钢管涂敷传动线自动化技术

金建新 杨志刚 范利锁 孔瑞林

[摘    要]文章叙述钢管涂敷生产线的自动化技术研究，钢管在涂敷传送线上的自动追脱管技术，主要进行了传感器的设计与选型，编制PLC程序，建立程序中钢管传动速度变化的程序算法。也简要介绍了生产线全集成自动控制系统全貌，及自动化控制系统现场设备使用过程中应注意的事项。

[关键词]传感器;中控系统;数据采集;集成控制

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–02

Automation Technology of Steel Pipe Coating Transmission Line

Jin Jian-xin， Yang Zhi-gang， Fan Li-suo， Kong Rui-lin

[Abstract]The article describes the research on the automation technology of the steel pipe coating production line， the automatic tracking technology of the steel pipe on the coating conveyor line， mainly the design and selection of the sensor， the preparation of the PLC program， and the establishment of the program of the steel pipe transmission speed change in the program algorithm. It also briefly introduces the full picture of the fully integrated automatic control system of the production line， and the matters that should be paid attention to during the use of the field equipment of the automatic control system.

[Keywords]sensor; central control system; data acquisition; integrated control

钢管涂敷加工产业至今已经历至少40年的发展。根据调研，目前国内外的钢管涂敷企业的生产线自动化程度均很低，可以说还停留在机械化或半机械化状态。在工业革命4.0，特别是在工厂数字化和智能化发展迅速的今天，对自动化需求更大。因此，针对钢管涂敷生产线自动化技术研究正当其时。

钢管涂敷的工艺流程主要包括：钢管预热→钢管表面打砂除锈→钢管中频加热→环氧粉末喷涂→胶粘剂挤出、缠绕→PE挤出、缠绕→钢管冷却→管端打磨等。为保证涂敷作业的连续性，在钢管预热、打砂除锈、中频加热、环氧粉末喷涂和胶粘剂/PE涂敷时钢管间需用接管器首尾对接。自动控制重点是实现产线中相关设备连锁控制，达到设备之间无人操作的联动，减少人为因素干扰，使生产运行更加稳定。实现设备运行工况的数据采集，为生产、质量、技术、资源等管理提供数据，提高生产效率。生产线自动化的核心技术在于：實现追管和脱管过程的自动控制以及各工序的连锁控制，实现自动协调生产运行。

1 自动追管

1.1 进管加速追管的原理

生产运行时，在涂敷传动线上的前面一根钢管管头经过传感器2时，开始记录时间、经过传感器3时，再次记录时间，从而计算出钢管运行速度;当管尾经过传感器1时，后面的钢管开始进入传动线，并与前管同速前进;在前面的管尾经过传感器3时，后面的钢管开始加速，当被加速的钢管头端经过传感器2、3时，计算出管速，通过速度差能够计算出加速时间，达到追管的目的;同时为避免偏差（不能追上前管，或未及时减速撞坏前管），在程序中加入修正值，根据生产实践，这个值需要根据现场追管情况进行数据录入，每次调整生产线调整一次即可。

1.2 技术实现

传动线追管段的基本布局如图1所示。

如图1所示，管道前进方向（右侧）为辊道2段，该段速度恒定，后面为辊道1段，当前面一根钢管（前管）的管尾离开光电开关DOS时，辊道一段没有钢管，此时关停辊道一段的运行，同时进管小车自动将钢管送到辊道1段，小车托臂落下，钢管置于辊道上，光电开关S0检测到有管，发送信号启动辊道1段。当前管的管尾离开光电开关ZGS2和ZGS1，系统记录时间，计算出时间间隔为T1，光电开关ZGS1和ZGS2之间的距离为L1，计算出前管的速度V1，V1=L1/T1。

当前管的管尾离开ZGS1时，后管开始加速前进，后管的管头分别进入ZGS2和ZGS1时，并记录时间，计算出使用时间为T2，PLC计算出后管高速追管时的速度V2，V2=L1/T2。

通过记录的前管离开光电开关ZGS1和后管进入光电开关ZGS1的时间，可以计算出此时间差为T3，则可以计算出当后管管端头到光电开关ZGS1时，前管的管尾已经离开光电开关ZGS1的距离为V1×T3，设此时后管追上前管的时间为T4，则：T4×V2=V1×T3+V1×T4。

计算出T4：T4=V1×T3/（V2-V1）。

PLC在后管进入ZGS1的时间基础上延时T4，延时时间到时将辊道1段速度设置为与辊道2段的速度一致，完成一次追管。

为了防止追管后管到辊道2段的第一个传动轮还未减速，引起钢管在辊道1段和辊道2段之间，两段的速度不一致发生意外。我们需要在管道进入辊道2段的第一个传动辊轮时，辊道1段强制减速至恒速。

前面已经计算出高速追管的速度为V2，测量出光电开关与辊道2段第一个传动轮的距离为L2。计算出强制减速时间为T5：T5=L2×T2/L1。

当延时至T5无论追管是否追上都强制减速至恒速。钢管加工项目同一批次钢管长度普遍存在不是一致的情况，给追管启动时间点的确定带了困难。

为解决钢管长度偏差问题，在钢管存储板链上采用对管器，把钢管前进方向一端对齐，这样在传动线上设定位置检测到前一根管管尾，即启动板链前进，并有進管小车装载后一根钢管进入传动线。这样使得修正直一直保持稳定，然后保证追管动作的准确稳定。

2 传送线脱管（技术重点）

脱管工序需要在增加光电开关检测管道位置，当检测到管道进入脱管位置范围时前管加速前进以脱离后管。通过前管头和后管尾，以及脱管位置反射型光电开关的触发时序及状态判断管道所处状态，根据这些状态时序控制电机和给出异常报警。自动脱管传感器的布局如图2所示。

当管头进入TGS1和TGS2分别记录时间，计算出时间差为T6，两个光电开关之间的距离为L3，计算出速度V3为：

V3=L3/T6

系统设置钢管管长为L5，光电开关TGS1距离辊道2段最后一个传动轮的就为L4，计算出光管在进入TGS1后T7时间后管接头离开辊道2段的最后一个传动轮：T7=（T5-T4）×T6/L3。

PLC控制钢管管头在进入TGS1后T7后辊道3段开始加速，当钢管管尾离开光电开关TGS2结束加速，然后保持低速前进到辊道3段末端的光电开关，辊道3段停止，出管小车从辊道上将钢管取走，并放到板链上。

一站板链执行自动进管程序，当发现托举小车上方无管时自行向前移动，此区域增设了“停止”按钮，一旦质检等人员需要钢管停止不动时按下此按钮，板链立即停止前进。

3 集成控制系统

在解决了生产线中最关键技术环节，同时研究设计了约20多台套设备的自动化运行技术，以及各设备联动、互锁、协调运行技术的实现。

研究开发设计了小型的生产线DCS，实现全车间的自动监控。系统实现以下功能：①对现场生产线监视和控制;②对产线所有设备信息及部分生产信息的收集及分析;③为数字化转型预留接口，方便与后续公司相关管理系统对接。如MES、ERP等。④系统及产线设备故障报警功能。

4 钢管涂敷自动化系统同安装使用注意事项

（1）防腐车间属重工业加工，车间灰尘较大，在光电传感器的选用谨慎，尽可能避免。若选用需要及时做好镜头的灰尘清理，避免无动作。

（2）车间几乎是敞开式，甚至部分设备布置在车间外，因此传感器和执行电器的选用必须考虑防水、防潮。否则产线不能长期稳定运行。

（3）集成控制系统及其数据库，在建设时必须兼顾当时或预测未来数字化、智能化技术趋势，做到可扩展，兼容性强。

5 结束语

基于以上技术研究和应用，自动化系统能稳定运行，满足生产要求。在3LPE生产线中，还有涂敷工段，其控制技术原理与打砂段类似，所有以上技术也在涂敷段得到验证及应用。本控制系统监视和采集生产线上的各设备实时数据，并通过相关画面实时共享和展示。提供与MES、EMS、钢管数据系统的接口。

随着社会上智能化和数字化技术的发展成熟，我们的生产线也可进一步提升数字化和智能化水平。

参考文献

[1] 熊幸明.工厂电气控制技术[M].第2版.北京：清华大学出版社，2009.

[2] 肖军.DCS及现场总线技术[M].北京：清华大学出版社，2011.