鉆桿生產(chǎn)線管體進料控制的改進及應(yīng)用

楊勇平，黃勝偉，李 真

（中國石油渤海裝備鉆井裝備公司，河北滄州 062658）

1 存在的問題及現(xiàn)狀分析

渤海能克鉆桿有限公司是一家生產(chǎn)銷售API 標準全系列鉆桿的專業(yè)制造廠家。公司的鉆桿制造采用一條由日本引進的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)線包括鉆具接頭加工線和鉆桿摩擦壓接線。鉆具接頭加工線負責鉆具接頭加工，鉆桿摩擦壓接線任務(wù)是把加工好的鉆具接頭與管體進行焊接，最終得到鉆桿產(chǎn)品。鉆桿摩擦壓接線的管體進料裝置由國內(nèi)制作，其設(shè)備由進料臺架、外翻料器、室外輸送輥道、內(nèi)翻料器、室內(nèi)輸送輥道和操作臺組成，其進料控制采用傳統(tǒng)的普通繼電接觸器進行控制，需要專人手動控制操作，操作繁瑣，設(shè)備在使用中出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障率高，維修成本加大，生產(chǎn)效率低的問題。經(jīng)過分析，主要原因是繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的各種中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器、交流接觸器較多，各工位的動作、控制繁簡不同，各自需要保護周密，因此電氣控制線路也相應(yīng)復(fù)雜。由于觸點多、繼電器動作頻繁，造成電器故障多、維修量大。

2 改進方案

為解決上述技術(shù)問題，所采取的技術(shù)方案是：一種用于管體運送的自動控制裝置。考慮到PLC 作為一種新興的、典型的順序控制系統(tǒng)，具有靈活的系統(tǒng)配置，穩(wěn)定的過程控制，方便的接口電路，快捷的編程方式，維護方便等諸多優(yōu)越性，采用PLC 取代繼電接觸器控制，在室外進料臺架和室內(nèi)料臺及輥道合適的位置上安裝7 個接觸式接近開關(guān)NS0～NS6 和1 個行程開關(guān)LS1，并利用PLC 控制柜實現(xiàn)管體運送的自動控制，見圖1 和圖2。

其特征在于包括主回路和控制回路，380 V 交流電源依次經(jīng)主開關(guān)S1、主接觸器K1 和電機開關(guān)S3 接輥道電機M1 的電源輸入端，輥道電機M2～M9 的電源輸入端分別經(jīng)電機開關(guān)S4～S11 接主接觸器K1 與電機開關(guān)S3 之間的主線路，380 V 交流電源中的一相和接地端經(jīng)開關(guān)S2 接24 V 直流電源的輸入端，主接觸器K2、電磁閥KD1 和電磁閥KD2 分別經(jīng)繼電器J1～J3接開關(guān)S2 與24 V 直流電源之間的支線路，PLC 控制柜的電源輸入端接開關(guān)S2 與24 V 直流電源之間的支線路；無接觸式接近 開 關(guān)NS0～NS6 和行程開關(guān)LS1 分別并聯(lián)在24 V 直流電源的輸出端。考慮到公司備品備件的一致性、通用性，選用三菱公司的Q 系列PLC。圖3 是方案的平面布置示意圖。

圖1 主回路原理

圖2 控制回路原理

自動控制裝置有手動、自動兩種控制方式，在發(fā)生危險等緊急情況下，不管處于何種控制方式均可操作PLC 控制柜的控制面板上的急停按鈕，斷開控制回路，讓設(shè)備運轉(zhuǎn)停止，來保證所述裝置運行的安全性。其中手動控制內(nèi)容有：輥道運轉(zhuǎn)、輥道停止、外翻料器升、外翻料器降、內(nèi)翻料器升、內(nèi)翻料器降。自動控制方式下運行PLC 程序，根據(jù)無接觸式接近開關(guān)NS0～NS6 和1個行程開關(guān)LS1 的感應(yīng)信號，自動控制輥道運轉(zhuǎn)、停止，外翻料器升、降，內(nèi)翻料器升、降，料滿10 min 自動停動作，實現(xiàn)管體由室外進料臺架至室內(nèi)料臺的自動運送。

運行方式選擇“自動”的條件是：內(nèi)、外翻料器必須在下降位（原點位），急停按鈕不能被按下。當運行方式選擇“自動”后，輸送輥道開始運轉(zhuǎn)，無接觸式接近開關(guān)NS1 檢測到有料，同時無接觸式接近開關(guān)NS0 和NS2 未檢測到室外進料臺架有料，外翻料器撥桿上升3.6 s 后，將第一根管體放到輥道上，外翻料器撥桿下降，隨著管體在輥道上的前進，管體離開無接觸式接近開關(guān)NS0 和NS2，此時，由于后續(xù)管體在室外進料臺架上移動，無接觸式接近開關(guān)NS1 檢測到有料，外翻料器撥桿上升再次翻料，第一根管體經(jīng)過無接觸式接近開關(guān)NS3，當運行至無接觸式接近開關(guān)NS5 或行程開關(guān)LS1 時，使之感應(yīng)到有管體時，內(nèi)翻料器上升，將管體送出，輥道一直在運轉(zhuǎn)，后續(xù)管體在輥道上被運送，此時，如果無接觸式接近開關(guān)NS3 感應(yīng)到有管體時，輥道立即停轉(zhuǎn)，防止管體在輥道上前進，當內(nèi)翻料器下降時，內(nèi)翻料器與管體碰撞；當?shù)谝桓荏w經(jīng)過無接觸式接近開關(guān)NS6 時，無接觸式接近開關(guān)NS6 感應(yīng)到有管體通過后，內(nèi)翻料器下降，當無接觸式接近開關(guān)NS4 感應(yīng)到內(nèi)翻料器下降到位后，可進行下次翻料。如此連續(xù)運行，將后續(xù)管體連續(xù)不斷的運送到室內(nèi)料臺上。

圖3 方案的平面布置

當無接觸式接近開關(guān)NS6 一直感應(yīng)到有管體時，表示室內(nèi)料臺料滿，內(nèi)翻料器停止翻料，輥道停止運轉(zhuǎn)，經(jīng)過10 min 后，自動運行方式自動停止。

3 改進效果

在現(xiàn)場近1年的使用中，管體進料自動控制裝置安全高效，操作、控制簡便，設(shè)備故障率接近于零，極大的減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。此外，自動控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，具有較好的推廣和使用前景。