鋼管公端磷化裝置自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

菅宸龍，唐濱（天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司，天津300301）

鋼管公端磷化裝置自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

菅宸龍，唐濱（天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司，天津300301）

[摘要]針對傳統(tǒng)磷化設(shè)備人工操作效率低的問題，設(shè)計了一種以可編程控制器（PLC）為控制核心的鋼管公端磷化裝置控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡單，實現(xiàn)了對公端磷化設(shè)備的自動控制，提高了工作效率，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]磷化設(shè)備；可編程控制器；自動控制；系統(tǒng)；應(yīng)用

1　引言

公端磷化設(shè)備可實現(xiàn)對無縫鋼管管端磷化產(chǎn)生磷化膜，在一定程度上防止金屬被腐蝕和提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。傳統(tǒng)磷化裝置需操作人員手動進(jìn)行操作。本文設(shè)計了一種以SIMENS可編程控制器為控制核心，結(jié)合現(xiàn)場傳感器，通過西門子STEP7軟件進(jìn)行編程的控制系統(tǒng)[1-2]，以實現(xiàn)對公端磷化設(shè)備進(jìn)行自動控制。

2　磷化裝置組成及工作過程

2.1磷化裝置組成

磷化裝置由鏈床、電磁鐵、托起裝置、擺動托輥、脫脂槽、水洗槽、表調(diào)槽、磷化槽、室溫水洗槽、熱水槽、出口斜臺架、控水裝置組成。

2.2磷化裝置工作過程

鋼管在鏈床上隨鏈條前進(jìn)。前進(jìn)至脫脂工位，托起裝置和擺動托輥將鋼管一端抬起，另一端浸入脫脂槽內(nèi)；脫脂完成后，將鋼管緩慢降低，重新放回鏈床，繼續(xù)前進(jìn)至下一個工位。整個循環(huán)包括：脫脂→水洗→表調(diào)→磷化→室溫水洗→熱水洗6個過程。磷化整個循環(huán)完成后，鋼管滾入出口斜臺架。接到來管信號，控水裝置一端的液壓缸將空水支架抬起，空水支架支撐住斜臺架上的鋼管，慢慢升起，形成3°斜角，空出鋼管中殘留積水。

3　控制系統(tǒng)組成及原理

3.1系統(tǒng)組成

公端磷化裝置控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)以及計算機(jī)控制系統(tǒng)組成。基礎(chǔ)控制系統(tǒng)是基于Profibus-DP總線的CPU控制[2]，主要實現(xiàn)快速控制以及工藝的連鎖。計算機(jī)控制系統(tǒng)由HMI等外設(shè)組成，主要用于工藝參數(shù)的管理、保存和現(xiàn)場監(jiān)控。整套磷化設(shè)備控制系統(tǒng)包括PLC、變頻器、現(xiàn)場傳感器、HMI，如圖1所示。

圖1　磷化設(shè)備控制系統(tǒng)組成圖

3.2 PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.2.1 PLC系統(tǒng)組成

PLC控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，CPU型號為CPU315-2DP,并配備16路數(shù)字量輸入模塊，16路數(shù)字量輸出模塊以及8路模擬量輸入模塊[3]。其中數(shù)字量輸入模塊用于采集現(xiàn)場傳感器、啟動停止、急停、報警等輸入信號；輸出模塊用于驅(qū)動鏈床、擺動托輥等現(xiàn)場設(shè)備。模擬量輸入模塊用于采集水槽內(nèi)測溫元件反饋的模擬量信號。

3.2.2控制系統(tǒng)程序

該控制系統(tǒng)利用Step7軟件進(jìn)行程序的開發(fā)，采用模塊化設(shè)計，主要由主程序、上料控制子程序、加工工藝控制子程序、出料控制子程序4個模塊組成。程序模塊主要功能如下：（1）主程序：實現(xiàn)子程序調(diào)用；（2）上料控制子程序：控制鏈床將鋼管送至指定工位；（3）加工工藝控制子程序：實現(xiàn)對鋼管公端進(jìn)行磷化加工；（4）出料控制子程序：實現(xiàn)將加工完成的鋼管運送離開設(shè)備，系統(tǒng)控制流程見圖2。

圖2　系統(tǒng)控制流程圖

如圖2所示，鋼管進(jìn)入鏈床后安裝在鏈床旋轉(zhuǎn)軸上的上料傳感器會發(fā)生感應(yīng)，并發(fā)出信號給PLC。PLC采集到信號并根據(jù)圖3程序中計數(shù)器設(shè)置的參數(shù)，以控制進(jìn)料鋼管的數(shù)量。當(dāng)數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時，鏈床停止運行，PLC控制托起裝置與擺動托輥運行，將鋼管公端浸入加工槽內(nèi)進(jìn)行加工，待到規(guī)定時間后，將鋼管放回鏈床，此時PLC檢測到現(xiàn)場傳感器發(fā)出的托起裝置回歸原位的信號，控制鏈床繼續(xù)運行，將鋼管運送至二號加工槽待料位，同時將新的鋼管運送至一號加工槽待料位。如此反復(fù)循環(huán)運行，每根鋼管需經(jīng)過6次加工，整個加工過程完成。

圖3　部分程序梯形圖

3.3計算機(jī)控制系統(tǒng)

磷化裝置的計算機(jī)控制系統(tǒng)由西門子TP700HMI組成，根據(jù)磷化工藝要求，在HMI上具有鋼管數(shù)量設(shè)定、加工工藝時間設(shè)定以及檢測元件的監(jiān)控等功能。磷化裝置每次需上料的鋼管數(shù)量以及加工時間在HMI上進(jìn)行設(shè)置。按照現(xiàn)場加工槽的尺寸，每個加工槽一次可對3根鋼管進(jìn)行加工，加工時間不少于5 min，這樣才能保證鋼管管端產(chǎn)生磷化膜，從而在一定程度上防止金屬被腐蝕和提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。HMI可對現(xiàn)場加工槽內(nèi)溫度、加工完成鋼管數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控，以便操作人員更好地了解情況。

4　小結(jié)

為改善傳統(tǒng)磷化裝置人員操作時的不利條件，本文介紹了一種以可編程控制器（PLC）為控制核心的鋼管公端磷化裝置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)操作簡便，實現(xiàn)了對該裝置的自動化控制，大大提高了工作效率。目前該控制系統(tǒng)現(xiàn)已得到成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]王東.椎630穿孔機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動化，2013（5）：143.

[2]張運剛，宋小春.西門子STEP7[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3]柴瑞娟，陳海霞.西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)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

作者簡介：菅宸龍（1988—），男，本科，主要從事冶金設(shè)備自動化方面的研究工作。

收稿日期：2014-08-14修回日期：2014-09-02