基于PLC的全自動(dòng)車絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸晴 儲(chǔ)健

摘要：本文主要介紹了以s7-200PLC為控制核心的車絲機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)車絲機(jī)的工作原理進(jìn)行了簡單的闡述，利用MCGS監(jiān)控軟件對(duì)車絲的工作過程進(jìn)行監(jiān)控。本系統(tǒng)的車絲機(jī)機(jī)床具有車絲范圍廣，精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；數(shù)控機(jī)床；MCGS；

1引言

由于石油鉆采業(yè)的發(fā)展和各油田地質(zhì)條件的特殊性,油田對(duì)石油套管提出很多新要求,促使生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和新產(chǎn)品開發(fā),滿足用戶要求。本系統(tǒng)車絲機(jī)機(jī)采用管體固定不動(dòng)，刀盤上的刀具在圍繞管體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，作X軸(徑向)和Z軸(軸向)兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的加工方式。具有車絲范圍廣，精度高的特點(diǎn)。

基金支持：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)科研發(fā)展基金項(xiàng)目（KJ11-24）。

2 車絲機(jī)工作原理

本機(jī)床由一臺(tái)s7—200PLC(224),一臺(tái)PC機(jī)（用MCGS作為監(jiān)控軟件）,兩臺(tái)MR-J2S三菱伺服電機(jī),兩臺(tái)變頻器，兩個(gè)高精度（3600轉(zhuǎn)）編碼器和自己開發(fā)的頻率調(diào)制板組成控制核心，其能車20種4分到四寸鋼管，包括了英標(biāo)和美標(biāo)規(guī)定的從4分到4寸的所有鋼管。

本系統(tǒng)采用縱向主動(dòng)橫向隨動(dòng)的控制方式。軸向電機(jī)，也就是主軸電機(jī)由西門子的變頻器控制，橫向電機(jī)由MR-J2S三菱伺服電機(jī)控制。權(quán)衡了車絲的精度和效率后，最終確定的變頻器的建議工作頻率如下表2-1所示：（建議的頻率是根據(jù)理論計(jì)算的值，用戶可以根據(jù)實(shí)際的工作需要進(jìn)行略微的更改）

表2-1變頻器的建議工作頻率

規(guī)格(inch) 外徑(in) 外徑(mm) 空刀量(mm) 羅紋長(in) 切削速度(m/min) 赫茲數(shù)(hz) 減速比 主軸轉(zhuǎn)速(rpm 螺距(in) 螺距(mm)

0.5 0.8 21 45 0.782 33.5 150 6 500 0.071 1.81

0.75 1.1 27 45 0.794 39.08 140 6 467 0.071 1.81

1 1.3 33 45 0.985 39.85 114 6 380 0.087 2.21

1.25 1.7 42 45 1.009 39.72 90 6 300 0.087 2.21

1.5 1.9 48 45 1.025 39.4 78 6 260 0.087 2.21

2 2.4 60 45 1.582 39.78 63 6 210 0.087 2.21

2.5 2.9 73 45 1.571 39.75 52 6 173 0.125 3.18

3 3.5 89 45 1.634 39.55 43 6 142 0.125 3.18

3.5 4 102 45 1.684 39.88 38 6 125 0.125 3.18

本系統(tǒng)通過MCGS監(jiān)控軟件操作員可以通過屏幕觀察到實(shí)時(shí)在線運(yùn)行情況，得到系統(tǒng)的診斷和報(bào)警信息，進(jìn)而調(diào)整一系列的加工參數(shù)，大大加強(qiáng)了人機(jī)交流，更加有利于車絲機(jī)的正常運(yùn)行。如在加工時(shí)，在手動(dòng)控制畫面中（如圖2-1），能監(jiān)視到左右主軸的建議轉(zhuǎn)速及實(shí)際轉(zhuǎn)速，以及所車的管徑及牙數(shù)。

圖2-1全自動(dòng)車絲機(jī)手動(dòng)控制畫面

3 車絲機(jī)工作流程

（1）窗口的選擇

本車絲機(jī)床車絲共分為三個(gè)部分，首先是車絲前的準(zhǔn)備快進(jìn)部分。根據(jù)鋼管廠的實(shí)際工作方式，一般情況下，鋼管廠會(huì)在一段時(shí)間里車同一個(gè)同一種鋼管，所以在每一次換鋼管以前都要做以下工作，

在如下的窗口選擇鋼管標(biāo)準(zhǔn)

在如下的窗口進(jìn)入管徑和牙數(shù)的選擇界面

在如下的窗口選擇管徑和牙數(shù)

（2）車絲工序

做了以上幾步也就做完了準(zhǔn)備工作，進(jìn)入真正的車絲工序，

在實(shí)際的車絲過程中，可將車絲分為四個(gè)過程1、快進(jìn)；2、慢進(jìn)1；3、慢進(jìn)2；4、快退 。

快進(jìn)是為了提高效率和給車不同的鋼管留余量而留的，這步完全是由PLC的包絡(luò)表發(fā)出告訴脈沖指令來控制；慢進(jìn)1，也就是車絲的核心部分，它是在確定主軸的轉(zhuǎn)速以后，由高精度編碼器檢測(cè)主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)鋼管牙數(shù)的不同選擇分頻比例，經(jīng)過自制的分頻器進(jìn)行一定分頻后，再送給伺服電機(jī)，組成一個(gè)主從系統(tǒng)，也就是說，橫向電機(jī)隨著軸向電機(jī)運(yùn)動(dòng)，這樣即能保證車絲的精度，又能保證車絲的效率；慢進(jìn)2，也就是車絲的張刀部分，由于車絲后的鋼管要和螺母連接到一起，所以車的鋼管不能是剃頭的，這就決定了在車完絲以后還有一個(gè)邊車絲邊張刀的過程；快退是為下一次車絲做準(zhǔn)備，由于本系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)，為了保證車絲的精度，要求如下關(guān)系：快退的行程=快進(jìn)行程+慢進(jìn)1行程+慢進(jìn)2行程。在多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，這完全能實(shí)現(xiàn)本車絲機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，但是，為了防止編碼器等數(shù)控器件有誤差，所以又加了位控系統(tǒng)，也就是說，在每一次快退以后，還有一個(gè)找零的過程，這樣就保證了車絲的精度。

4 總結(jié)

車絲機(jī)通過幾年的生產(chǎn)運(yùn)行,證明控制系統(tǒng)能滿足工藝要求,而且它本身具有很高的可靠性。現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行分析研究,將提高對(duì)車絲機(jī)的理解掌握程度,使它發(fā)揮出更大的作用,同時(shí)也對(duì)其它類似數(shù)控設(shè)備的了解帶來幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]畢承恩.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社.1993.

[2]溫宏偉.套管車絲機(jī)控制系統(tǒng)分析.焊管.第22卷第二期.1993.

[3]陳國彬.宋立軍.李傳廣.陳喬.管體車絲機(jī)工具系統(tǒng)分析.工具技術(shù).第3期.2006.

[4]吳則中.新型數(shù)控管螺紋自動(dòng)機(jī)床和管接箍車絲機(jī)床.石油機(jī)械.第28卷第二期.2000.

[5]張立.加工高質(zhì)量絲扣的數(shù)控車絲機(jī).科技動(dòng)態(tài).(75).

作者簡介：陸晴，（1987-），女，漢，天津，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，學(xué)生，研究生；儲(chǔ)健，（1961-），男，漢，天津，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，教授，碩士

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。