一種鋼管FBE 內防腐生產線運管車的設計

2022-03-01 02:18:34王寅杰李汝江王遠征谷傳龍張世平劉小樂

焊管 2022年2期

0 前言

鋼管內壁FBE （熔結環氧粉末）防腐層涂敷生產形式主要有車載噴涂、滾涂、螺旋傳動線噴涂等，其中車載噴涂主要搭配外淋涂工藝使用，其設備主要特點是運管車旋轉輥只能安裝在靠近兩端的位置，旋轉輥僅接觸鋼管管端100～200 mm范圍，旋轉輥輥輪一側帶有輪沿，防止鋼管偏移掉落。內噴涂作業時，兩組旋轉輥在運管車工進過程中以適當速度驅動鋼管旋轉，完成環氧涂料在鋼管內壁的均勻涂敷。

2.1 文獻檢索結果初步檢索得到496篇相關研究，最終共納入27項RCTs[4-30]，共計2 775例CP患者。文獻篩選流程及結果見圖1，其中中文發表為25篇，英文發表2篇。

為了驗證實驗裝置測量的準確性，對正入射金屬鋁材料粗糙表面的測量數據進行了高斯擬合和幾何光學近似逼近，得到了正入射情況下材料表面的散射光強,如圖3和圖4所示。

在生產過程中，鋼管從進管臺架向運管車旋轉輥運行的上管作業對精度要求很高，通常利用廠房內天車對鋼管進行裝、卸，地面工作人員協助指揮，此方式需要頻繁掛吊和倒運，不僅勞動強度高，還存在安全風險。本研究利用升降輥道和液壓翻料鉤，配合編碼器和接近開關傳感器，實現鋼管在臺架和運管車之間的轉移以及在旋轉輥的準確對中落位。

1 運管車機械設計

運管車由底座、行走輪、旋轉輥、翻料鉤、鋼管對中機構及配套的液壓系統組成，如圖1 所示。車體采用常規的軌道四輪行走平臺，其上安裝液壓接管、送管翻料鉤各一組，兩端旋轉輥固定在插銷定位二級平臺上，可實現不同定尺長度鋼管的批量生產。當鋼管轉移到運管車后，需進行基于兩端旋轉輥的自動對中控制，同時在運管車中部設計了一組升降輥道，以實現鋼管沿軸線方向的移動。

2 自動對中方案

在Step7 Micro/Win Smart 編程軟件中，提供了專用的順序控制編程工具，用標識符S0.1、S0.2、 S0.3……代表步1、步2、步3……， SCR是程序裝載指令， SCRE 是程序結束指令，SCRTS 是跳轉指令。依據圖4 進行PLC 編程，順序控制程序如圖5 所示。

3 電氣設計

3.1 硬件組成

控制系統使用的是西門子S7-200smart 系列PLC，電機采用變頻器驅動， Modbus 通訊方式。系統控制流程如圖3 所示，操作臺具有手動、自動控制功能，其上安裝一塊觸摸屏，具有運行參數設定、設備狀態監視等功能。此外，車體上還安裝檢測傳感器，主要用于升降輥道、翻料鉤、運管車體的位置檢測和鋼管的有料檢測。 PLC 對采集到的傳感器信號進行邏輯運算，控制各電機和液壓系統，完成整個生產過程的自動控制。

3.2 控制流程

帶寬矢量h可以通過質點群的方差依比例進行設定，這主要是通過對協方差矩陣進行Cholesky分解計算得到（Bickel and Levina，2008）。

對于單機設備的自動控制程序，使用順序控制結構的梯形圖編程是經典的解決方案。順序控制最基本的方法是將設備運行的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步，在任何一步內，各輸出量的狀態保持不變，由上一步轉為下一步的控制邏輯程序稱為轉換條件。

一個完整的運管車控制流程可大體分為接管、鋼管對中、噴涂工進和出管。其中，接管、出管控制相對簡單，噴涂工進過程是通過控制各變頻器的輸出頻率來控制運管車的移動速度和旋轉輥的旋轉速度，使之與靜電粉末噴涂系統的出粉量相匹配，來滿足生產工藝要求。

3.3 PLC 編程

鋼管的自動對中程序則比較復雜，其控制流程如圖4 所示。首先，升降輥道升起，按前述設計方案完成鋼管對中；之后并不能直接將輥道降下，原因是輥道升降動作由油缸完成，很難保證升降動作準確同步，導致鋼管在下降過程中沿輥道旋轉方向會有少量偏移。因此，當鋼管完成對中后，翻料鉤首先升起，使鋼管從輥道脫離，待輥道下降到位后，再由翻料鉤將鋼管下放到旋轉輥上。

FBE 內防腐管一般都是定尺管，管長偏差控制在±30 mm 以內。為了實現鋼管到旋轉輥的落位對中控制，在運管車兩端各安裝一個接近開關傳感器用于鋼管有料檢測，兩傳感器中心與兩旋轉輥中心重合，即將問題轉化為基于兩端傳感器的對中控制。在其中一個升降輥道軸端安裝旋轉編碼器，當輥道帶動鋼管移動時，通過對編碼器的高頻脈沖計數值進行計算，得到鋼管沿軸線方向的移動距離。鋼管自動對中原理如圖2 所示，當鋼管轉移到輥道后，不論初始具體位置，首先輥道帶動鋼管向前運行；到達前限位后停止，然后輥道向后（反向）運行；當鋼管脫離前限位時編碼器開始計數，當后限位傳感器檢測到鋼管另一端時計數結束，根據輥道設計參數，可以計算得出鋼管移動距離L。依據幾何原理，控制鋼管向前運行，當計數長度達到0.5L 時，輥道停止，此時鋼管所處位置即為相對旋轉輥的對中位置。