钢管生产线的自动控制传输技术研究

苏安徽

（天津腾飞钢管有限公司，天津300300）

0 引言

由于一次化石能源（如天然气、石油）长途运输的需要，各种钢管的需求量大幅攀升，而这需要强大的钢管生产线做保障。

钢管生产线中重要而繁杂的一环是钢管传输，该环节实现自动控制将能有效降低人工成本、节省工作时间，并提高整条生产线的生产效率，是国内外各钢管制造厂共同追求的目标。

1 钢管传输的控制要求

1.1 概述

钢管生产线中的钢管传输，就是将成型机生产出的管子通过辊道、横移运管车、旋转辊、接翻管器等运到预焊机、内焊机、外焊机、X光检验设备、扩径机、水压机、平头机等主机和修补岗位的设备。不同类型钢管的具体传输流程、道数有所不同（直缝埋弧管约有70个传输节点），这里不一一列举。

在实际生产中，各传输设备的动作要求、联锁关系应符合《传输设备工艺要求说明书》，自动控制的设计也应基于该《说明书》。

1.2 工作模式和传输动作定义

综合考虑钢管传输作业的各种可能环境，自动控制系统应具备3种工作模式：（1）点动。在此模式下，只要按住按钮就驱动设备运行，而不考虑互锁关系。此模式主要用于故障和设备检修。（2）手动。能在考虑互锁关系的基础上自行完成一个单步动作。此模式主要用于生产线测试或初始条件变化的情形。（3）自动。在这种模式下只要初始条件满足，所有流程将自主运行。

1.3 操作台布置结构

钢管生产线自动控制传输系统需要利用一系列传感器、编码器、变频器等元件组成操作台。关于操作台的布置，应遵循以下原则：（1）根据不同生产范围设置分区主操作台，根据不同位点设置工位操作台。一个分区主操作台控制若干个工位操作台。各分区操作台通过有线或无线链接与总控联系，并在总控授权下工作。（2）各传输设备根据操作台命令进行操作，并将实时情况进行反馈，有异常出现时，应优先停机，及时报警。（3）变频器参数设定、传感器故障检测以及异常发信应在分区主操作台进行（通过触摸屏）。

2 自动控制传输的硬件实现

2.1 硬件架构

根据目前主流设计，一般以西门子S7系列可编程控制器作为核心控制部分，以Profibus－DP总线作为通讯总线，以先进的变频器作为驱动元件。

2.2 主要节点的实现方式

主要节点指钢管自动对中、管端对齐、接翻管实现、接翻旋转实现、升降旋转实现、横移等，限于篇幅，这里仅选部分进行讨论。

（1）钢管自动对中。该环节的目的是保证钢管轴线中心位置与台架中心位置重合，以便于横移运管车运行钢管。其基本配置需两个传感器（S1、S2）和一个编码器（EN），如图1所示。

图1 钢管自动对中的实现

设钢管长度区间为（x1，x2），则S1、S2以及EN的位置应满足式（1）：

（2）接管实现。该环节的目的是平稳接收横移运管车运到辊道上的钢管，不碰坏辊道和钢管。

（3）横移运管实现。需用到8个传感器和1个编码器，具体如图2所示。其中，Sp感知有管；SL、SR与地面双撞尺组成小车初始位置；Sel、Se2检测横移运管车限位；EN检测小车行程；Su为高位检测，Sd为低位检测。

图2 横移运管实现

3 自动控制传输的软件实现

软件需实现的主要功能包括：（1）故障信息，指PLC系统HMI上对于运输过程中的故障实施即时显示；（2）过程监控，指对钢管输送动作及过程进行监控，包括变频器故障、辊道运转、横移运管车、旋转辊、液压站等；（3）完成传输动作，指系统软件运行必须是可靠、安全的，并具有很好的鲁棒性。

自动控制传输软件是一个体系，应包含系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序等项目。程序编制时，首先根据控制系统的总体要求，确定程序的基本框架，勾勒出控制流程图。鉴于本项目具有很强的逻辑性，因此程序应建立在严密逻辑、顺序控制的基础上。限于篇幅，文章不一一列示各环节的软件流程，仅就横移车倒管工作进行流程展示（图3）。

图3 倒管流程图

另外，软件抗干扰措施主要为定时监控、冗余处理和数据输入／输出的滤波处理。

4 结语

钢管生产线作业范围大，涉及钢管传输的环节多，开发自动传输控制技术将能有效提升生产效率、优化生产流程并保证人身和设备的安全。文章从整体上对自动传输控制技术做了阐述，但限于篇幅，有些地方未能详尽，将在生产实践中不断予以充实、精简。

［1］张艳红.钢管生产线自动控制传输系统设计研究［J］.科协论坛，2013：26（1）：22－24.

［2］张钦军.钢管生产线自动控制传输系统研究［J］.中国高新技术企业，2012：42（1）：17－20.

［3］蒲建学.钢管生产线自动控制传输系统设计［D］.西安：西安科技大学，2013.