华洋钢管水压机控制系统的研究

冯金刚太原重工股份有限公司，山西太原　030024

华洋钢管水压机控制系统的研究

冯金刚
太原重工股份有限公司，山西太原030024

针对钢管水压试管机控制系统存在的问题及对控制系统要求日益提高，提出了一种采用PLC作为控制器的水压机控制系统， 并给出了该控制的组成及功能，该系统稳定、安全、可靠，具有广泛的推广应用价值。

PLC；水压试管机；控制系统

钢管被广泛应用于石油化工、锅炉制造、石油输送等行业，随着国民经济的飞速发展对钢管提出来更高的耐压要求。本文所介绍的水压试验机控制系统正是为检验钢管的耐压能力而设计制造的它是一个多方面为一体的复杂系统是集机械电气液压传感和自动控制为一体的复杂的机电液一体化设备。

水压试验机用于对钢管进行水压试验，检查钢管在规定压力及时间下有无漏水或者渗水，以考核钢管的承压能力，并可以消除一部分管体残余应力，使钢管达到更高要求。

1　设备描述

水压机该设备由前梁装置、后梁装置、拉力梁（四根拉力梁）、固定托辊车、移动托滚车、夹紧拔管装置、移动夹紧装置、入口和出口台架、冲洗装置、空水装置、高低压水系统、液压系统和电气系统等组成。

设备动作工序描述：

钢管对齐—钢管依次进到存料工位—定量给料器拨料—冲洗工位—冲洗阀门打开—冲洗钢管—钢管到达试压工位，托管装置升起到试压中心线，移动压头前进顶紧钢管—钢管快速充水、排气—关闭充水阀和排气阀—高压水增压至设定值—保压、检测、显示、记录压力值、打印压力曲线、保存试压记录—卸荷—移动压头后退—夹紧装置复位—拔管—托管装置下降—钢管移动至空水工位—空水升降装置升起—空水—出料。水压机工作原理如图1所示。

2　电气系统概述

水压机电气控制系统主要以西门子S7-315-2DP系列PLC为主控制器，结合Profibus-DP总线技术、模拟量电液比例控制技术以及HMI人机界面技术、计算机水压实时监控系统等组成的一套全新的水压机自动化控制系统。

水压机主要完成以下功能：

钢管冲洗控制；

钢管输送装置控制；

提升设备的调整；

钢管夹紧的调节；

测试压力的控制；

测试压力的监视和记录；

插拔销的位置控制；

液压泵的控制；

液压阀的控制；

水压回路的控制。

电气设备包括液压设备的控制，即泵/泵站、电磁阀/阀台、监视设备等，其中也包括比例阀特殊电气元件。

3　自动化系统

所有变频器传动系统、MCC系统与控制系统的数据交换，检测元件的信息、逻辑控制、工艺控制、与画面之间的数据交换都是通过西门子S7-300系列PLC完成。为了减少硬件连接及后期问题好查找设置了EM200M从站。为方便水压机PLC系统与主线数据通讯，PLC系统预留有外部DP通讯口及以太网通讯口。

PLC的控制任务如下：

控制各电机的启、停；

电磁阀联锁顺序控制；

故障监测、显示及处理；

与工控机通讯；

S7-300 配置。

主处理器 CPU315-2DP、 24V电源模块；

数字量输入模块 DC24V 每个模块32点；

数字量输出模块 DC24V 每个模块32点；

模拟量输入模块 ±10V或4～20mA；

模拟量输出模块±10V或4～20mA；

位置模块 SSI；

存储器卡。

该水压机系统共设置了4个ET200M从站，分别如下：从站3主要用于水系统的控制；从站4主要用于辅助液压站的控制；从站5主要用于比例液压站的控制；从站6主要用于操作台相关元件的控制及显示。控制系统硬件组态见图2。

该水压机控制系统软件采用西门子STEP7软件，该软件内如有大量的内部继电器及定时器等，编程方便、简单易懂。软件对该控制系统的工艺流程及设备动作有很好的控制，对出现的报警故障等都有显示，方便维护人员查找及解决问题。

钢管进行水压打压时候，钢管两端密封比例顶住钢管以保证水部从两端留出来，就需要在两端施压的力随水压变化而变化，该力主要由水压机主缸给出来。主缸力比实际需要小时水会从管端流出来从而无法进行水压试验，主缸力比实际需要大时候又容易发生钢管扎进密封或者管子被挤压坏的情况，所以主缸力必须要在一个适当的范围，该力的控制通过控制比例溢流阀实现。该水压机控制系统的核心是油水平衡问题，电气系统控制的核心也是比例溢流阀的控制，该控制系统外部硬件主要包含比例溢流阀、比例放大板、压力传感器等。试压时通过检测实时的水压及油压，程序内通过实际的水压给出比例溢流阀需要给出的液压系统的压力。液压控制如图3所示。

4　HMI人机界面监控系统

在主操作台设置1台HMI进行数据采集、显示、设定、下载、监控、故障报警等，方便的输入和显示钢管工艺参数（例如油缸比例压力控制参数，保压时间设定等）。

故障报警提示及诊断功能； 通过人机界面实时显示系统故障信息，并通过人机界面可以方便地诊断出系统故障点。减少维修时间，提高维修效率，使电气维修更加简单快捷。能显示出水压机当前工作状态，以便操作者随时观察设备工作状态，使人机交互信息更加友好。

水压机监控系统软件是一款集西门子WINCC软件、微软VisualBasic 6.0、微软SQL Server数据库软件于一整体的、专门针对水压机钢管试验压力曲线及相关生产数据记录处理、调整、查询、打印报表等操作功能的应用软件。

主要功能如下。

1）参数设置和信息添删功能：参数设置主要完成试验钢管的相关参数的输入；信息添删功能主要完成与生产有关的人员、班组、钢管水压执行标准的添加和删除功能。相关功能按钮均设置有快捷键，更加方便工作人员的操作。

2）保压数据和曲线保存功能：自动将合格的钢管水压试验曲线和相关参数进行保存；如果出现试验的管号重复，且试验合格，系统均会提醒工作人员进行是否要覆盖原有数据。

3）保压曲线自动生成图片功能：在钢管保压结束后，且试验合格，系统会自动在计算机某盘符路径下自动生成一保压图片。

5　结论

该控制系统在华洋钢管厂水压机上使用，该控制系统稳定、可靠，保证了正常的生产，对同行业具有较高的应用和参考价值。

［1］成大先.机械设计手册［M］.3版.北京：化学工业出版社，1999.

［2］重型机械标准编写组.重型机械标准［S］.北京：中国标准出版社，1998.

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［4］刘锡会，王兰英，王文卿.电液比例控制在焊接钢管静水压试验中的应用［J］.液压气动与密封，2000（5）.

［5］顾瑞龙.控制理论及电液比例控制［M］.北京：机械工业出版社，1984.

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1674-6708（2015）152-0042-02