)使用1 年多，先后完成了 Φ820 mm×10 mm/11 mm、Φ914 mm×12.7 mm/16 mm、Φ920 mm×12 mm/14 mm、Φ1 016 mm×17.5 mm、Φ1 020 mm×12 mm/14 mm、Φ1 219 mm×18.4 mm、Φ1 220 mm×15 mm/18 mm、Φ1 420 mm×16 mm/18 mm 及 Φ1 422 mm×21.4 mm等多種規(guī)格近5 萬t 鋼管的正常生產(chǎn)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。

6 結 論

（1） 實現(xiàn)了螺旋焊管成型、預焊工藝參數(shù)的自動采集，崗位人員對成型和預焊設備的控制更加精確。

（2） 實現(xiàn)了螺旋焊管成型、預焊工藝參數(shù)的定量化分析，鋼管質(zhì)量更加穩(wěn)定。

（3） 實現(xiàn)了螺旋焊管成型、預焊崗位設備運行管理和生產(chǎn)過程控制的融合，有利于實現(xiàn)鋼管精益生產(chǎn)。

（4） 改變了螺旋焊管預焊機組成型、預焊崗位的操作習慣，由傳統(tǒng)的在線操作變?yōu)殡x線控制，崗位人員工作環(huán)境得到了極大改善。 該項目為螺旋焊管預焊機組的信息化、智能化技術提升做出了有益的嘗試。