華洋鋼管水壓機控制系統的研究

馮金剛太原重工股份有限公司，山西太原　030024

華洋鋼管水壓機控制系統的研究

馮金剛
太原重工股份有限公司，山西太原030024

針對鋼管水壓試管機控制系統存在的問題及對控制系統要求日益提高，提出了一種采用PLC作為控制器的水壓機控制系統， 并給出了該控制的組成及功能，該系統穩定、安全、可靠，具有廣泛的推廣應用價值。

PLC；水壓試管機；控制系統

鋼管被廣泛應用于石油化工、鍋爐制造、石油輸送等行業，隨著國民經濟的飛速發展對鋼管提出來更高的耐壓要求。本文所介紹的水壓試驗機控制系統正是為檢驗鋼管的耐壓能力而設計制造的它是一個多方面為一體的復雜系統是集機械電氣液壓傳感和自動控制為一體的復雜的機電液一體化設備。

水壓試驗機用于對鋼管進行水壓試驗，檢查鋼管在規定壓力及時間下有無漏水或者滲水，以考核鋼管的承壓能力，并可以消除一部分管體殘余應力，使鋼管達到更高要求。

1　設備描述

水壓機該設備由前梁裝置、后梁裝置、拉力梁（四根拉力梁）、固定托輥車、移動托滾車、夾緊拔管裝置、移動夾緊裝置、入口和出口臺架、沖洗裝置、空水裝置、高低壓水系統、液壓系統和電氣系統等組成。

設備動作工序描述：

鋼管對齊—鋼管依次進到存料工位—定量給料器撥料—沖洗工位—沖洗閥門打開—沖洗鋼管—鋼管到達試壓工位，托管裝置升起到試壓中心線，移動壓頭前進頂緊鋼管—鋼管快速充水、排氣—關閉充水閥和排氣閥—高壓水增壓至設定值—保壓、檢測、顯示、記錄壓力值、打印壓力曲線、保存試壓記錄—卸荷—移動壓頭后退—夾緊裝置復位—拔管—托管裝置下降—鋼管移動至空水工位—空水升降裝置升起—空水—出料。水壓機工作原理如圖1所示。

2　電氣系統概述

水壓機電氣控制系統主要以西門子S7-315-2DP系列PLC為主控制器，結合Profibus-DP總線技術、模擬量電液比例控制技術以及HMI人機界面技術、計算機水壓實時監控系統等組成的一套全新的水壓機自動化控制系統。

水壓機主要完成以下功能：

鋼管沖洗控制；

鋼管輸送裝置控制；

提升設備的調整；

鋼管夾緊的調節；

測試壓力的控制；

測試壓力的監視和記錄；

插拔銷的位置控制；

液壓泵的控制；

液壓閥的控制；

水壓回路的控制。

電氣設備包括液壓設備的控制，即泵/泵站、電磁閥/閥臺、監視設備等，其中也包括比例閥特殊電氣元件。

3　自動化系統

所有變頻器傳動系統、MCC系統與控制系統的數據交換，檢測元件的信息、邏輯控制、工藝控制、與畫面之間的數據交換都是通過西門子S7-300系列PLC完成。為了減少硬件連接及后期問題好查找設置了EM200M從站。為方便水壓機PLC系統與主線數據通訊，PLC系統預留有外部DP通訊口及以太網通訊口。

PLC的控制任務如下：

控制各電機的啟、停；

電磁閥聯鎖順序控制；

故障監測、顯示及處理；

與工控機通訊；

S7-300 配置。

主處理器 CPU315-2DP、 24V電源模塊；

數字量輸入模塊 DC24V 每個模塊32點；

數字量輸出模塊 DC24V 每個模塊32點；

模擬量輸入模塊 ±10V或4～20mA；

模擬量輸出模塊±10V或4～20mA；

位置模塊 SSI；

存儲器卡。

該水壓機系統共設置了4個ET200M從站，分別如下：從站3主要用于水系統的控制；從站4主要用于輔助液壓站的控制；從站5主要用于比例液壓站的控制；從站6主要用于操作臺相關元件的控制及顯示。控制系統硬件組態見圖2。

該水壓機控制系統軟件采用西門子STEP7軟件，該軟件內如有大量的內部繼電器及定時器等，編程方便、簡單易懂。軟件對該控制系統的工藝流程及設備動作有很好的控制，對出現的報警故障等都有顯示，方便維護人員查找及解決問題。

鋼管進行水壓打壓時候，鋼管兩端密封比例頂住鋼管以保證水部從兩端留出來，就需要在兩端施壓的力隨水壓變化而變化，該力主要由水壓機主缸給出來。主缸力比實際需要小時水會從管端流出來從而無法進行水壓試驗，主缸力比實際需要大時候又容易發生鋼管扎進密封或者管子被擠壓壞的情況，所以主缸力必須要在一個適當的范圍，該力的控制通過控制比例溢流閥實現。該水壓機控制系統的核心是油水平衡問題，電氣系統控制的核心也是比例溢流閥的控制，該控制系統外部硬件主要包含比例溢流閥、比例放大板、壓力傳感器等。試壓時通過檢測實時的水壓及油壓，程序內通過實際的水壓給出比例溢流閥需要給出的液壓系統的壓力。液壓控制如圖3所示。

4　HMI人機界面監控系統

在主操作臺設置1臺HMI進行數據采集、顯示、設定、下載、監控、故障報警等，方便的輸入和顯示鋼管工藝參數（例如油缸比例壓力控制參數，保壓時間設定等）。

故障報警提示及診斷功能； 通過人機界面實時顯示系統故障信息，并通過人機界面可以方便地診斷出系統故障點。減少維修時間，提高維修效率，使電氣維修更加簡單快捷。能顯示出水壓機當前工作狀態，以便操作者隨時觀察設備工作狀態，使人機交互信息更加友好。

水壓機監控系統軟件是一款集西門子WINCC軟件、微軟VisualBasic 6.0、微軟SQL Server數據庫軟件于一整體的、專門針對水壓機鋼管試驗壓力曲線及相關生產數據記錄處理、調整、查詢、打印報表等操作功能的應用軟件。

主要功能如下。

1）參數設置和信息添刪功能：參數設置主要完成試驗鋼管的相關參數的輸入；信息添刪功能主要完成與生產有關的人員、班組、鋼管水壓執行標準的添加和刪除功能。相關功能按鈕均設置有快捷鍵，更加方便工作人員的操作。

2）保壓數據和曲線保存功能：自動將合格的鋼管水壓試驗曲線和相關參數進行保存；如果出現試驗的管號重復，且試驗合格，系統均會提醒工作人員進行是否要覆蓋原有數據。

3）保壓曲線自動生成圖片功能：在鋼管保壓結束后，且試驗合格，系統會自動在計算機某盤符路徑下自動生成一保壓圖片。

5　結論

該控制系統在華洋鋼管廠水壓機上使用，該控制系統穩定、可靠，保證了正常的生產，對同行業具有較高的應用和參考價值。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.3版.北京：化學工業出版社，1999.

［2］重型機械標準編寫組.重型機械標準［S］.北京：中國標準出版社，1998.

［3］江秀漢，李萍.可編程控制器原理及應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1996.

［4］劉錫會，王蘭英，王文卿.電液比例控制在焊接鋼管靜水壓試驗中的應用［J］.液壓氣動與密封，2000（5）.

［5］顧瑞龍.控制理論及電液比例控制［M］.北京：機械工業出版社，1984.

［6］惠長坤.PID算法在可編程控制器上的軟件實現辦法［J］.華東傳播工業學院學報，1995，9（3）.

TP3

A

1674-6708（2015）152-0042-02