钢管公端磷化装置自动控制系统的应用

菅宸龙，唐滨（天津赛瑞机器设备有限公司，天津300301）

钢管公端磷化装置自动控制系统的应用

菅宸龙，唐滨（天津赛瑞机器设备有限公司，天津300301）

[摘要]针对传统磷化设备人工操作效率低的问题，设计了一种以可编程控制器（PLC）为控制核心的钢管公端磷化装置控制系统。该系统操作简单，实现了对公端磷化设备的自动控制，提高了工作效率，取得了较高的经济效益。

[关键词]磷化设备；可编程控制器；自动控制；系统；应用

1　引言

公端磷化设备可实现对无缝钢管管端磷化产生磷化膜，在一定程度上防止金属被腐蚀和提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。传统磷化装置需操作人员手动进行操作。本文设计了一种以SIMENS可编程控制器为控制核心，结合现场传感器，通过西门子STEP7软件进行编程的控制系统[1-2]，以实现对公端磷化设备进行自动控制。

2　磷化装置组成及工作过程

2.1磷化装置组成

磷化装置由链床、电磁铁、托起装置、摆动托辊、脱脂槽、水洗槽、表调槽、磷化槽、室温水洗槽、热水槽、出口斜台架、控水装置组成。

2.2磷化装置工作过程

钢管在链床上随链条前进。前进至脱脂工位，托起装置和摆动托辊将钢管一端抬起，另一端浸入脱脂槽内；脱脂完成后，将钢管缓慢降低，重新放回链床，继续前进至下一个工位。整个循环包括：脱脂→水洗→表调→磷化→室温水洗→热水洗6个过程。磷化整个循环完成后，钢管滚入出口斜台架。接到来管信号，控水装置一端的液压缸将空水支架抬起，空水支架支撑住斜台架上的钢管，慢慢升起，形成3°斜角，空出钢管中残留积水。

3　控制系统组成及原理

3.1系统组成

公端磷化装置控制系统由基础自动化控制系统以及计算机控制系统组成。基础控制系统是基于Profibus-DP总线的CPU控制[2]，主要实现快速控制以及工艺的连锁。计算机控制系统由HMI等外设组成，主要用于工艺参数的管理、保存和现场监控。整套磷化设备控制系统包括PLC、变频器、现场传感器、HMI，如图1所示。

图1　磷化设备控制系统组成图

3.2 PLC在控制系统中的应用

3.2.1 PLC系统组成

PLC控制系统采用西门子S7-300系列PLC，CPU型号为CPU315-2DP,并配备16路数字量输入模块，16路数字量输出模块以及8路模拟量输入模块[3]。其中数字量输入模块用于采集现场传感器、启动停止、急停、报警等输入信号；输出模块用于驱动链床、摆动托辊等现场设备。模拟量输入模块用于采集水槽内测温元件反馈的模拟量信号。

3.2.2控制系统程序

该控制系统利用Step7软件进行程序的开发，采用模块化设计，主要由主程序、上料控制子程序、加工工艺控制子程序、出料控制子程序4个模块组成。程序模块主要功能如下：（1）主程序：实现子程序调用；（2）上料控制子程序：控制链床将钢管送至指定工位；（3）加工工艺控制子程序：实现对钢管公端进行磷化加工；（4）出料控制子程序：实现将加工完成的钢管运送离开设备，系统控制流程见图2。

图2　系统控制流程图

如图2所示，钢管进入链床后安装在链床旋转轴上的上料传感器会发生感应，并发出信号给PLC。PLC采集到信号并根据图3程序中计数器设置的参数，以控制进料钢管的数量。当数量达到设定值时，链床停止运行，PLC控制托起装置与摆动托辊运行，将钢管公端浸入加工槽内进行加工，待到规定时间后，将钢管放回链床，此时PLC检测到现场传感器发出的托起装置回归原位的信号，控制链床继续运行，将钢管运送至二号加工槽待料位，同时将新的钢管运送至一号加工槽待料位。如此反复循环运行，每根钢管需经过6次加工，整个加工过程完成。

图3　部分程序梯形图

3.3计算机控制系统

磷化装置的计算机控制系统由西门子TP700HMI组成，根据磷化工艺要求，在HMI上具有钢管数量设定、加工工艺时间设定以及检测元件的监控等功能。磷化装置每次需上料的钢管数量以及加工时间在HMI上进行设置。按照现场加工槽的尺寸，每个加工槽一次可对3根钢管进行加工，加工时间不少于5 min，这样才能保证钢管管端产生磷化膜，从而在一定程度上防止金属被腐蚀和提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。HMI可对现场加工槽内温度、加工完成钢管数量进行监控，以便操作人员更好地了解情况。

4　小结

为改善传统磷化装置人员操作时的不利条件，本文介绍了一种以可编程控制器（PLC）为控制核心的钢管公端磷化装置控制系统，该控制系统操作简便，实现了对该装置的自动化控制，大大提高了工作效率。目前该控制系统现已得到成功应用，取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]王东.椎630穿孔机控制系统[J].机械工程与自动化，2013（5）：143.

[2]张运刚，宋小春.西门子STEP7[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]柴瑞娟，陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

ApplicationofAutom aticControlSystem forPipeM ale-end PhosphorizingEquipm ent

JIAN Chen-longand TANG Bin
(Tianjin SERIMachinery EquipmentCo.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractAiming atthe problem oflow efficiency due to manualoperation attraditionalphosphorizing equipment, the authors designed a control system for pipe male -end phosphorizing equipment with programmablelogiccontroller (PLC)asthe controlcore.Easily operated,thesaid system achieved automatic controlover male-end phosphorizing equipment,improved working efficiency and obtained high economic benefits.

Key wordssteelpipe;phosphorizingequipment;programmablecontroller;automaticcontrol;system;application

作者简介：菅宸龙（1988—），男，本科，主要从事冶金设备自动化方面的研究工作。

收稿日期：2014-08-14修回日期：2014-09-02