鋼管涂敷傳動線自動化技術

金建新 楊志剛 范利鎖 孔瑞林

[摘? ? 要]文章敘述鋼管涂敷生產(chǎn)線的自動化技術研究，鋼管在涂敷傳送線上的自動追脫管技術，主要進行了傳感器的設計與選型，編制PLC程序，建立程序中鋼管傳動速度變化的程序算法。也簡要介紹了生產(chǎn)線全集成自動控制系統(tǒng)全貌，及自動化控制系統(tǒng)現(xiàn)場設備使用過程中應注意的事項。

[關鍵詞]傳感器;中控系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集;集成控制

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–02

Automation Technology of Steel Pipe Coating Transmission Line

Jin Jian-xin， Yang Zhi-gang， Fan Li-suo， Kong Rui-lin

[Abstract]The article describes the research on the automation technology of the steel pipe coating production line， the automatic tracking technology of the steel pipe on the coating conveyor line， mainly the design and selection of the sensor， the preparation of the PLC program， and the establishment of the program of the steel pipe transmission speed change in the program algorithm. It also briefly introduces the full picture of the fully integrated automatic control system of the production line， and the matters that should be paid attention to during the use of the field equipment of the automatic control system.

[Keywords]sensor; central control system; data acquisition; integrated control

鋼管涂敷加工產(chǎn)業(yè)至今已經(jīng)歷至少40年的發(fā)展。根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)外的鋼管涂敷企業(yè)的生產(chǎn)線自動化程度均很低，可以說還停留在機械化或半機械化狀態(tài)。在工業(yè)革命4.0，特別是在工廠數(shù)字化和智能化發(fā)展迅速的今天，對自動化需求更大。因此，針對鋼管涂敷生產(chǎn)線自動化技術研究正當其時。

鋼管涂敷的工藝流程主要包括：鋼管預熱→鋼管表面打砂除銹→鋼管中頻加熱→環(huán)氧粉末噴涂→膠粘劑擠出、纏繞→PE擠出、纏繞→鋼管冷卻→管端打磨等。為保證涂敷作業(yè)的連續(xù)性，在鋼管預熱、打砂除銹、中頻加熱、環(huán)氧粉末噴涂和膠粘劑/PE涂敷時鋼管間需用接管器首尾對接。自動控制重點是實現(xiàn)產(chǎn)線中相關設備連鎖控制，達到設備之間無人操作的聯(lián)動，減少人為因素干擾，使生產(chǎn)運行更加穩(wěn)定。實現(xiàn)設備運行工況的數(shù)據(jù)采集，為生產(chǎn)、質(zhì)量、技術、資源等管理提供數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線自動化的核心技術在于：實現(xiàn)追管和脫管過程的自動控制以及各工序的連鎖控制，實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)生產(chǎn)運行。

1 自動追管

1.1 進管加速追管的原理

生產(chǎn)運行時，在涂敷傳動線上的前面一根鋼管管頭經(jīng)過傳感器2時，開始記錄時間、經(jīng)過傳感器3時，再次記錄時間，從而計算出鋼管運行速度;當管尾經(jīng)過傳感器1時，后面的鋼管開始進入傳動線，并與前管同速前進;在前面的管尾經(jīng)過傳感器3時，后面的鋼管開始加速，當被加速的鋼管頭端經(jīng)過傳感器2、3時，計算出管速，通過速度差能夠計算出加速時間，達到追管的目的;同時為避免偏差（不能追上前管，或未及時減速撞壞前管），在程序中加入修正值，根據(jù)生產(chǎn)實踐，這個值需要根據(jù)現(xiàn)場追管情況進行數(shù)據(jù)錄入，每次調(diào)整生產(chǎn)線調(diào)整一次即可。

1.2 技術實現(xiàn)

傳動線追管段的基本布局如圖1所示。

如圖1所示，管道前進方向（右側）為輥道2段，該段速度恒定，后面為輥道1段，當前面一根鋼管（前管）的管尾離開光電開關DOS時，輥道一段沒有鋼管，此時關停輥道一段的運行，同時進管小車自動將鋼管送到輥道1段，小車托臂落下，鋼管置于輥道上，光電開關S0檢測到有管，發(fā)送信號啟動輥道1段。當前管的管尾離開光電開關ZGS2和ZGS1，系統(tǒng)記錄時間，計算出時間間隔為T1，光電開關ZGS1和ZGS2之間的距離為L1，計算出前管的速度V1，V1=L1/T1。

當前管的管尾離開ZGS1時，后管開始加速前進，后管的管頭分別進入ZGS2和ZGS1時，并記錄時間，計算出使用時間為T2，PLC計算出后管高速追管時的速度V2，V2=L1/T2。

通過記錄的前管離開光電開關ZGS1和后管進入光電開關ZGS1的時間，可以計算出此時間差為T3，則可以計算出當后管管端頭到光電開關ZGS1時，前管的管尾已經(jīng)離開光電開關ZGS1的距離為V1×T3，設此時后管追上前管的時間為T4，則：T4×V2=V1×T3+V1×T4。

計算出T4：T4=V1×T3/（V2-V1）。

PLC在后管進入ZGS1的時間基礎上延時T4，延時時間到時將輥道1段速度設置為與輥道2段的速度一致，完成一次追管。

為了防止追管后管到輥道2段的第一個傳動輪還未減速，引起鋼管在輥道1段和輥道2段之間，兩段的速度不一致發(fā)生意外。我們需要在管道進入輥道2段的第一個傳動輥輪時，輥道1段強制減速至恒速。

前面已經(jīng)計算出高速追管的速度為V2，測量出光電開關與輥道2段第一個傳動輪的距離為L2。計算出強制減速時間為T5：T5=L2×T2/L1。

當延時至T5無論追管是否追上都強制減速至恒速。鋼管加工項目同一批次鋼管長度普遍存在不是一致的情況，給追管啟動時間點的確定帶了困難。

為解決鋼管長度偏差問題，在鋼管存儲板鏈上采用對管器，把鋼管前進方向一端對齊，這樣在傳動線上設定位置檢測到前一根管管尾，即啟動板鏈前進，并有進管小車裝載后一根鋼管進入傳動線。這樣使得修正直一直保持穩(wěn)定，然后保證追管動作的準確穩(wěn)定。

2 傳送線脫管（技術重點）

脫管工序需要在增加光電開關檢測管道位置，當檢測到管道進入脫管位置范圍時前管加速前進以脫離后管。通過前管頭和后管尾，以及脫管位置反射型光電開關的觸發(fā)時序及狀態(tài)判斷管道所處狀態(tài)，根據(jù)這些狀態(tài)時序控制電機和給出異常報警。自動脫管傳感器的布局如圖2所示。

當管頭進入TGS1和TGS2分別記錄時間，計算出時間差為T6，兩個光電開關之間的距離為L3，計算出速度V3為：

V3=L3/T6

系統(tǒng)設置鋼管管長為L5，光電開關TGS1距離輥道2段最后一個傳動輪的就為L4，計算出光管在進入TGS1后T7時間后管接頭離開輥道2段的最后一個傳動輪：T7=（T5-T4）×T6/L3。

PLC控制鋼管管頭在進入TGS1后T7后輥道3段開始加速，當鋼管管尾離開光電開關TGS2結束加速，然后保持低速前進到輥道3段末端的光電開關，輥道3段停止，出管小車從輥道上將鋼管取走，并放到板鏈上。

一站板鏈執(zhí)行自動進管程序，當發(fā)現(xiàn)托舉小車上方無管時自行向前移動，此區(qū)域增設了“停止”按鈕，一旦質(zhì)檢等人員需要鋼管停止不動時按下此按鈕，板鏈立即停止前進。

3 集成控制系統(tǒng)

在解決了生產(chǎn)線中最關鍵技術環(huán)節(jié)，同時研究設計了約20多臺套設備的自動化運行技術，以及各設備聯(lián)動、互鎖、協(xié)調(diào)運行技術的實現(xiàn)。

研究開發(fā)設計了小型的生產(chǎn)線DCS，實現(xiàn)全車間的自動監(jiān)控。系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：①對現(xiàn)場生產(chǎn)線監(jiān)視和控制;②對產(chǎn)線所有設備信息及部分生產(chǎn)信息的收集及分析;③為數(shù)字化轉型預留接口，方便與后續(xù)公司相關管理系統(tǒng)對接。如MES、ERP等。④系統(tǒng)及產(chǎn)線設備故障報警功能。

4 鋼管涂敷自動化系統(tǒng)同安裝使用注意事項

（1）防腐車間屬重工業(yè)加工，車間灰塵較大，在光電傳感器的選用謹慎，盡可能避免。若選用需要及時做好鏡頭的灰塵清理，避免無動作。

（2）車間幾乎是敞開式，甚至部分設備布置在車間外，因此傳感器和執(zhí)行電器的選用必須考慮防水、防潮。否則產(chǎn)線不能長期穩(wěn)定運行。

（3）集成控制系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫，在建設時必須兼顧當時或預測未來數(shù)字化、智能化技術趨勢，做到可擴展，兼容性強。

5 結束語

基于以上技術研究和應用，自動化系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，滿足生產(chǎn)要求。在3LPE生產(chǎn)線中，還有涂敷工段，其控制技術原理與打砂段類似，所有以上技術也在涂敷段得到驗證及應用。本控制系統(tǒng)監(jiān)視和采集生產(chǎn)線上的各設備實時數(shù)據(jù)，并通過相關畫面實時共享和展示。提供與MES、EMS、鋼管數(shù)據(jù)系統(tǒng)的接口。

隨著社會上智能化和數(shù)字化技術的發(fā)展成熟，我們的生產(chǎn)線也可進一步提升數(shù)字化和智能化水平。

參考文獻

[1] 熊幸明.工廠電氣控制技術[M].第2版.北京：清華大學出版社，2009.

[2] 肖軍.DCS及現(xiàn)場總線技術[M].北京：清華大學出版社，2011.