一種鋼管FBE 內(nèi)防腐生產(chǎn)線運管車的設(shè)計

0 前 言

鋼管內(nèi)壁FBE （熔結(jié)環(huán)氧粉末） 防腐層涂敷生產(chǎn)形式主要有車載噴涂、 滾涂、 螺旋傳動線噴涂等， 其中車載噴涂主要搭配外淋涂工藝使用，其設(shè)備主要特點是運管車旋轉(zhuǎn)輥只能安裝在靠近兩端的位置， 旋轉(zhuǎn)輥僅接觸鋼管管端100～200 mm范圍， 旋轉(zhuǎn)輥輥輪一側(cè)帶有輪沿， 防止鋼管偏移掉落。 內(nèi)噴涂作業(yè)時， 兩組旋轉(zhuǎn)輥在運管車工進過程中以適當速度驅(qū)動鋼管旋轉(zhuǎn)， 完成環(huán)氧涂料在鋼管內(nèi)壁的均勻涂敷。

2.1 文獻檢索結(jié)果 初步檢索得到496篇相關(guān)研究，最終共納入27項RCTs[4-30]，共計2 775例CP患者。文獻篩選流程及結(jié)果見圖1，其中中文發(fā)表為25篇，英文發(fā)表2篇。

為了驗證實驗裝置測量的準確性，對正入射金屬鋁材料粗糙表面的測量數(shù)據(jù)進行了高斯擬合和幾何光學近似逼近，得到了正入射情況下材料表面的散射光強,如圖3和圖4所示。

在生產(chǎn)過程中， 鋼管從進管臺架向運管車旋轉(zhuǎn)輥運行的上管作業(yè)對精度要求很高， 通常利用廠房內(nèi)天車對鋼管進行裝、 卸， 地面工作人員協(xié)助指揮， 此方式需要頻繁掛吊和倒運， 不僅勞動強度高， 還存在安全風險。 本研究利用升降輥道和液壓翻料鉤， 配合編碼器和接近開關(guān)傳感器，實現(xiàn)鋼管在臺架和運管車之間的轉(zhuǎn)移以及在旋轉(zhuǎn)輥的準確對中落位。

1 運管車機械設(shè)計

運管車由底座、 行走輪、 旋轉(zhuǎn)輥、 翻料鉤、鋼管對中機構(gòu)及配套的液壓系統(tǒng)組成， 如圖1 所示。 車體采用常規(guī)的軌道四輪行走平臺， 其上安裝液壓接管、 送管翻料鉤各一組， 兩端旋轉(zhuǎn)輥固定在插銷定位二級平臺上， 可實現(xiàn)不同定尺長度鋼管的批量生產(chǎn)。 當鋼管轉(zhuǎn)移到運管車后， 需進行基于兩端旋轉(zhuǎn)輥的自動對中控制， 同時在運管車中部設(shè)計了一組升降輥道， 以實現(xiàn)鋼管沿軸線方向的移動。

2 自動對中方案

在Step7 Micro/Win Smart 編程軟件中， 提供了專用的順序控制編程工具， 用標識符S0.1、S0.2、 S0.3……代表步1、 步2、 步3……， SCR是程序裝載指令， SCRE 是程序結(jié)束指令，SCRTS 是跳轉(zhuǎn)指令。 依據(jù)圖4 進行PLC 編程，順序控制程序如圖5 所示。

3 電氣設(shè)計

3.1 硬件組成

控制系統(tǒng)使用的是西門子S7-200smart 系列PLC， 電機采用變頻器驅(qū)動， Modbus 通訊方式。系統(tǒng)控制流程如圖3 所示， 操作臺具有手動、 自動控制功能， 其上安裝一塊觸摸屏， 具有運行參數(shù)設(shè)定、 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等功能。 此外， 車體上還安裝檢測傳感器， 主要用于升降輥道、 翻料鉤、運管車體的位置檢測和鋼管的有料檢測。 PLC 對采集到的傳感器信號進行邏輯運算， 控制各電機和液壓系統(tǒng)， 完成整個生產(chǎn)過程的自動控制。

3.2 控制流程

帶寬矢量h可以通過質(zhì)點群的方差依比例進行設(shè)定，這主要是通過對協(xié)方差矩陣進行Cholesky分解計算得到（Bickel and Levina，2008）。

對于單機設(shè)備的自動控制程序， 使用順序控制結(jié)構(gòu)的梯形圖編程是經(jīng)典的解決方案。 順序控制最基本的方法是將設(shè)備運行的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步， 在任何一步內(nèi)， 各輸出量的狀態(tài)保持不變， 由上一步轉(zhuǎn)為下一步的控制邏輯程序稱為轉(zhuǎn)換條件。

一個完整的運管車控制流程可大體分為接管、 鋼管對中、 噴涂工進和出管。 其中， 接管、出管控制相對簡單， 噴涂工進過程是通過控制各變頻器的輸出頻率來控制運管車的移動速度和旋轉(zhuǎn)輥的旋轉(zhuǎn)速度， 使之與靜電粉末噴涂系統(tǒng)的出粉量相匹配， 來滿足生產(chǎn)工藝要求。

3.3 PLC 編程

鋼管的自動對中程序則比較復雜， 其控制流程如圖4 所示。 首先， 升降輥道升起， 按前述設(shè)計方案完成鋼管對中； 之后并不能直接將輥道降下， 原因是輥道升降動作由油缸完成， 很難保證升降動作準確同步， 導致鋼管在下降過程中沿輥道旋轉(zhuǎn)方向會有少量偏移。 因此， 當鋼管完成對中后， 翻料鉤首先升起， 使鋼管從輥道脫離， 待輥道下降到位后， 再由翻料鉤將鋼管下放到旋轉(zhuǎn)輥上。

FBE 內(nèi)防腐管一般都是定尺管， 管長偏差控制在±30 mm 以內(nèi)。 為了實現(xiàn)鋼管到旋轉(zhuǎn)輥的落位對中控制， 在運管車兩端各安裝一個接近開關(guān)傳感器用于鋼管有料檢測， 兩傳感器中心與兩旋轉(zhuǎn)輥中心重合， 即將問題轉(zhuǎn)化為基于兩端傳感器的對中控制。 在其中一個升降輥道軸端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器， 當輥道帶動鋼管移動時， 通過對編碼器的高頻脈沖計數(shù)值進行計算， 得到鋼管沿軸線方向的移動距離。 鋼管自動對中原理如圖2 所示，當鋼管轉(zhuǎn)移到輥道后， 不論初始具體位置， 首先輥道帶動鋼管向前運行； 到達前限位后停止， 然后輥道向后（反向） 運行； 當鋼管脫離前限位時編碼器開始計數(shù)， 當后限位傳感器檢測到鋼管另一端時計數(shù)結(jié)束， 根據(jù)輥道設(shè)計參數(shù)， 可以計算得出鋼管移動距離L。 依據(jù)幾何原理， 控制鋼管向前運行， 當計數(shù)長度達到0.5L 時， 輥道停止，此時鋼管所處位置即為相對旋轉(zhuǎn)輥的對中位置。

圖6 所示為鋼管自動對中程序， 為了消除變頻器減速時間和鋼管運行慣性的影響， 在對中程序中使用階梯式減速控制， 目的是保證不同規(guī)格鋼管的減速制動時間一致， 同時消除因鋼管慣性不同造成的偏差。

4 結(jié) 論

（1） 本研究設(shè)計的運管車經(jīng)長期實際運行，穩(wěn)定性得到了驗證。 它采用升降輥道和翻料鉤結(jié)構(gòu)， 采用編碼器和PLC 自動控制系統(tǒng)， 替代了天車吊運的傳統(tǒng)方式， 減少了設(shè)備投入， 降低了工人勞動強度和安全風險。

從文中分析可知，商業(yè)銀行零售網(wǎng)點的轉(zhuǎn)型有著重要的意義。雖然在現(xiàn)階段當中，我國在轉(zhuǎn)型的過程當中還存在著許多問題，但要采取合理有效的措施，相關(guān)單位有較好的耐心，不斷明確管理目標，改變創(chuàng)新策略，加強重視客戶體驗就能有效加快零售網(wǎng)點的轉(zhuǎn)型。

（2） 由于在接近對中停止位置進行了針對性的減速控制， 對中精度得到了保證， 經(jīng)實際運行測試， 對中精度可以達到±10 mm。

（3） 對于不同直徑的鋼管， 其與輥道表面包絡(luò)線的接觸點不同， 理論上鋼管移動距離的計算公式也應(yīng)隨之變化； 但在本研究中， 真正參與控制的是0.5L 相對值， 鋼管移動的真實距離并沒有意義， 因此不必隨鋼管直徑變化進行控制調(diào)整。

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

[2] 劉美俊. 西門子S7 系列PLC 的應(yīng)用與維護[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3] 魏克新. 自動控制綜合應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2012.

[4] 李鋼，張增全，韓保材，等. 直縫埋弧焊管生產(chǎn)線鋼板上料裝置優(yōu)選方案[J]. 焊管，2015（9）：64-68.

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

[6] 李鋼，韓保材. 直縫埋弧焊管輥道對中的精確控制[J].焊管，2016（10）：59-60.

[7] 李強. 螺旋焊管傳輸設(shè)備運管車自動運行原理分析[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[8] 張朋年，尹志遠，茆建軍. 采用PLC 點位計數(shù)方式的鋼管輥道傳輸自動對中系統(tǒng)[J]. 焊管，2019（8）：65-68.

[9] 魏發(fā)游. 鋼管3PE 防腐螺旋傳動線自動追(脫)管及對中方案[J]. 焊管，2012（10）：43-47.

[10] 王元慶. 新型傳感器原理及應(yīng)用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.