数据跟踪系统在钢管水压试验机中的应用

2019-01-07宋小平

重型机械 2018年6期

宋小平

(太原重工股份有限公司，山西太原 030024)

0 前言

钢管水压试验机大多数配置钢管粗测长功能，钢管进行水压试验之前，操作人员可以获取钢管的粗长度值并依照顺序记录测量结果，为调整后梁位置做准备。如果钢管的生产量较小，操作人员可以按照这种模式来完成水压试验。如果待试压的钢管生产量大，则人工记录钢管长度数据的方式难免会产生问题数据，而问题数据会导致生产效率降低、重复工作几率增加，甚至引发设备及人身安全等重大事故。另外，随着设备自动化趋势的发展需求，人工参与成分势必会大幅减少。如果取消人工记录钢管长度数据的工作，那么一旦当前钢管进入入料辊道完成粗测量长度后，系统在完成此钢管水压试验之前不能再接受后续钢管的进入，系统无法将进入设备的每根钢管与其长度值一一对应。当钢管进行水压试验前，系统无法提取出对应此钢管的长度值，为后梁位置的调整造成了阻碍，并且极大地影响生产效率。鉴于此，本文提出数据跟踪系统，该跟踪系统保证钢管经粗测量后进入入料辊道，钢管长度值在此钢管完成水压试验前始终有序地保存在系统中，而且当对下一根钢管进行水压试验前，系统可以准确无误的取出此钢管对应的长度值来完成后梁位置的实时调整。

1 钢管水压试验设备

钢管水压试验设备是焊管生产线中用于钢管焊缝质量检查工序中重要的设备之一。其主要功能是将钢管经步进横移装置移至试压工位，使钢管在密封状态下充满液态水，并借助增压系统向密封的钢管内部注射高压水，使钢管内部的压力达到设定的试验压力值要求后保持一段时间。如果在保持过程中，钢管内压力有波动，但是仍然在要求压力范围内，当达到设定的保持时间后则视为试验成功，否则视为试验失败[1,2]。如图1所示，钢管水压试验设备由入口辊道、冲洗辊道、步进横移装置、出口辊道、前梁装置、后梁装置及配套水、液压、电气系统组成。钢管移至试压工位之前，需要将图1中后梁装置调整到满足钢管长度的位置，从而可以将该长度的钢管顺利移至试压工位，进行水压试验。为了固定后梁的位置，在水压试验机前梁与后梁之间的上下拉力梁的后梁位置处，设有5组插销孔，每一个插销孔对应钢管的一个长度值范围。根据钢管的长度将后梁移动到相应的插销孔处，将插销插入锁定，从而使得后梁装置牢牢的固定在合适的位置。系统在入口辊道处设有钢管粗测量功能，在钢管进入试压工位之前，后梁装置可以根据当前测量数值进行位置调整，以便使试压工位的尺寸能够满足即将进行试压的钢管。

图1 钢管水压试验设备组成

2 跟踪系统方法

钢管水压试验机数据跟踪系统由钢管测长系统、钢管来料检测系统、测量数据存储系统、测量数据排序处理系统及测量数据排列显示系统组成。钢管测长系统主要完成对钢管长度的测量功能；钢管来料检测系统主要用于实时检测钢管是否进入设备中；测量数据存储系统主要将测量后的钢管长度数据保存到系统中；测量数据排序处理系统主要用于将经长度测量后的钢管按照进入设备的时间点进行有序地排列，同时会将试验结束的钢管长度数据删除；测量数据排列显示系统用于实时显示当前已进入设备中且未完成水压试验的每根钢管相应的长度测量值。钢管水压试验机数据跟踪系统的应用保证了钢管经粗测量进入入料辊道后，钢管长度值在此钢管完成水压试验前始终有序地保存在系统中，而且当对下一根钢管进行水压试验前，系统可以正确无误的取出此钢管对应的长度值来完成后梁位置的实时调整。钢管水压试验机的数据跟踪系统采用了PLC、HMI技术[3,6]、C++[7,9]和数据库技术[10,14]。

2.1 工作原理

跟踪系统处理钢管数据存储队列的触发事件图，如图2所示。数据跟踪系统的任务主要包括钢管长度数据的存储、取出、删除和更新；当钢管依次经过入口辊道时，系统将测量的钢管长度值按照“先进先出”队列的方式存储到系统中[15]；当试压工位的钢管完成水压试验后，系统将删除该钢管的长度值，同时按照删除后的钢管顺序更新当前队列中的数据；当钢管在冲洗工位完成冲洗后，同时试压工位完成水压试验后，系统自动取出当前位于冲洗工位钢管的长度值，用于后梁装置位置的调整。

图2 队列事件触发图

2.2 实现方法

2.2.1 DB块存取法

DB块存取法主要是在系统的PLC环境下开发完成，根据某厂商PLC提供的功能指令，并结合钢管数据跟踪系统任务来实现钢管长度数据的跟踪功能。此方法可操作的存储数据区不宜过大，对试压后的钢管数据要进行删除、更新操作，所以仅适用于信息量较小、存储量较小的数据跟踪系统。

(1)准备工作。先准备一块数据存储区域，该数据存储区域要求具有掉电保护功能，即数据的存储不因控制器的断电而受到影响，且存储区域的数据预置为0；同时设计一个int型数据作为计数器，用于数据存储队列的索引计数器counter，其初始值为0。

(2)制定数据存储原则。保证钢管的长度数据在存储队列中按照钢管从入口辊道进入设备区域的先后顺序进行排序。根据数据的存储原则，排在队列中1号位置的钢管进入设备的时刻总是较后边的钢管要早，所以只要水压试验结束，对钢管数据队列的更新和删除事件结束，处于数据区1号位置的数据就是当前即将进入试压工位的钢管长度数据，从而根据相应的触发信号直接从队列中取值即可。跟踪系统对钢管长度数据队列的存储事件的操作，如图3所示。当系统检测到测长结束信号，计数器的数值自动增1，将该长度数据存放置在与计数器数值对应的存储位置上。跟踪系统对钢管长度数据队列的更新和删除事件的操作如图4所示。当系统检测到水压试验结束信号，计数器的数值自动减1，同时依次用n+1号位置的数据替换n号位置的数据，这样在试压结束后，1号位置的数据被2号位置的数据所替换，1号位置的数据从系统中消失，即删除。

图3 钢管数据队列的存储事件

图4 钢管数据队列的删除和更新事件

2.2.2数据库存取法

数据库存取法采用数据库技术，并配合VC++计算机语言，只要数据库运行正常数据就会在删除前始终存在于数据库中，所以对数据的操作功能非常强大。同时该方法可以为厂区的日后信息化系统建立基础，用于接收来自企业级生产计划的钢管数据信息。此方法依次按照某种规约对钢管长度数据进行存放、取出、删除和更新，从而保证每根钢管的长度与其一一对应。

(1)保存钢管数据。只要检测到测长结束信号时，系统触发钢管数据存储事件，系统将测量的数据存入数据库，并按照“保存时间”进行排序显示，从而可以将每根进入设备并经过长度测量的钢管，按照时间的先后顺序，将钢管及其长度值、保存时间依次保存到数据表中。

(2)队列钢管数据的显示。系统设置一函数为Update Macro Track()用于跟踪系统数据的实时显示，只要触发存储或删除事件导致数据库内数据记录发生变化，该函数均会被调用，调用后队列内的数据会按照保存时间的顺序显示在列表框中。

(3)队列钢管数据的删除。只要某个钢管的水压试验结束，系统获取列表框显示记录中的第一条数据信息，从而对应的在数据库中找到该数据信息进行删除。

3 应用结果及分析

某项目的控制系统中，设计一DB块，用于存储钢管长度，并按照DB块存取法的思路进行PLC编程，同时配合HMI技术，将进入设备的每一根钢管进行有序排列，并显示每根钢管对应的长度测量值。如图5所示，操作人员可以清楚的看到在钢管进入设备前后或水压试验前后钢管数据跟踪表的对比情况。由于本方法无法处理钢管的ID信息，所以钢管ID无法显示，仅按照钢管进入设备的时间顺序显示。按照数据库存取法设计数据库架构并进行计算机软件编程。如图6所示，通过HMI显示在钢管进入设备或者水压试验前后钢管数据跟踪表的对比情况。两种钢管长度数据跟踪系统具有不同的特点和适用范围，但是两者完成的功能是相同的。DB块存取法，方法简洁、开发容易、但是存储数据量小、存储信息少。数据库存取法无论是存储数量还是存储内容均远远高于前者DB块存取法。但是数据库存取法要求开发者具有专业的数据库和计算机高级语言的相关知识，所以该方法适用于规模较大或者功能要求较高的系统。此可见，两种方法可根据不同的设备应用要求实现其相应的跟踪系统功能。